DE10144807A1

DE10144807A1 - Infrared gas measurement spectrometer, includes grating with angular adjustment in path between beam transmitter and receiver

Info

Publication number: DE10144807A1
Application number: DE10144807A
Authority: DE
Inventors: Hans Weismann
Original assignee: Pierburg Instruments GmbH
Current assignee: AVL Emission Test Systems GmbH
Priority date: 2001-09-12
Filing date: 2001-09-12
Publication date: 2003-03-27

Abstract

An adjustable grating (6) is inserted into the beam path (X) between transmitter and receiver. The grating can be adjusted through an angle of delta 1-n, so that its surface (6.1) can adopt various angular positions alpha 1-n with respect to the beam path.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Analyse einer Gasprobe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a device for analyzing a gas sample according to the Preamble of claim 1.

Eine Vorrichtung zur Analyse einer Gasprobe mittels Infrarot-Absorption beschreibt die DE 199 29 034 A1. Hierbei werden ein Strahler und ein Empfänger auf einem gemeinsamen, thermisch stabilisierten Träger in unmittelbarer Nähe zueinander und auf einer Seite einer Meßküvette angeordnet, um die Arbeitstemperatur des Strahlers und des Empfängers gemeinsam stabilisieren zu können. Mit Hilfe von mehreren dem Empfänger einzeln vorgeschalteten Filtern wird nur die Wellenlänge einer Gaskomponente aus der IR-Strahlung gefiltert und auf den Empfänger gegeben, die ausgewertet werden soll. A device for analyzing a gas sample by means of infrared absorption describes DE 199 29 034 A1. Here, a radiator and a receiver are on one common, thermally stabilized carrier in close proximity to each other and arranged on one side of a measuring cell to determine the working temperature of the radiator and to be able to stabilize the receiver together. With the help of several only the wavelength of one filter is connected upstream of the receiver Gas component filtered from the IR radiation and given to the receiver, the should be evaluated.

Ein dispersives Verfahren zum Analysieren und ständigen Überwachen von Abgasparametern in Triebwerken von Flugzeugen während des Fluges offenbart die DE 199 44 006 A1. Hierbei werden mehrere Spektrometer verwendet. Ein Spektrometer weist als Sender einen Laser und als Empfänger einen IR-Detektor auf, die einander gegenüberliegend angeordnet und so justiert sind, daß sich ihre optischen Achsen decken und sich zwischen beiden das zu untersuchende Gasvolumen befindet. A dispersive process for analyzing and constantly monitoring Exhaust gas parameters in aircraft engines during flight are disclosed by the DE 199 44 006 A1. Several spectrometers are used here. A spectrometer has a laser as a transmitter and an IR detector as a receiver, each other are arranged opposite each other and adjusted so that their optical axes cover and the gas volume to be examined is between the two.

Durch neue Forderungen des Gesetzgebers zur Bestimmung der Einzelkomponenten in Abgasgemischen lassen sich derartige Meßvorrichtungen nicht mehr der notwendigen Meßgenauigkeiten anpassen, wenn zukünftig noch weitere zu bestimmenden Abgaskomponenten untersucht werden müssen. Zudem steig der Aufwand mit jeder Gaskomponente linear an, so daß diese Verfahren und Vorrichtungen teuer werden. Through new legislative requirements to determine the Individual components in exhaust gas mixtures can no longer be such measuring devices Adjust the necessary measuring accuracies if there are more in the future determining exhaust gas components must be examined. The effort also increases each gas component linearly, making these methods and devices expensive become.

Bekannt sind desweiteren teure und hochauflösende Gitterspektrometer, die unter anderem in Gaschromatographen zur Bestimmung von einer Vielzahl unterschiedlicher Gaskomponenten verwendet werden. Also known are expensive and high-resolution grating spectrometers, which are under other in gas chromatographs for the determination of a large number different gas components can be used.

So beschreibt die DE 32 24 736 A1 ein Gitterspektrometer, das eine Gitteranordnung mit einem Beugungsgitter aufweist, welches eine Vielzahl eng nebeneinander verlaufender Gitterfurchen besitzt und auf welches von einem geeigneten optischen System ein durch einen Eintrittsspalt tretendes und danach parallelgerichtetes Licht geleitet wird. Das vom Beugungsgitter zurückgeworfenen Licht wird am Beugungsgitter spektral zerlegt, wobei Licht einer bestimmten Wellenlänge jeweils unter denjenigen Winkeln zurückgeworfen wird, für welche die optische Wellenlängendifferenz des an den Gitterfurchen gebeugten Lichts ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge beträgt. Durch Verschwenken des Beugungsgitters kann das Spektrum abgetastet werden, d. h. die in verschiedenen Richtungen gebeugten Lichtbündel können nacheinander auf den Austrittsspalt geleitet werden. DE 32 24 736 A1 describes a grating spectrometer that has a grating arrangement with a diffraction grating, which has a large number of closely side by side has running trench furrows and on which of a suitable optical System a light that passes through an entry slit and is then directed in parallel is directed. The light reflected by the diffraction grating is on Diffraction grating spectrally decomposed, with light of a certain wavelength in each case below is thrown back at those angles for which the optical wavelength difference of the light diffracted at the grid furrows is an integral multiple of Wavelength. The spectrum can be adjusted by swiveling the diffraction grating are scanned, d. H. the light beams bent in different directions can are successively directed to the exit gap.

Die DE 42 24 299 C2 offenbart ein Spektrometer, welches Lichtschwankungen einer Lichtquelle bei der Auswertung der Signale rechnerisch berücksichtigt, wobei auch vom Hersteller benannte Offset-Daten bei der Eichung des Spektrometers berücksichtigt werden. DE 42 24 299 C2 discloses a spectrometer which detects light fluctuations The light source is taken into account in the evaluation of the signals, and also Offset data specified by the manufacturer when calibrating the spectrometer be taken into account.

Aus der DE 198 14 660 C1 ist ein Gitterspektrometer bekannt, daß als Beugungsgitter ein Blaze-Gitter verwendet. From DE 198 14 660 C1 a grating spectrometer is known that as Diffraction grating uses a blaze grating.

Diese Gitterspektrometer sind für den Einsatz zur Analyse insbesondere eines Abgasgemisches einer Brennkraftmaschine nicht vorgesehen, da sie zu aufwendig und zu teuer sind. These grating spectrometers are one for use in analysis Exhaust gas mixture of an internal combustion engine is not provided because it is too complex and are too expensive.

Hieraus ergibt sich die Aufgabe, ein Vorrichtung aufzuzeigen, die einfach aufgebaut ist, die erforderlichen Meßgenauigkeit aufweist und den Forderungen nach weiteren zu bestimmenden Abgaskomponenten entspricht. This gives rise to the task of demonstrating a device that is simple in structure is, has the required accuracy and the requirements for further exhaust gas components to be determined.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. The object is achieved by the features of patent claim 1.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, in die Vorrichtung ein Beugungsgitter nach dem Prinzip eines Gitterspektrometers einzubinden. Dazu besteht die Vorrichtung aus einer herkömmlichen Meßzelle, die auf einer Stirnseite beispielsweise mit einem sphärischen Abbildungsspiegel und auf der anderen Seite mit einem Deckglas abgeschlossen ist. Davor sind ein Strahler und ein Empfänger sowie das Gitter angeordnet. Das Gitter hat die Eigenschaft, daß es unter verschiedenen Winkeln eingestellt werden kann und somit bei einem bestimmten Winkel auch nur eine Wellenlänge der Strahlung (des Lichtes) optimal auf den Empfänger über den sphärischen Spiegel reflektiert wird. Die Wellenlängendetektion erfolgt durch Drehen des Gitters und kann über eine Oktave und mehr kontinuierlich erfolgen. Filter zur Einstellung der zu messenden Wellenlängen am Empfänger sind dadurch nicht mehr notwendig. The invention is based on the idea of a diffraction grating in the device the principle of a grating spectrometer. There is the device for this from a conventional measuring cell, for example with a front spherical image mirror and on the other side with a cover slip is completed. In front of it are a radiator and a receiver as well as the grille arranged. The grid has the property that it is set at different angles can be and thus at a certain angle only a wavelength of Radiation (of light) optimally on the receiver via the spherical mirror is reflected. The wavelength is detected by rotating the grating and can done continuously over an octave and more. Filters for setting the to measuring wavelengths at the receiver are no longer necessary.

Das Gitter selbst ist ein Blaze-Gitter und weist mehrere Gitterlinien auf, die als Furchen ausgeprägt sind, deren Flächennormale in Beugungsrichtung stehen. Aus dieser Anordnung ergibt sich ein bestimmter (Reflexions-) Winkel, der sich aus der Wellenlänge und der Gitterkonstanten errechnen läßt. Dieser Winkel gilt nur für eine Wellenlänge. The grid itself is a blaze grid and has several grid lines, the as Furrows are pronounced, the surface normal of which is in the direction of diffraction. Out this arrangement results in a certain (reflection) angle, which results from the Wavelength and the lattice constant can be calculated. This angle only applies to one Wavelength.

Beim vorgeschlagenen Gitterspektrometer wird vorzugsweise neben den interessierenden Absorptionskennlinien auch das dazwischen liegende Spektrum kontinuierlich abgetastet. Man erhält dabei einmal das Emissionssprektrum (Null-Linie) des Strahlers sowie eine oder mehrere Absorptionslinien der Gase. Die Bestimmung der Gaskonzentration kann dann sowohl anhand einer Absorptionslinie, z. B. Hexan, oder anhand mehrere Absorptionslinien, z. B. CO₂, erfolgen. Damit wird ein exakteres Gesamtmeßergebnis geschaffen. So kann bei einer starken Gaskonzentration auch eine geringe Absorption und bei einer niedrigen Gaskonzentration eine starke Absorption ausgewertet werden. In the case of the proposed grating spectrometer, in addition to the absorption characteristics of interest, the spectrum in between is also continuously scanned. The emission spectrum (zero line) of the emitter and one or more absorption lines of the gases are obtained. The determination of the gas concentration can then be done using an absorption line, e.g. B. hexane, or based on several absorption lines, for. B. CO ₂ take place. This creates a more precise overall measurement result. In this way, a low absorption can be evaluated with a high gas concentration and a strong absorption with a low gas concentration.

Mit Hilfe des Empfängers wird vorab die Null-Linie bei einem Null-Gas festgestellt und als Stützpunkte abgespeichert. Zusätzlich kann die Vorrichtung mit Hilfe eines bekannten Probengases, d. h. dessen Konzentration bekannt ist, kalibriert werden. Die aufgenommenen Meßdaten des Probengases als auch der unbekannten Gasprobe können durch unterschiedliche Auswerteverfahren ausgewertet werden. Eine Methode ist die integrale Methode, bei der die Absorptionswerte zwischen zwei Stützstellen integriert werden. Beim Mischverfahren werden beispielsweise 10 Meßwerte entlang der Meßlinie addiert oder es wird nur der absolute Wert an der Linie gemessen. Diese Werte werden danach mit einem Korrekturfaktor, der abhängig von der Gaskomponente ist und beispielsweise in einer Auswerteelektronik hinterlegt ist, multipliziert. With the help of the receiver, the zero line for a zero gas is determined in advance and saved as bases. In addition, the device can be operated using a known sample gas, d. H. whose concentration is known to be calibrated. The recorded measurement data of the sample gas as well as the unknown Gas samples can be evaluated using different evaluation methods. One method is the integral method, in which the absorption values are between two Support points are integrated. In the mixing process, for example, 10th Measured values are added along the measuring line or it is only the absolute value on the line measured. These values are then compared with a correction factor that depends on the gas component and is stored, for example, in evaluation electronics, multiplied.

Über weitere abgelegte Daten können Korrekturfaktoren in das Meßverfahren eingebunden werden, mit denen beispielsweise Offsetdrifte des Strahlers und/oder des Empfängers korrigiert werden können. Dies ermöglicht den Einsatz einfacher Strahler und Empfänger. Correction factors can be included in the measurement procedure via further stored data are integrated with which, for example, offset drifts of the radiator and / or the Receiver can be corrected. This makes it easier to use Emitter and receiver.

Die Höhe der Transmission des IR-Lichtes wird nur als ein Bruchteil eines Gesamtsignals bestimmt und ist durch die reine Verhältnisbildung der beiden Intensitäten, der ohne und der mit Gasabsorption, weitgehend unabhängig von der Strahlencharakteristik und der Empfängerkennliniensteigung. Dadurch kann auf eine aufwendige Strahler- und Empfängerstabilisierung verzichtet werden. Aus dem Verhältnis der beiden Intensitäten läßt sich dann die Gaskonzentration des Einzelgases bestimmen. The level of transmission of the IR light is only a fraction of one Total signal is determined and is due to the pure relationship between the two intensities, the without and with gas absorption, largely independent of the Radiation characteristics and the receiver characteristic slope. This can lead to an elaborate Radiator and receiver stabilization can be dispensed with. From the ratio of The gas concentration of the individual gas can then be measured at both intensities determine.

Mit einer Meßgeschwindigkeit von 20-25 Messungen pro Sekunde ist dieses Gitterspektrometer beim Einsatz als Gasanalysator schneller gegenüber herkömmlichen NDIR-Analysatoren. Die Meßgeschwindigkeit selbst ist zudem einstellbar. With a measuring speed of 20-25 measurements per second this is Grid spectrometer when used as a gas analyzer faster than conventional ones NDIR analyzers. The measuring speed itself is also adjustable.

Bedingt durch einen 4-fachen Durchlauf der IR-Strahlung durch die Meßzelle kann diese relativ kurz gehalten werden. Due to a 4-fold passage of the IR radiation through the measuring cell can these are kept relatively short.

Mit der vorliegenden Vorrichtung wird ein kostengünstiger Gasanalysator angeboten, mit dem eine zylinderselektive Gasmessung vorgenommen werden kann, wobei jede Gaswolke mit anderer Konzentration meßbar ist. Dazu können die Meßstellen vor einem Autokatalysator und somit in Motornähe angebracht werden. Die Nutzung des Gasanalysators beim Motorhersteller selbst ist auch möglich. With the present device, an inexpensive gas analyzer is offered, with which a cylinder-selective gas measurement can be carried out, each Gas cloud can be measured with a different concentration. The measuring points can do this an auto-catalytic converter and thus close to the engine. The use of the Gas analyzer at the engine manufacturer itself is also possible.

Die vorgenannte Vorrichtung erlaubt neben der bekannten Messung von CO₂- Gaskonzentrationen usw. unter anderem auch die Bestimmung von Hexan (HC) und weiterer Gase. In addition to the known measurement of CO ₂ gas concentrations etc., the aforementioned device also allows the determination of hexane (HC) and other gases.

Anhand eines Ausführungsbeispiels mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment with a drawing become.

Es zeigt It shows

Fig. 1 einen Aufbau einer Vorrichtung, Fig. 1 shows a structure of a device,

Fig. 2 eine Darstellung der Oberfläche des Gitters aus Fig. 1, FIG. 2 shows the surface of the grating from FIG. 1,

Fig. 3 eine skizzenhafte Darstellung der Strahlenreflexion bei Verstellung des Gitters aus Fig. 1, Fig. 3 is a schematic representation of the radiation reflection at adjustment of the grid of Fig. 1,

Fig. 3a einen Ausschnitt A aus Fig. 3, Fig. 3a shows a detail A of Fig. 3,

Fig. 3b einen Ausschnitt B aus Fig. 3, FIG. 3b shows a detail B from Fig. 3,

Fig. 4 einen Aufbau eines Strahlers. Fig. 4 shows a structure of a radiator.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 1 zur Analyse einer Gasprobe 10 dargestellt. Diese besteht aus einer vorzugsweise zylindrischen Meßküvette als Meßzelle 2, die an ihren beiden Seiten vorzugsweise durch ein vorderes Zellenfenster 3 und einen am hinteren Ende befindlichen sphärischen Spiegel 4 verschlossen ist. Das vordere Zellenfenster 3 ist aus einem IR-Strahlungen X durchlässigem Material hergestellt. In Fig. 1, an apparatus 1 is shown for analyzing a gas sample 10. This consists of a preferably cylindrical measuring cell as the measuring cell 2 , which is preferably closed on both sides by a front cell window 3 and a spherical mirror 4 located at the rear end. The front cell window 3 is made of an IR radiation X transparent material.

Die zylindrische Meßzelle 2 weist ferner in bekannter Art und Weise ein Einlaßrohr 2.1 und ein Auslaßrohr 2.2 auf. Am Zellenfenster 3 sind frontseitig der Meßküvette 2 ein Sender 5, ein winkelverstellbares Gitter 6 sowie ein Empfänger 7 angeordnet. The cylindrical measuring cell 2 also has an inlet pipe 2.1 and an outlet pipe 2.2 in a known manner. A transmitter 5 , an angle-adjustable grating 6 and a receiver 7 are arranged on the front of the measuring cell 2 on the cell window 3 .

Der Sender 5 ist hier beispielsweise ein kostengünstiger thermischer Strahler (wird noch ausgeführt), der Empfänger 7 beispielsweise eine photoconduktive Zelle, beispielsweise eine PbSe-Zelle, deren Widerstand proportional mit der IR-Strahlung abnimmt. Zumindest der Empfänger 7 sind mit einer Auswerteelektronik 20 verbunden. Das Gitter 6 wird über einen Microschrittmotor 21 verstellt. The transmitter 5 is here, for example, an inexpensive thermal radiator (to be carried out), the receiver 7, for example, a photoconductive cell, for example a PbSe cell, the resistance of which decreases proportionally with the IR radiation. At least the receiver 7 are connected to evaluation electronics 20 . The grid 6 is adjusted by a micro-stepper motor 21 .

Das Gitter 6 ist ein Blaze-Gitter, welches als holographisches Gitter ausgebildet und dem Durchmesser der sphärischen Spiegels 4 angepaßt ist. Dabei kann das Gitter 6 aus einem Glas von ca. 5-7 mm Dicke oder aus einer Kunststoffolie bestehen. An der zum Spiegel 4 weisenden Oberfläche 6.1 weist das Gitter 6, wie in Fig. 2 dargestellt, mehrere (n) Gitterlinien 6.2 auf, die als Furchen 6.3 ausgeprägt sind, deren Flächennormale in Hauptbeugungsrichtung steht. The grating 6 is a blaze grating which is designed as a holographic grating and is adapted to the diameter of the spherical mirror 4 . The grid 6 can consist of a glass of approximately 5-7 mm thick or a plastic film. On the surface 6.1 facing the mirror 4 , the grating 6 , as shown in FIG. 2, has a plurality of grating lines 6.2 which are formed as furrows 6.3 , the surface normal of which is in the main direction of diffraction.

Für eine hohe Selektivität des Gitters 6 im Gasanalysator 1 ist die Gitterkonstante d möglichst klein und Anzahl n der Gitterlinien 6.2 möglichst hoch zu wählen. D. h., sollen beispielsweise 200 Wellenlängen λ_1-200 aufgelöst (und gemessen) werden, sind 200 Furchen vorzusehen. For a high selectivity of the grid 6 in the gas analyzer 1 , the grid constant d should be as small as possible and the number n of the grid lines 6.2 should be as high as possible. That is, if, for example, 200 wavelengths λ _{1-200 are to be} resolved (and measured), 200 furrows must be provided.

Die Anzahl der Gitterlinien 6.2 bestimmt somit die optische Auflösung des Gasanalysators 1. Auf einer 15 mm × 30 mm großen Gitteroberfläche 6.2 können bei einer Furchenbreite von beispielsweise 5 µm ca. 2000 Furchen eingebracht werden. The number of grid lines 6.2 thus determines the optical resolution of the gas analyzer 1 . Approximately 2000 furrows can be made on a 15 mm × 30 mm grid surface 6.2 with a furrow width of 5 μm, for example.

Das Meßverfahren selbst läuft wie folgt ab:
Zur Gewinnung der Vergleichsdaten U₀ für die Gaskonzentrationsbestimmung wird in bekannter Art und Weise ein Null-Gas durch die Meßküvette 2 geschickt, um für jede zu messende Wellenlänge λ_1-n die Gitterwinkelstellungen δ_1-n zu ermittelt und in einer Auswerteelektronik 9 zu hinterlegen. The measuring procedure itself works as follows:
To obtain the comparison data U ₀ for the gas concentration determining a zero gas is passed through the measuring cell 2 in a manner known to λ for each wavelength to be measured _1-n, the grating angular positions δ _1-n to be determined and to be stored in a transmitter 9 ,

Über das Einlaßrohr 2.1 wird nun die zu messende Gasprobe 10 der Meßzelle 2 zugeführt. Vom Strahler 5 wird eine IR-Strahlung X in die Meßzelle 2 eingespeist, welche die Gasprobe 10 auf dem Weg zum sphärischen Spiegel 4 durchdringt. Vom sphärischen Spiegel 4 wird die leicht abgeschwächte IR-Strahlung X' in Richtung Zellenfenster 3 reflektiert, durchdringt dabei erneut das Probengas 10 und gelangt auf das Gitter 6, wo die abgeschwächte IR-Strahlung X' an den einzelnen Furchen 6.3 _1-n spektral zerlegt wird. Dieses Gitter 6 ist so eingestellt, daß in jeder Winkelstellung δ_1-n nur eine Wellenlänge λ_1-n der IR-Strahlung X' in die Meßzelle 2 zum Spiegel 4 und von dort als X_λ _1-n" auf den Empfänger 7 reflektiert wird. Der Empfänger 7nimmt dadurch immer nur ein Signal U_1-n für jede Wellenlänge λ₁, λ₂, bis λ_n auf und gibt diese Signale U₁, U₂ bis U_n an die Auswerteelektronik 20 weiter. Da die vom Gitters 6 bei der Messung jeweils eingenommene Winkelstellung δ_1-n der Vorrichtung 1 bekannt ist, kann die Auswerteelektronik 20 die gemessene Intensität U_1-n der jeweiligen Wellenlänge λ_1-n zuordnen. The gas sample 10 to be measured is now fed to the measuring cell 2 via the inlet pipe 2.1 . IR radiation X is fed into the measuring cell 2 by the radiator 5 and penetrates the gas sample 10 on the way to the spherical mirror 4 . The slightly attenuated IR radiation X 'is reflected by the spherical mirror 4 in the direction of the cell window 3 , penetrates the sample gas 10 again and reaches the grating 6 , where the attenuated IR radiation X' is spectrally split at the individual furrows 6.3 _1-n becomes. This grating 6 is set such that in each angular position δ _1-n only one wavelength λ _{1-n of} the IR radiation X 'reflects into the measuring cell 2 to the mirror 4 and from there as X _λ _1-n "onto the receiver 7 As a result, the receiver 7 always receives only one signal U _1-n for each wavelength λ ₁ , λ ₂ , to λ _n and forwards these signals U ₁ , U ₂ to U _n to the evaluation electronics 20. Since the signals from the grating 6 during the measurement, the angular position δ _{1-n of} the device 1 is known, the evaluation electronics 20 can assign the measured intensity U _{1-n to} the respective wavelength λ _1-n .

Während der Strahler 5 also eine konstante IR-Strahlung X aussendet, wird das Gitter 6 in kleinen Schritten mit Hilfe des Microschrittmotors 21 verstellt, in Fig. 3 angedeutet, so daß die IR-Strahlung X' unter jeweils unterschiedlichen Winkeln α₁, α2 bis α_n auf je eine der Furchen 6.3 _1-n so auftreffen, daß wenigstens eine der Wellenlänge λ_1-n, in die die Strahlung X' spektral zerlegt wird, reflektiert wird. Der Empfänger 7 nimmt schrittweise, d. h. in Abhängigkeit der Gitterverstellung, das jeweilige Signal U₁, U₂, U₃ bis U_n der einzelnen Wellenlängen λ_1-n auf. Thus, while the radiator 5 emits a constant IR radiation X, the grating 6 is adjusted in small steps with the aid of the micro-stepping motor 21 , indicated in FIG. 3, so that the IR radiation X 'at different angles α ₁ , α2 to α _n impinge on each of the furrows 6.3 _{1-n in} such a way that at least one of the wavelength λ _1-n , into which the radiation X 'is spectrally split, is reflected. The receiver 7 picks up the respective signal U ₁ , U ₂ , U ₃ to U _{n of} the individual wavelengths λ _1-n step by step, ie depending on the grating adjustment.

Zur besseren Veranschaulichung ist in Fig. 3a ein Ausschnitt A und in Fig. 3b ein Ausschnitt B der Fig. 3 vergrößert dargestellt. For a better illustration, a detail A is shown in FIG. 3a and a detail B of FIG. 3 is enlarged in FIG. 3b.

In der ersten Darstellung fällt die IR-Strahlung X' unter dem Winkel α₁ auf die hier dargestellten Furche 6.3 ₉ ein, wobei allein die Wellenlänge X_λ ₁' die Reflexionsbedingung erfüllt und vom Gitter 6 reflektiert wird. In the first representation, the IR radiation X 'falls on the groove 6.3 ₉ shown here at the angle α ₁ , the wavelength X _λ ₁ ' alone fulfilling the reflection condition and being reflected by the grating 6 .

Bei der zweiten Darstellung ist das Gitter 6 in einen Winkel δ₂ verstellt worden. Die selbe IR-Strahlung X' tritt nunmehr unter einem Winkel α₂ auf die Furche 6.3 ₁₁ auf. In dieser Winkellage δ₂ erfüllt die Wellenlänge X_λ ₂' die Reflexionsbedingung und wird allein in Richtung Spiegel 4 abgelenkt. In the second representation, the grating 6 has been adjusted to an angle δ ₂ . The same IR radiation X 'now occurs at an angle α ₂ on the furrow 6.3 ₁₁ . In this angular position δ ₂ , the wavelength X _λ ₂ 'fulfills the reflection condition and is deflected only in the direction of the mirror 4 .

In der Auswerteelektronik 20 werden die einzelnen Signale U_1-n wieder zu einem Spektrum X" zusammengefügt und in bekannter Art und Weise ausgewertet. In the evaluation electronics 20 , the individual signals U _{1-n are combined} again to form a spectrum X ″ and evaluated in a known manner.

Im Rahmen der erfinderischen Idee sind auch Änderungen und weitere Verbesserungen möglich. Changes and others are also within the scope of the inventive idea Improvements possible.

So kann der sphärische Spiegel 3 auch außerhalb der Meßzelle 2 am hinteren Ende angebracht sein, wobei dann das hintere Zellenfenster ebenfalls aus einem IR- Strahlungen X' durchlässigem Material besteht. For example, the spherical mirror 3 can also be attached outside the measuring cell 2 at the rear end, in which case the rear cell window likewise consists of a material which is permeable to IR radiation X '.

Zur Erhöhung der Emissivität des Strahlers 5 kann dieser als gewendelter Widerstandsstrahler ausgeführt sein (Fig. 4). Dieser besteht aus einem Standardwiderstand, beispielsweise 8,2 W, der als Drahtwendel 5.1 um einen Glasfaserkörper 5.2 gewickelt ist. Die Oxidation der metallischen Oberfläche der Drahtwendel 5.1 bewirkt eine Steigerung der Emissivität des Strahlers 5. To increase the emissivity of the radiator 5 , it can be designed as a coiled resistance radiator ( FIG. 4). This consists of a standard resistor, for example 8.2 W, which is wound as a wire coil 5.1 around a glass fiber body 5.2 . The oxidation of the metallic surface of the wire helix 5.1 increases the emissivity of the radiator 5 .

Zur Erhöhung der Leuchtdichtenerhöhung des Strahlers 5 kann man desweiteren einen Rückspiegel 5.3 hinter dem Strahler 5 vorsehen. To increase the luminance increase of the radiator 5 , a rearview mirror 5.3 can also be provided behind the radiator 5 .

Der Empfänger 7 besitzt vorzugsweise eine Empfindlichkeitscharakteristik, die der eines (Band-) Filter entspricht. The receiver 7 preferably has a sensitivity characteristic which corresponds to that of a (band) filter.

Die Praxis hat gezeigt, daß sich mit dem Gitter 6 der vorgeschlagenen Vorrichtung 1 ein Wellenlängenbereich von λ/2 bis 2λ überstreichen ließ, d. h. bei einer Wellenlänge λ von 3 µm konnten Gaskomponente im Wellenlängenbereich von 1,5 µm bis 6 µm bestimmt werden. Practice has shown that a wavelength range from λ / 2 to 2λ could be covered with the grating 6 of the proposed device 1 , ie gas components in the wavelength range from 1.5 µm to 6 µm could be determined at a wavelength λ of 3 µm.

Claims

1. Device ( 1 ) for analyzing a gas ( 10 ) comprising a measuring cell ( 2 ), at least one transmitter ( 5 ) emitting radiation (X) and a receiver ( 7 ) receiving this radiation (X _λ _1-n "), which are arranged opposite an imaging mirror ( 4 ), characterized in that
an adjustable grating ( 6 ) is integrated in the beam path (X, X _λ _1-n ") between the radiator ( 5 ) and the receiver ( 5 ), the grating ( 6 ) being adjusted by an angle (δ _1-n ) can so that
whose surface ( 6.1 ) can have different angular positions (α _1-n ) to the beam path (X ').

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the grating ( 6 ) on the spherical mirror ( 4 ) facing surface ( 6.1 ) has a plurality of grating lines ( 6.2 ) which are pronounced as furrows ( 6.3 ), the surface normal of which in the diffraction direction Rays stand.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the grating ( 6 ) is a blaze grating.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the measuring cell ( 2 ) has an inlet tube ( 2.1 ) and an outlet tube ( 2.2 ).

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the radiation (X) emitting radiator ( 5 ) and this radiation (X _λ _1-n ") receiving receiver ( 7 ) together with the grating ( 6 ) are arranged on one side of the measuring cell ( 2 ).

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the grid ( 6 ) is adjusted via a micro-stepping motor ( 21 ).

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the grid ( 6 ) consists of a glass or a plastic film.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the number (n) of the grating lines ( 6.2 ) determines the optical resolution of the grating spectrometer ( 1 ).

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that at least the receiver ( 7 ) is connected to an evaluation electronics ( 20 ), the receiver ( 7 ) at different wavelengths (λ _1-n ) of the gas components of the gas ( 10 ) depending on the angular position (δ _1-n ) of the grating ( 6 ), measured signals (U _1-n ) one after the other to the evaluation electronics ( 20 ), which combines the individual signals (U _1-n ) to form a spectrum (X ") ,

10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the transmitter ( 5 ) is designed as a thermal radiator and as a coiled resistance radiator.

11. The device according to claim 10, characterized in that the radiator ( 5 ) consists of a standard resistor which is wound as a wire coil ( 5.1 ) around a glass fiber body ( 5.2 ).

12. The apparatus according to claim 10 or 11, characterized in that the metallic surface of the wire coil ( 5.1 ) is oxidized.

13. Device according to one of claims 10 to 12, characterized in that a rear view mirror ( 5.3 ) is attached behind the radiator ( 5 ).

14. Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that correction factors are stored in the evaluation unit ( 20 ) with which offset drifts of the transmitter ( 5 ) and / or of the receiver ( 7 ) are corrected.

15. Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that gas component-dependent correction factors are stored in the evaluation unit ( 20 ) with which the signals (U _1-n ) received by the receiver ( 7 ) can be corrected.