DE102004007946A1 - Gassensoranordnung in integrierter Bauweise - Google Patents

Gassensoranordnung in integrierter Bauweise Download PDF

Info

Publication number
DE102004007946A1
DE102004007946A1 DE102004007946A DE102004007946A DE102004007946A1 DE 102004007946 A1 DE102004007946 A1 DE 102004007946A1 DE 102004007946 A DE102004007946 A DE 102004007946A DE 102004007946 A DE102004007946 A DE 102004007946A DE 102004007946 A1 DE102004007946 A1 DE 102004007946A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
radiation
gas sensor
gas
sensor arrangement
radiation source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102004007946A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102004007946A8 (de
Inventor
Kuno Straub
Jörg Fischer
Marco Forlenza
Rudi Minuth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Tyco Electronics Raychem GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG, Tyco Electronics Raychem GmbH filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to DE102004007946A priority Critical patent/DE102004007946A1/de
Priority to EP05001208.7A priority patent/EP1566626B1/de
Priority to US11/058,893 priority patent/US7268882B2/en
Priority to JP2005039673A priority patent/JP2005233958A/ja
Publication of DE102004007946A1 publication Critical patent/DE102004007946A1/de
Publication of DE102004007946A8 publication Critical patent/DE102004007946A8/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/59Transmissivity
    • G01N21/61Non-dispersive gas analysers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03Cuvette constructions
    • G01N21/0303Optical path conditioning in cuvettes, e.g. windows; adapted optical elements or systems; path modifying or adjustment
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gassensoranordnung mit mindestens einer Strahlung emittierenden Strahlungsquelle, einem Gasmessraum, der mit einem Messgas befüllbar ist, und mindestens einer die Strahlung detektierenden Detektoreinrichtung, die ein von einem Analyten abhängiges Ausgangssignal erzeugt. Die Strahlungsquelle ist in der Nähe des Brennpunktes eines Hohlspiegels (116, 118) so angeordnet, dass sich eine Bündelung der emittierten Strahlung in einem Bereich ergibt, in dem die Detektoreinrichtung angeordnet ist. Ein Tubus (120, 122) führt die zu detektierende Strahlung in Richtung der Detektionseinrichtung. Um die Energieausnutzung zu verbessern und eine robuste und kompakte Bauweise sowie eine kostengünstige Herstellbarkeit zu ermöglichen, sind der Hohlspiegel (116, 118) und der Tubus (120, 122) zumindest teilweise einstückig mit einem Gehäuse (106, 122) ausgebildet, in dem die Strahlungsquelle, der Gasmessraum und die Detektoreinrichtung angeordnet sind, und der Hohlspiegel (116, 118) und der Tubus (120, 122) sind durch eine reflektierende Beschichtung zumindest eines Teils einer Wandung des Gehäuses (106, 122) gebildet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gassensoranordnung mit mindestens einer Strahlung emittierenden Strahlungsquelle, einem Gasmessraum, der mit einem Messgas, das mindestens einen zu messenden Analyten enthält, befüllbar ist und mindestens einer die Strahlung detektierenden Detektoreinrichtung, die ein von der Anwesenheit und/oder der Konzentration des Analyten abhängiges Ausgangssignal erzeugt.
  • Derartige Gassensoranordnungen sind für den Nachweis verschiedenster Analyte, beispielsweise Methan oder Kohlendioxid bekannt. Bekannte Gassensoren, wie sie beispielsweise in der EP 0616207 A2 , der WO 00/55603 A1 oder in der DE 19925196 C2 gezeigt sind, basieren auf der Eigenschaft vieler mehratomiger Gase, Strahlung, insbesondere im infraroten Wellenlängenbereich, zu absorbieren. Dabei tritt diese Absorption in einer für das betreffende Gas charakteristischen Wellenlänge auf, z. B. für CO2 bei 4,24 μm. Mit Hilfe von derartigen Infrarotgassensoren ist es daher möglich, das Vorhandensein einer Gaskomponente und/oder die Konzentration dieser Gaskomponente festzustellen. Diese Gassensoren weisen eine Strahlungsquelle, eine Absorptionsstrecke, d. h. einen Messraum, und einen Strahlungsdetektor auf. Die von dem Strahlungsdetektor gemessene Strahlungsintensität ist ein Maß für die Konzentration des absorbierenden Gases. Dabei kann entweder eine breitbandige Strahlungsquelle verwendet werden und über ein Interferenzfilter oder Gitter die interessierende Wellenlänge eingestellt werden oder aber eine selektive Strahlungsquelle, beispielsweise eine Licht emittierende Diode oder ein Laser, in Kombination mit nicht wellenlängenselektiven Strahlungsempfängern eingesetzt werden.
  • Aus der Europäischen Patentanmeldung 0616207 A2 ist bekannt, die Energieeffizienz eines Infrarotgassensors dadurch zu steigern, dass die Strahlungsenergie der Strahlungsquelle durch einen Hohlspiegel in dem Punkt gebündelt wird, in dem sich der IR-Detektor befindet und dass weiterhin vor dem IR-Detektor ein trichterförmiger verspiegelter Tubus angeordnet ist, der jegliche einfallende Strahlung auf die sensitive Fläche des IR-Detektors fokussiert.
  • Insbesondere die Kohlendioxiddetektion gewinnt im Kraftfahrzeugbereich heute zunehmend an Bedeutung. Dies ist zum einen dadurch bedingt, dass in Kraftfahrzeugen zur Erhöhung der Energieeffizienz bei Heizung und Klimatisierung der CO2-Gehalt der Innenraumluft überwacht wird, um nur bei Bedarf, das heißt, bei erhöhter CO2-Konzentration, eine Frischluftzufuhr über eine entsprechende Lüfterklappenansteuerung zu veranlassen. Zum anderen basieren moderne Klimaanlagen auf CO2 als Kühlmittel. Daher können CO2-Gassensoren eine Überwachungsfunktion im Zusammenhang mit austretendem CO2 bei eventuellen Defekten erfüllen.
  • Insbesondere im Kraftfahrzeugbereich müssen derartige Sensoren höchste Anforderungen an Robustheit, Zuverlässigkeit und Miniaturisierbarkeit erfüllen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine verbesserte Gassensoranordnung der eingangs genannten Gattung auszugeben, die bei verbesserter Energieausnutzung eine robuste und kompakte Bauweise sowie eine kostengünstige Herstellbarkeit besitzt.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Gassensoranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 erfüllt. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Gassensoranordnung sind Gegenstand mehrerer Unteransprüche.
  • Die vorliegende Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, dass ein besonders kompakter und störsicherer Gesamtaufbau der Gassensoranordnung dadurch erreicht werden kann, dass ein Hohlspiegel und ein Tubus zumindest teilweise einstückig mit einem Gehäuse ausgebildet sind, in welchem die Strahlungsquelle, der Gasmessraum und die Detektoreinrichtung angeordnet sind, und dass der Hohlspiegel und der Tubus durch eine reflektierende Beschichtung eines Teils der Wandung des Gehäuses gebildet sind. Auf diese Weise kann durch eine starke Reduzierung der Anzahl der benötigten Einzelteile sowohl die Herstellung wie auch die Assemblierung der Gassensoranordnung verbilligt und vereinfacht werden. Die Möglichkeit, den gesamten Strahlengang, der auch als Lichtkanal bezeichnet wird, mit einer reflektierenden, das Licht bündelnden Beschichtung zu versehen, nützt die von der Strahlungsquelle gelieferte Strahlung einerseits optimal aus, und verhindert andererseits weitestgehend das Eindringen störender Streustrahlung von außen. Die reflektierende Beschichtung kann dabei beispielsweise eine Metallisierung, wie eine Goldbeschichtung, sein.
  • Dadurch, dass das Gehäuse durch eine erste und eine zweite Halbschale gebildet ist, die so zusammengefügt sind, dass ein im wesentlichen geschlossener Gasraum gebildet ist, kann die Montage soweit vereinfacht werden, dass sie automatisiert erfolgen kann.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind die Strahlungsquelle und die Detektoreinrichtung wenigstens teilweise in der ersten Halbschale gehalten und diese ist wenigstens teilweise in der zweiten Halbschale aufgenommen. Auf diese Weise können bei der Montage zunächst die mechanisch empfindlichen Bauteile an der ersten Halbschale montiert werden und die zweite Halbschale kann eine Schutzfunktion gegenüber mechanischen Beanspruchungen erfüllen.
  • In besonders raumsparender Art und Weise kann die erfindungsgemäße Gassensoranordnung in größere elektronische Systeme integriert werden, wenn sie so ausgeführt ist, dass sie auf einem gedruckten Schaltungsträger als Modul montierbar ist. Dies bietet außerdem den Vorteil, dass die erforderliche Auswerteelektronik, die das von der Detektoreinrichtung erzeugte Ausgangssignal weiterverarbeitet, auf dem selben Schaltungsträger, beispielsweise einer gedruckten Leiterplatte (Printed Circuit Board, PCB) aufgebaut werden kann.
  • Sieht man bei einem derartigen Gassensormodul an dem Gehäuse eine Dichtung vor, die im Zusammenwirken mit dem gedruckten Schaltungsträger den Gasmessraum gegenüber der Umgebung abdichtet, so bietet diese Lösung den Vorteil, dass ein Eindringen von Feuchte, Staub und Streulicht verhindert werden kann.
  • Die vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemäßen Gassensoranordnung kommen insbesondere dann zum Tragen, wenn die zu detektierende Strahlung eine Infrarotstrahlung ist und die mindestens eine Strahlungsquelle durch eine Infrarotstrahlungsquelle, vorzugsweise eine Licht emittierende Diode (LED), gebildet ist. Die Verwendung einer LED hat vor allem den Vorteil, dass auf Filteranordnungen zur Wellenlängenselektion verzichtet werden kann und damit die Anordnung weiter miniaturisiert und vereinfacht werden kann. Alternativ kann auch eine Lampe verwendet werden, die ein breitbandiges Lichtspektrum aussendet.
  • Eine trichterförmige Ausgestaltung des verspiegelten Tubus bietet den Vorteil einer Fokussierung der Strahlung auf die sensitive Fläche der Detektoreinrichtung. Allerdings führt auch eine zylindrische Ausführung des verspiegelten Tubus bereits zu einer Lichtführung in Richtung auf den Detektor.
  • Gemäß einer speziellen Ausführungsform weist die Gassensoranordnung eine Messstrahlungsquelle und eine Referenzstrahlungsquelle auf. Diese beiden Strahlungsquellen sind symmetrisch zu mindestens einer Symmetrieachse des Gasmessraumes angeordnet und die Detektoreinrichtung ist so auf dieser Symmetrieachse angeordnet, dass die Strahlengänge der Strahlungsquellen die gleiche effektive Weglänge zu der Detektoreinrichtung aufweisen. Eine derartige Anordnung kann beispielsweise so betrieben werden, dass, wie in der DE 19925196 C2 gezeigt, die Referenzstrahlungsquelle in zeitlichen Abständen zur Überprüfung des Alterungszustandes der Messstrahlungsquelle eingeschaltet wird. Abweichungen bezüglich der Ausgangssignale der Detektoreinrichtung bei eingeschalteter Referenzstrahlungsquelle und eingeschalteter Messstrahlungsquelle liefern Informationen über die Alterung der Messstrahlungsquelle, und diese kann gegebenenfalls ausgeglichen werden. Auf diese Weise kann insbesondere im Kraftfahrzeugbereich die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer der Gassensoranordnung wesentlich erhöht werden.
  • Um die Genauigkeit der Messung zu erhöhen, kann weiterhin zur Überwachung der Temperatur in dem Gasmessraum mindestens ein Temperaturfühler vorgesehen sein.
  • Eine besonders kostengünstige und mechanisch stabile Möglichkeit, das Gehäuse herzustellen, ist die Herstellung in Spritzgusstechnik aus Kunststoff. Dabei kann die reflektierende Beschichtung eine Metallisierung sein, die durch Sputtern, Bedampfen oder mittels Galvanotechnik aufgebracht wird. Es kann hier beispielsweise Gold zum Einsatz kommen.
  • Die vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemäßen Gassensoranordnung können vorteilhaft für die Detektion von Kohlendioxid, beispielsweise im Kraftfahrzeugbereich, sowohl zur Überwachung auf aus Leckstellen austretendes CO2 wie auch zur Überprüfung der Luftgüte in einem Innenraum verwendet werden. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Gassensoranordnung aber auch für die Detektion beliebiger anderer Gase eingesetzt werden.
  • Anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten vorteilhaften Ausgestaltungen wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert. Ähnliche oder korrespondierende Einzelheiten des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
  • 1 eine perspektivische geöffnete Darstellung einer erfindungsgemäßen Gassensoranordnung;
  • 2 eine Seitenansicht einer ersten Halbschale eines Gassensorgehäuses;
  • 3 eine Ansicht von unten auf die erste Halbschale des Gassensorgehäuses;
  • 4 eine Seitenansicht des Gassensorgehäuses;
  • 5 eine Ansicht von oben auf die erste Halbschale des Gassensorgehäuses;
  • 6 eine Ansicht von unten auf die zweite Halbschale des Gassensorgehäuses der 1;
  • 7 eine Schnittdarstellung der zweiten Halbschale des Gassensorgehäuses entlang der Schnittlinie A-A der 6;
  • 8 eine Ansicht von oben auf die zweite Halbschale des Gassensorgehäuses der 1;
  • 9 eine Seitenansicht der zweiten Halbschale des Gehäuses;
  • 10 eine weitere Seitenansicht des Gehäuses aus 1;
  • 11 eine Prinzipsskizze zur Berechnung eines optischen Hohlspiegels zur Strahlungsfokussierung.
  • Der Aufbau und die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Gassensoranordnung soll im Folgenden mit Bezug auf die Figuren genauer erläutert werden. Dabei sind, um die Übersicht zu bewahren, die Strahlungsquellen, in den vorliegenden Ausführungsbei spielen Lampen, die ein breitbandiges Lichtspektrum aussenden, oder aber Licht emittierende Dioden (LED) und ein Infrarotstrahlungsdetektor, nicht dargestellt.
  • Wie in der 1 gezeigt, verwendet eine vorteilhafte Ausführungsform das Messprinzip einer Messstrahlungsquelle und einer Referenzstrahlungsquelle, die beide auf einen einzigen Detektor fokussiert sind. Allerdings kann die vorliegende Erfindung auch für nur eine einzige oder mehr als die gezeigten Strahlungsquellen und Detektoreinheiten angewendet werden.
  • Die erfindungsgemäße Gassensoranordnung 100 umfasst zwei Infrarotstrahlungsquellen (hier nicht dargestellt), die in zwei entsprechenden Öffnungen 102, 104 einer ersten Halbschale 106 eines Gassensorgehäuses angeordnet sind. Ein in einer weiteren Öffnung 108 der ersten Halbschale 106 gehaltener Detektor (hier nicht dargestellt), wertet die eintreffende Infrarotstrahlung aus und liefert ein elektrisches Ausgangssignal in Abhängigkeit von der gemessenen Strahlung. Dabei hängt die auf dem Detektor eintreffende Strahlungsintensität von der Zusammensetzung des in einem Gasmessraum 110 enthaltenen Gases ab. Wie aus der 1 ersichtlich, wird der Gasmessraum 110 durch das Zusammenfügen der ersten Gehäusehalbschale 106 und der zweiten Gehäusehalbschale 112, die hierzu über die erste Halbschale 106 gestülpt wird (siehe Pfeil 114), gebildet.
  • Erfindungsgemäß ist die Innenseite des Gehäuses 106, 112 so strukturiert, dass um die Strahlungsquellen herum Hohlspiegel 116, 118 ausgebildet sind, wobei die Öffnungen 102, 104 für die Strahlungsquellen so angeordnet sind, dass die von ihnen emittierte Strahlung am Ort der sensitiven Fläche der Detektoreinrichtung gebündelt wird. Zu diesem Zweck sind die Hohlspiegel 116, 118 mit einer reflektierenden Beschichtung, vorzugsweise einer Goldschicht, versehen.
  • Weiterhin wird die emittierte Strahlung durch jeweils einen zylindrischen, ebenfalls metallbeschichteten Tubus 120, 122 geführt. Dabei enthält jeweils eine der beiden Halbschalen 106, 112 in etwa die Hälfte der Hohlspiegel 116, 118 und der Tuben 120, 122. Die geschlossene Struktur wird durch Zusammenfügen der beiden Hälften gebildet. Die Längsachsen der beiden Tuben 120, 122 schließen dabei einen Winkel γ miteinander ein, der in der gezeigten symmetrischen Ausführungsform von der Mittelach se des Gasmessraumes 110 halbiert wird. Durch diese Anordnung wird eine Strahlführung in Richtung auf den Detektor ermöglicht.
  • Durch ein Langloch 124 kann der Gasmessraum 110 mit einem Gas befüllt werden. Durch eine weitere Öffnung 126 hindurch kann ein Temperatursensor (hier nicht dargestellt) zur Überwachung der Temperatur in dem Gasmessraum 110 eingeführt werden.
  • Die erfindungsgemäße Gassensoranordnung kann als komplettes Modul auf einer Leiterplatte (Printed Circuit Board, PCB) 128 montiert werden. Für eine mechanische Fixierung besitzt die erste Halbschale 106 des Gehäuses Bohrungen 130, 132. Damit kann eine Verschraubung mit der Leiterplatte 128 erfolgen. Es könnte aber natürlich auch eine Verrastung oder dergleichen für die mechanische Fixierung vorgesehen sein. Für eine vollautomatisierte Montage könnten ein Temperatursensor und zwei Strahlungsquellen bereits auf der Leiterplatte 128 angeordnet sein, bevor die erste Halbschale 106 positioniert und mit der Leiterplatte 128 verschraubt wird. Der Detektor wird in die Öffnung 108 eingeführt und mittels einer Schraube (hier nicht dargestellt), die durch eine Gewindebohrung 144 geschraubt werden kann, an der ersten Halbschale 106 fixiert.
  • In einem nächsten Montagearbeitsgang wird die zweite Halbschale 112 über die erste Halbschale 106, in der auch bereits der Detektor fixiert ist, geschoben. Über weitere Gewindebohrungen 134, 136, 138 und 140 kann die zweite Halbschale 112 ebenfalls sicher auf der Leiterplatte 128 fixiert werden, um ein Eindringen von Feuchte, Staub und störendem Streulicht zu verhindern, ist in der hier gezeigten Ausführungsform eine umlaufende Dichtung 142 an der zweiten Halbschale des Gehäuses vorgesehen, die in Anlage mit der Leiterplatte 128 kommt.
  • Die 2 bis 5 zeigen verschiedene Seitenansichten der ersten Halbschale 106 des Gehäuses. Dabei wird insbesondere aus der Draufsicht der 5 die Strahlenführung ersichtlich: Diese beiden Strahlungsquellen sind symmetrisch zu einer Symmetrieachse 146 des Gasmessraumes 110 angeordnet und die Detektoreinrichtung ist so auf dieser Symmetrieachse 146 angeordnet, dass die Strahlengänge der Strahlungsquellen die gleiche effektive Weglänge zu der Detektoreinrichtung aufweisen. Die gezeigte Anordnung kann beispielsweise so betrieben werden, dass, wie in der DE 19925196 C2 gezeigt, eine der beiden Strahlungsquellen als Messstrahlungsquelle und die andere als Referenzstrahlungsquelle dient. Die Referenzstrahlungsquelle kann in zeitlichen Abständen zur Überprüfung des Alterungszustandes der Messstrahlungsquelle eingeschaltet werden. Abweichungen bezüglich der Ausgangssignale der Detektoreinrichtung bei eingeschalteter Referenzstrahlungsquelle und eingeschalteter Messstrahlungsquelle liefern Informationen über die Alterung der Messstrahlungsquelle, und diese kann gegebenenfalls ausgeglichen werden. Auf diese Weise kann insbesondere im Kraftfahrzeugbereich die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer der Gassensoranordnung wesentlich erhöht werden. Die Öffnungen 102 und 104, in denen die Strahlungsquellen angeordnet sind, befinden sich in der Nähe des Brennpunktes der Hohlspiegel 116, 118. Daher kann die emittierte Strahlung auf die sensitive Fläche des Detektors fokussiert werden. Die beiden verspiegelten Tuben 120, 122 leiten ebenfalls einen möglichst großen Teil der Strahlung zum Detektor.
  • Die 6 bis 10 zeigen verschiedene Ansichten der zweiten Halbschale 112. Insbesondere aus den 6, 7 und 8 wird deutlich, wo der Gaseintritt für das zu analysierende Messgas erfolgt. Dieser Gaseintritt kann, um einer Verunreinigung und frühzeitigen Alterung der Sensoranordnung vorzubeugen, mit geeigneten Filtermaterialien abgedeckt werden.
  • Mit Bezug auf die 11 soll nunmehr auf die geometrische Berechnung des Hohlspiegels 116, 118 eingegangen werden. Für eine bestmögliche Signalausbeute am Detektor wird die Strahlungsquelle im Punkt B angeordnet. Dieser Punkt ist in der Nähe des Brennpunktes F des Hohlspiegels 116 und ermöglicht eine Fokussierung des Strahls in dem Punkt A, welcher der Position des Detektors entspricht. Dabei hat der Detektor eine sensitive Fläche von etwa 1,5 mm2. Mit den Bezeichnungen aus 11 gelten die Abbildungsgleichungen (1) und (2):
    Figure 00080001
  • Setzt man die Gleichung (1) in die Gleichung (2) ein, so erhält man für den Radius R des Hohlspiegels mit den Werten 21,75 mm für g und 1,61 mm für b:
    Figure 00090001
  • Die Höhe wird ebenfalls zu h = R = 3 mm gewählt und der Winkel β ergibt sich zu
    Figure 00090002
  • Mit der gezeigten erfindungsgemäßen Gassensoranordnung ist es möglich, die Signalausbeute an dem Detektor zu optimieren und gleichzeitig für eine stark vereinfachte automatisierbare Montage zu sorgen. Daher kann die erfindungsgemäße Gassensoranordnung vor allem im Zusammenhang mit den Raumumgebungsbedingungen eines Kraftfahrzeugeinsatzes vorteilhaft genutzt werden.

Claims (12)

  1. Gassensoranordnung mit mindestens einer Strahlung emittierenden Strahlungsquelle, einem Gasmessraum (110), der mit einem Messgas, das mindestens einen zu messenden Analyten enthält, befüllbar ist, mindestens einer die Strahlung detektierenden Detektoreinrichtung, die ein von der Anwesenheit und/oder der Konzentration des Analyten abhängiges Ausgangssignal erzeugt, wobei der Gasmessraum (110) mindestens einen Hohlspiegel (116, 118) aufweist und die mindestens eine Strahlungsquelle in der Nähe des Brennpunktes dieses Hohlspiegels so angeordnet ist, dass sich eine Bündelung der emittierten Strahlung in einem Bereich ergibt, in dem die Detektoreinrichtung angeordnet ist, und der Gasmessraum weiterhin mindestens einen die Strahlung führenden Tubus (120, 122) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlspiegel (116, 118) und der Tubus (120, 122) zumindest teilweise einstückig mit einem Gehäuse (106, 122) ausgebildet sind, in dem die Strahlungsquelle, der Gasmessraum und die Detektoreinrichtung angeordnet sind, und dass der Hohlspiegel (116, 118) und der Tubus (120, 122) durch eine reflektierende Beschichtung zumindest eines Teils einer Wandung des Gehäuses (106, 122) gebildet sind.
  2. Gassensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse durch eine erste (106) und eine zweite (112) Halbschale gebildet ist, die so zusammengefügt sind, dass ein im Wesentlichen geschlossener Gasmessraum (110) gebildet ist.
  3. Gassensoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle und die Detektoreinrichtung wenigstens teilweise in der ersten Halbschale (106) gehalten sind und die erste Halbschale (106) wenigstens teilweise in der zweiten Halbschale (112) aufgenommen ist.
  4. Gassensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie so ausgeführt ist, dass sie auf einem gedruckten Schaltungsträger (128) montierbar ist.
  5. Gassensoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse eine Dichtung (142) aufweist, die im Zusammenwirken mit dem gedruckten Schaltungsträger (128) den Gasmessraum (110) gegenüber der Umgebung abdichtet.
  6. Gassensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zu detektierende Strahlung Infrarotstrahlung ist und die mindestens eine Strahlungsquelle durch eine Infrarotstrahlungsquelle, vorzugsweise eine lichtemittierende Diode oder eine ein breitbandiges Lichtspektrum emittierende Lampe, gebildet ist.
  7. Gassensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Tubus (120, 122) trichterförmig ausgeführt ist.
  8. Gassensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Messstrahlungsquelle und mindestens eine Referenzstrahlungsquelle vorgesehen sind, die symmetrisch zu mindestens einer Symmetrieachse des Gasmessraumes (110) angeordnet sind, und dass die Detektoreinrichtung so auf dieser Symmetrieachse angeordnet ist, dass die Strahlengänge der Strahlungsquellen die gleiche effektive Weglänge zu der Detektoreinrichtung aufweisen.
  9. Gassensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Temperaturfühler zur Überwachung der Temperatur in dem Gasmessraum (110) vorgesehen ist.
  10. Gassensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (106, 112) vorzugsweise in Spritzgusstechnik aus Kunststoff herstellbar ist und die reflektierende Beschichtung eine Metallisierung ist.
  11. Gassensoranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung, vorzugsweise eine Goldschicht, durch Sputtern, Bedampfen oder mittels Galvanotechnik abgeschieden ist.
  12. Gassensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie dazu eingerichtet ist, gasförmige Analyten, vorzugsweise Kohlendioxid, nachzuweisen und/oder deren Konzentration zu bestimmen.
DE102004007946A 2004-02-18 2004-02-18 Gassensoranordnung in integrierter Bauweise Withdrawn DE102004007946A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102004007946A DE102004007946A1 (de) 2004-02-18 2004-02-18 Gassensoranordnung in integrierter Bauweise
EP05001208.7A EP1566626B1 (de) 2004-02-18 2005-01-21 Gassensoranordnung in integrierter Fassung
US11/058,893 US7268882B2 (en) 2004-02-18 2005-02-16 Gas sensor arrangement in an integrated construction
JP2005039673A JP2005233958A (ja) 2004-02-18 2005-02-16 ガスセンサ構造

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102004007946A DE102004007946A1 (de) 2004-02-18 2004-02-18 Gassensoranordnung in integrierter Bauweise

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102004007946A1 true DE102004007946A1 (de) 2005-09-15
DE102004007946A8 DE102004007946A8 (de) 2006-05-04

Family

ID=34706839

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102004007946A Withdrawn DE102004007946A1 (de) 2004-02-18 2004-02-18 Gassensoranordnung in integrierter Bauweise

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7268882B2 (de)
EP (1) EP1566626B1 (de)
JP (1) JP2005233958A (de)
DE (1) DE102004007946A1 (de)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006054165B3 (de) * 2006-11-16 2008-04-17 Tyco Electronics Raychem Gmbh Langzeitstabile optische Sensoranordnung, insbesondere Wasserstoffsensor, und kombinierte Gassensoranordnung
EP1956363A1 (de) 2007-02-07 2008-08-13 Tyco Electronics Raychem GmbH Substrat mit integriertem Filter für Gassensoranordnungen
DE102007006153A1 (de) 2007-02-07 2008-08-21 Tyco Electronics Raychem Gmbh Optische Gassensoranordnung in monolithisch integrierter Bauweise
US7842925B2 (en) 2006-02-06 2010-11-30 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Radiation source for a sensor arrangement with making current limitation
DE102006047474B4 (de) * 2006-10-05 2013-12-05 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Druckmessgerät für die Prozessmesstechnik

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI503865B (zh) 2003-05-23 2015-10-11 尼康股份有限公司 A method of manufacturing an exposure apparatus and an element
DE102004027512A1 (de) * 2004-06-04 2005-12-22 Robert Bosch Gmbh Spektroskopischer Gassensor, insbesondere zum Nachweis mindestens einer Gaskomponente in der Umluft, und Verfahren zur Herstellung eines derartigen spektroskopischen Gassensors
DE102004044145B3 (de) * 2004-09-13 2006-04-13 Robert Bosch Gmbh Reflektormodul für einen photometrischen Gassensor
DE102005055860B3 (de) * 2005-11-23 2007-05-10 Tyco Electronics Raychem Gmbh Gassensoranordnung mit Lichtkanal in Gestalt eines Kegelschnittrotationskörpers
US20090141282A1 (en) * 2007-12-04 2009-06-04 Yung-Lieh Chien Concentration measuring structure capable of reducing the effect of environmental temperature
TW201200858A (en) * 2010-06-28 2012-01-01 Unimems Mfg Co Ltd A photoelectric gas sensor device and manufacturing method therefor
DE202010017994U1 (de) * 2010-12-20 2013-07-10 Binder Gmbh Messsystem zum Messen der CO2-Konzentration in einem Klimaschrank oder einem Inkubator
JP5906407B2 (ja) * 2011-04-11 2016-04-20 パナソニックIpマネジメント株式会社 気体成分検出装置
JP2012220353A (ja) * 2011-04-11 2012-11-12 Panasonic Corp 気体成分検出装置
WO2013081519A1 (en) 2011-12-02 2013-06-06 Senseair Ab Epoxy molded gas cell for optical measurement and method of forming
JP6347051B2 (ja) 2013-03-04 2018-06-27 パナソニックIpマネジメント株式会社 デバイス
USD764558S1 (en) * 2014-06-26 2016-08-23 Life Safety Distribution Ag Optical block
USD758464S1 (en) * 2014-06-26 2016-06-07 Life Safety Distribution Ag Optical block
US10161859B2 (en) 2016-10-27 2018-12-25 Honeywell International Inc. Planar reflective ring
US11774424B2 (en) * 2021-03-23 2023-10-03 Honeywell International Inc. Integrated sensor
CN114346939B (zh) * 2022-03-10 2022-08-16 浙江辉旺机械科技股份有限公司 一种壳体压铸件的气密性检测装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4958076A (en) * 1989-02-10 1990-09-18 Gas Research Institute Selective natural gas detecting apparatus
EP0616207A2 (de) * 1993-01-21 1994-09-21 I.T.V.I. International Techno Venture Invest Ag Detektor für brennbare Gase insbesondere Methan
DE19808128A1 (de) * 1997-02-26 1998-08-27 Fuji Electric Co Ltd Infrarot Gas-Analysator
WO2000055603A1 (de) * 1999-03-13 2000-09-21 Inficon Gmbh Infrarot-gasanalysator und verfahren zum betrieb dieses analysators
DE19925196C2 (de) * 1999-05-26 2001-12-13 Inst Chemo Biosensorik Gassensoranordnung

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3046234A1 (de) * 1980-12-08 1982-07-15 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Nichtdispersiver infrarot-gasanalysator
CA1228748A (en) * 1983-12-24 1987-11-03 Hans Oetliker Method and apparatus for guiding and collecting light in photometry or the like
EP0493401B1 (de) * 1989-09-29 1994-03-09 Atomic Energy Of Canada Limited Infrarot-gasdetektor
GB9616809D0 (en) * 1996-08-10 1996-09-25 Eev Ltd Gas monitors
SE506942C2 (sv) * 1996-08-28 1998-03-02 Hans Goeran Evald Martin Gassensor
US5767967A (en) * 1997-01-02 1998-06-16 Yufa; Aleksandr L. Method and device for precise counting and measuring the particulates and small bodies
US6067840A (en) 1997-08-04 2000-05-30 Texas Instruments Incorporated Method and apparatus for infrared sensing of gas
US6410918B1 (en) 1997-10-28 2002-06-25 Edwards Systems Technology, Inc. Diffusion-type NDIR gas analyzer with improved response time due to convection flow
TW459133B (en) 2001-03-30 2001-10-11 Oriental System Technology Inc Multi-component gas analyzer having cassette-type light path system
US6882426B1 (en) * 2002-06-26 2005-04-19 Digital Control Systems, Inc. Gas sensor with slotted diffusive gas sample chamber
US7034304B2 (en) * 2003-07-25 2006-04-25 Honeywell International, Inc. Chamber for gas detector

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4958076A (en) * 1989-02-10 1990-09-18 Gas Research Institute Selective natural gas detecting apparatus
EP0616207A2 (de) * 1993-01-21 1994-09-21 I.T.V.I. International Techno Venture Invest Ag Detektor für brennbare Gase insbesondere Methan
DE19808128A1 (de) * 1997-02-26 1998-08-27 Fuji Electric Co Ltd Infrarot Gas-Analysator
WO2000055603A1 (de) * 1999-03-13 2000-09-21 Inficon Gmbh Infrarot-gasanalysator und verfahren zum betrieb dieses analysators
DE19925196C2 (de) * 1999-05-26 2001-12-13 Inst Chemo Biosensorik Gassensoranordnung

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7842925B2 (en) 2006-02-06 2010-11-30 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Radiation source for a sensor arrangement with making current limitation
DE102006047474B4 (de) * 2006-10-05 2013-12-05 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Druckmessgerät für die Prozessmesstechnik
DE102006054165B3 (de) * 2006-11-16 2008-04-17 Tyco Electronics Raychem Gmbh Langzeitstabile optische Sensoranordnung, insbesondere Wasserstoffsensor, und kombinierte Gassensoranordnung
EP1956363A1 (de) 2007-02-07 2008-08-13 Tyco Electronics Raychem GmbH Substrat mit integriertem Filter für Gassensoranordnungen
DE102007006155A1 (de) 2007-02-07 2008-08-14 Tyco Electronics Raychem Gmbh Substrat mit integriertem Filter für Gassensoranordnungen
DE102007006153A1 (de) 2007-02-07 2008-08-21 Tyco Electronics Raychem Gmbh Optische Gassensoranordnung in monolithisch integrierter Bauweise

Also Published As

Publication number Publication date
EP1566626A1 (de) 2005-08-24
EP1566626B1 (de) 2019-03-20
US20050259262A1 (en) 2005-11-24
JP2005233958A (ja) 2005-09-02
US7268882B2 (en) 2007-09-11
DE102004007946A8 (de) 2006-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102005055860B3 (de) Gassensoranordnung mit Lichtkanal in Gestalt eines Kegelschnittrotationskörpers
DE102004007946A1 (de) Gassensoranordnung in integrierter Bauweise
DE102004044145B3 (de) Reflektormodul für einen photometrischen Gassensor
DE102007011750B3 (de) Gassensor mit einem insbesondere explosionsgeschützten Gehäuse
DE102006054165B3 (de) Langzeitstabile optische Sensoranordnung, insbesondere Wasserstoffsensor, und kombinierte Gassensoranordnung
DE10360215A1 (de) Gassensor
WO2000073768A2 (de) Gassensoranordnung
DE10058469C1 (de) Optischer Gassensor
WO1994009266A1 (de) Sensoranordnung und verfahren zur überwachung der konvertierungsrate eines abgaskatalysators
DE102005022288B4 (de) Gassensoranordnung und Messverfahren zur Verbesserung der Langzeitstabilität
DE102005020864B4 (de) Gassensoranordnung mit verbesserter Langzeitstabilität und Messverfahren
DE102011075530A9 (de) Fotometer zur In-situ-Messung in Fluiden
DE19641867A1 (de) Optoelektronische Meßeinrichtung zur Erfassung von Verbrennungsvorgängen im Brennraum
DE19512126C1 (de) Vorrichtung zum Detektieren eines Gases oder Aerosols
DE102006048839B4 (de) Photoakustische Gassensor-Vorrichtung mit mehreren Messzellen
WO2004097381A1 (de) Gassensor, insbesondere für eine fahrzeug-klimaanlage
DE102007006153A1 (de) Optische Gassensoranordnung in monolithisch integrierter Bauweise
DE102004001357B4 (de) Ölnebel-Erkennungseinrichtung
DE102004028023B4 (de) Sensoreinheit zur Erfassung eines Fluids, insbesondere zur Erfassung von Erdgas, Kohlenwasserstoffen, Kohlendioxid oder dgl. in Umgebungsluft
DE102004030855A1 (de) Verfahren zur Reduzierung von Kondenswasser bei Gassensoranordnungen
DE202021102073U1 (de) Optische Analysevorrichtung zur Bestimmung einer Kenngröße eines Mediums, Gehäuse und Gesamtsystem
WO2019134844A1 (de) Optisches sensormodul für spektroskopische messung
EP1956363A1 (de) Substrat mit integriertem Filter für Gassensoranordnungen
DE102008011304A1 (de) Temperaturmesseinheit
EP1331475B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Grössenverteilung und Konzentration von Partikeln in einem Fluid

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8181 Inventor (new situation)

Inventor name: TILLE, THOMAS, DR., 81673 MUENCHEN, DE

Inventor name: FISCHER, JOERG, 81927 MUENCHEN, DE

Inventor name: FORLENZA, MARCO, 82061 NEURIED, DE

Inventor name: MINUTH, RUDI, 85354 FREISING, DE

Inventor name: STRAUB, KUNO, 85356 FREISING, DE

OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: BAYERISCHE MOTOREN WERKE AKTIENGESELLSCHAFT, 8, DE

R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: G01N0021350000

Ipc: G01N0021350400

Effective date: 20131205

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee