DE102009027139A1

DE102009027139A1 - Spektroskopischer Gassensor und Verfahren zur Ermittlung einer Alkoholkonzentration in einem zugeführten Luftvolumen, insbesondere Ausatemvolumen

Info

Publication number: DE102009027139A1
Application number: DE102009027139A
Authority: DE
Inventors: Paul Koop; Helge Dittmer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-06-24
Filing date: 2009-06-24
Publication date: 2010-12-30
Also published as: US20100327167A1; SE1050671A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen spektroskopischen Gassensor (1), der mindestens aufweist: eine IR-Strahlungsquelle (2) zum Aussenden von IR-Strahlung (3), ein Messvolumen (4) zur vollständigen oder teilweisen Befüllung mit einem Luftzuführvolumen, insbesondere einer Ausatemluft (9), eine Detektoreinrichtung (6) mit mindestens einem, vorzugsweise zwei Detektorelementen (6-1, 6-2, 6-3), die durch das Messvolumen (4) gelangte IR-Strahlung (3a) in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen detektieren und Messsignale (S1, S2, S3) ausgeben, und eine Auswerteeinrichtung (8) zur Aufnahme der Messsignale (S1, S2, S3) und Ermittlung einer Konzentration an einer Messsubstanz in dem Luftzuführvolumen (9). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein erste Detektorelement (6-1) IR-Strahlung in einem Wellenlängenbereich einer Absorptionsbande der Messsubstanz misst und die Auswerteeinrichtung (8) aus den ermittelten Konzentrationen der Messsubstanz und einer weiteren Komponente in dem Messvolumen (4) eine Konzentration der Messsubstanz in dem Luftzuführvolumen (9) ermittelt. Hierbei misst ein zweites Detektormittel die Konzentration der weiteren Komponente des Luftzuführvolumens (9), vorzugsweise als zweites spektroskopisches Detektorelement (6-2).

Description

Stand der Technik
Die Spektroskopische Gassensorik beruht auf der Absorption von Infrarot-Strahlung (IR-Strahlung) in einem Messvolumen entsprechend der Gaszusammensetzung. Hierzu wird im Allgemeinen von einer IR-Strahlungsquelle IR-Strahlung durch das Messvolumen geleitet und die Absorption der IR-Strahlung in verschiedenen Wellenlängenbereichen von Detektorelementen detektiert, um das Gasgemisch zu analysieren. Hierzu werden im Allgemeinen Wellenlängenbereiche herangezogen, in denen Absorptionsbande der zu bestimmenden Gaskomponenten liegen. Im Allgemeinen wird zusätzlich ein Referenzkanal mit einem weiteren Detektorelement herangezogen, der z. B. in einem breitbandigen Wellenlängenbereich misst.
Durch einen derartigen spektroskopischen Gassensor kann unter anderem die Alkoholkonzentration in dem Messvolumen eines Messgerätes bestimmt werden, in das eine Person ausatmet. Um hieraus auf die Alkoholkonzentration in der Ausatemluft der Person zurück schließen zu können, ist allerdings sicher zu stellen, dass das Messvolumen zwischen dem Detektor und der IR-Strahlungsquelle komplett mit der Ausatemluft gefüllt worden ist. Hierzu kann z. B. ein aufblasbarer Beutel mit einem geeigneten Mundstück verwendet werden, wobei auch dann zuvor verbleibende Restluft in dem Beutel und dem Mundstück zu Ungenauigkeiten führen können. Aus Hygienegründen können derartige Messeinrichtungen mit Mundstück im Allgemeinen nur einmal verwendet werden.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Konzentration an einer Messsubstanz, insbesondere Alkohols, in einem Messvolumen auch ohne genaue Kenntnis des Anteils der Zuführluft bzw. der Ausatemluft in dem Messvolumen zu ermitteln. Somit kann grundsätzlich auf ein Mundstück verzichtet werden; als Behälter für das Messvolumen kann somit statt eines aufblasbaren Beutels z. B. auch ein fester Behälterkörper dienen, der nicht vollständig durch die Zuführluft, d. h. die Ausatemluft, gefüllt wird.
Erfindungsgemäß erfolgt eine indirekte Ermittlung der Alkoholkonzentration in der Ausatemluft über eine ergänzende Messung einer weiteren Komponente bzw. Substanz. Erfindungsgemäß wird in dem Messvolumen somit nicht nur die Konzentration des Alkohols, sondern auch die Konzentration an der weiteren Komponente gemessen.
Diese Messung der weiteren Komponenten kann insbesondere ebenfalls spektroskopisch erfolgen, so dass die erfindungsgemäße Detektoreinrichtung mindestens zwei Detektorelemente aufweist, von denen ein erstes Detektorelement IR-Strahlung in einem Wellenlängenbereich einer Absorptionsbande der Messsubstanz detektiert und ein zweites Detektorelement IR-Strahlung in einem Wellenlängenbereich einer Absorptionsbande der weiteren Komponente detektiert. Ergänzend erfolgt vorteilhafterweise eine weitere Messung in einem Referenzkanal, um (in an sich bekannter Weise) die zunächst Relativwerte darstellenden Messwerte mit diesem Referenzkanal zu kalibrieren bzw. umzurechnen.
Anstelle einer spektroskopischen Messung der zweiten Komponente kann jedoch auch eine andere Messung erfolgen, z. B. über einen in dem Reflektorvolumen angeordneten chemischen Sensor.
Erfindungsgemäß kann zunächst eine erste Messung in dem Messvolumen vor Aufnahme der Ausatemluft und nachfolgend die Messung in dem Messvolumen mit aufgenommener Ausatemluft als zweite Messung erfolgen; je nach Ausführungsform ist gegebenenfalls die erste Messung nicht erforderlich.
Ergänzend wird der Gehalt dieser Komponente in der Ausatemluft ermittelt. Vorteilhafterweise wird eine geeignete Komponente gewählt, deren Konzentration in der Ausatemluft mit hinreichender Genauigkeit abgeschätzt werden kann, so dass durch diesen abgeschätzten Wert der Komponente in der Ausatemluft und durch die Messwerte dieser Komponente sowie des Alkoholgehalts in dem Messvolumen, gegebenenfalls unter Berücksichtigung zusätzlicher Kompensationen, die Alkoholkonzentration in der Ausatemluft indirekt ermittelt werden kann.
Eine Kompensation kann insbesondere über eine ermittelte Temperatur in der Ausatemluft und/oder im Messvolumen erfolgen. Hierzu können z. B. Temperatursensoren bzw. Temperaturfühler mit hoher Messgenauigkeit und schneller Ansprechzeit herangezogen werden, z. B. ein Widerstandselement mit positiver oder negativer Kennlinie.
Erfindungsgemäß wird erkennt, dass als weitere Komponente insbesondere Wasser, Sauerstoff und Kohlendioxid besonders geeignet sind, da der Gehalt an diesen Komponenten in der Ausatemluft mit hoher Genauigkeit abgeschätzt werden kann. Der Wassergehalt in der Ausatemluft eines Menschen hängt im Wesentlichen von der Temperatur seiner Ausatemluft ab. Weiterhin sind auch der Sauerstoffgehalt bzw. die Sauerstoffkonzentration und der Kohlendioxidgehalt in der Ausatemluft eines Menschen mit hinreichender Genauigkeit bekannt.
Die Erfindung weist mehrere Vorteile auf. So kann zur Messung der Alkoholkonzentration die hohe Messgenauigkeit der spektroskopischen Gassensorik verwendet werden, die gegenüber anderen Messverfahren, wie z. B. chemischen Messverfahren durch Färbung eines Indikators oder chemischen Sensoren zum einen genauer ist und zum anderen eine mehrfache Verwendbarkeit und somit Wiederholbarkeit der Messung ermöglicht. Weiterhin kann erfindungsgemäß auf ein Mundstück am Einlass in das Messvolumen verzichtet werden, so dass eine hygienisch vorteilhafte Lösung und insbesondere auch eine Wiederverwendbarkeit des spektroskopischen Gassensors ermöglicht wird. Der Benutzer kann auch ohne Kontakt mit dem Gehäuse des Gassensors in einen Einlass einatmen, so dass er im Allgemeinen nur einen Teil des Messvolumens mit der Ausatemluft füllen wird, wobei erfindungsgemäß dennoch durch die indirekte Ermittlung eine hohe Messgenauigkeit erreicht wird. Erfindungsgemäß wird somit eine Unabhängigkeit der Messung von der Menge bzw. dem Anteil der Ausatemluft in dem Messvolumen erreicht.
Die erfindungsgemäße Gassensor kann durch an sich bekannte, auch für andere Messungen standardisierte Bauteile wie z. B. Detektor-Halbleiterbauelemente mit mikromechanisch ausgebildeten Detektorelementen und optischen Filtern zur wellenlängenselektiven Messung ausgebildet werden, die kostengünstig und mehrfach verwendbar sind. Das Messvolumen kann durch ein starres Gehäuse gebildet werden, wobei hier z. B. durch Reflektoren auch größere Absorptionspfade und somit eine hohe Messgenauigkeit in einem an sich geringen Messvolumen erreicht werden können. Hierbei kann z. B. das Messvolumen vollständig zwischen entsprechenden Reflektoreinrichtungen aufgenommen werden, die durch eine Vielfachreflektion lange Absorptionspfade ermöglichen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Gassensors;
2 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Auswerteverfahrens.
Beschreibung der Ausführungsformen
Ein erfindungsgemäßer spektroskopischer Gassensor 1 weist gemäß 1 eine IR-Strahlungsquelle 2 auf, die IR-Strahlung 3 in einem breitbandigen Bereich ausgibt. Hierzu kann die IR-Strahlungsquelle 2 z. B. als Glühlampe im Niederstrombetrieb ausgebildet sein, die entsprechend breitbandig thermische IR-Strahlung 3 ausgibt. Die IR-Strahlung 3 gelangt nachfolgend durch ein Messvolumen 4, das als Absorptionsstrecke dient. Das Messvolumen 4 kann insbesondere durch hier nicht detaillierter gezeigte Reflektoren 4a festgelegt sein, um den Absorptionspfad bei beschränktem Bauraum zu verlängern. Weiterhin sind schematisch ein Einlass 4b und ein Auslass 4c zum Ein- und Auslassen eines zuzuführenden Gasvolumens 9 in das Messvolumen 4 eingezeichnet. Das zuzuführende Gasvolumen 9 kann insbesondere eine Ausatemluft 9 einer Person sein. Der Einlass 4b kann erfindungsgemäß ohne Mundstück ausgebildet sein.
In dem Messvolumen 4 findet in Abhängigkeit der Zusammensetzung des aufgenommenen Gases bzw. Gasgemisches eine teilweise Absorption der breitbandigen IR-Strahlung 3 statt, so dass nachfolgend eine IR-Strahlung 3a das Messvolumen 4 verlässt und zu mehreren optischen Filtern 7-1, 7-2, 7-3 gelangt, die jeweils vor einem Detektorelement 6-1, 6-2, 6-3 eines Detektors 6 angeordnet sind und jeweils unterschiedliche Wellenlängenbereiche der ankommenden IR-Strahlung 3a durchlassen.
Die Detektorelemente 6-1, 6-2, 6-3 können z. B. mikromechanisch in dem gemeinsamen Detektor 6 ausgebildet sein, der als ein oder auch mehrere Detektor-Halbleiterbauelemente 6 ausgebildet ist. Somit detektieren die Detektorelemente 6-1, 6-2, 6-3 die IR-Strahlung 3a in unterschiedlichen, von den optischen Filtern 7-1, 7-2, 7-3 festgelegten Wellenlängenbereichen. Hierbei kann z. B. das dritte Detektorelement 6-3 als Referenzkanal dienen und die einkommende IR-Strahlung breitbandig messen, das erste Detektorelement 6-1 in einer Absorptionsbande von Alkohol bei z. B. 9,3 μm messen. Das zweite Detektorelement 6-2 dient erfindungsgemäß als weiterer Messkanal zur Detektion einer weiteren Komponente S, die insbesondere H2O (Wasser), O2 (Sauerstoff) oder CO2 (Kohlendioxid) sein kann. Erfindungsgemäß ist hierbei auch die Ausbildung mehrerer derartiger zusätzlicher Detektorelemente 6-2 möglich, um die Genauigkeit der Messung zu erhöhen; so können z. B. zwei zweite Detektorelemente 6-2 vorgesehen sein, von denen eines O2 und das andere H2O detektiert. Bei einer derartigen Ausbildung können die vier Detektorelemente 6-1, 6-2, 6-2 und 6-3 z. B. in zwei Detektorhalbleiter-Bauelementen jeweils zwei Kanälen ausgebildet sein.
Die Detektorelemente 6-1, 6-2, 6-3 geben jeweils Messsignale S1, S2, S3 an eine Auswerteeinrichtung 8 aus, die z. B. als weiteres Halbleiterbauelement, z. B. ASIC, ausgebildet oder auch in dem Mikroprozessor realisiert werden kann, der die IR-Strahlungsquelle 2 ansteuert. Die Auswerteeinrichtung 8 gibt ein Ausgabesignal S4 aus.
Zur Ermittlung des Alkoholgehalts in der Ausatemluft 9 kann in Abhängigkeit der zur Ermittlung dienenden weiteren Komponente S zunächst eine erste Messung vor der Zuführung der Ausatemluft 9 erfolgen, bei der die IR-Strahlungsquelle 2 die IR-Strahlung 3 durch das Messvolumen 4 ausstrahlt und die Messsignale aufgenommen werden. Die erste Messung ist insbesondere bei Heranziehung von H2O als weiterer Komponente hilfreich; bei O2 oder CO2 kann diese erste Messung grundsätzlich entfallen, da der Ausgangswert abgeschätzt werden kann.
Nachfolgend wird über den Einlass 4b die Ausatemluft 9 in das Messvolumen 4 aufgenommen, wodurch im Allgemeinen nicht das gesamten Messvolumen 4 mit der Ausatemluft 9 gefüllt wird, insbesondere wenn an dem Einlass 4b kein Mundstück vorgesehen ist, sondern der Benutzer in eine entsprechende als Einlass 4b dienende Öffnung ausatmet. Für die Messung werden nachfolgend der Einlass 4b und der Auslass 4c verschlossen, so dass nachfolgend die IR-Strahlungsquelle 2 die IR-Strahlung 3 durch das Messvolumen 4 ausstrahlt.
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass der Anteil der Ausatemluft 9 an dem Messvolumen 4 indirekt abgeschätzt werden kann, wenn die Konzentration an der weiteren Komponente S in dem Messvolumen gemessen und in der Ausatemluft abgeschätzt wird.
Sei für eine Komponente S, die z. B. H2O oder O2 oder CO2 sein kann,

C(S)v: die Konzentration der Komponente S im Messvolumen 4 vor der teilweisen Befüllung mit Ausatemluft 9
C(S)n: die Konzentration der Komponente S im Messvolumen 4 nach der teilweisen Befüllung mit Ausatemluft 9,
C(S)9: die Konzentration der Komponente S in der Ausatemluft 9,
C(Al)v: Alkoholgehalt im Messvolumen 4 vor der teilweisen Befüllung mit Ausatemluft 9,
C(Al)n: Alkoholgehalt im Messvolumen 4 nach der teilweisen Befüllung mit Ausatemluft 9, sowie
C(Al)9: Alkoholgehalt in der Ausatemluft 9, d. h. der zu bestimmende Wert,

Der folgende Quotient x aus den relevanten Differenzen ergibt den anteiligen bzw. relativen Wert der im Messvolumen 4 gebliebenen Luft: x = (C(S)n – C(S)9)/(C(S)v – C(S)9),somit gibt y = 1 – x den relativen Wert des verdrängten Volumens in dem Messvolumen 4 an.
Wenn jetzt die Alkoholmesswerte vor und nach dem Befüllen bzw. Ausatmen in Relation gesetzt und mit (1 – x) dividiert werden, erhält man den zu bestimmenden Alkoholgehalt C(Al)9 in der Ausatemluft 9: C(Al)9 = (C(Al)n – x·C(Al)v)/(1 – x)
Bei S = H2O können auch die relativen Feuchtigkeiten, d. h. Werte bis 100%, genommen werden, wobei dann gegebenenfalls auf die Temperatur zu kompensieren ist.
Erfindungsgemäß können C(Al)v, C(Al)n, C(S)v und C(S)n in den Messungen detektiert werden, wobei sämtliche Wert spektroskopisch detektiert werden, oder C(S)v und C(S)n auch chemisch detektiert werden kann. insbesondere kann C(Al)v, d. h. der Alkoholgehalt im Messvolumen 4 vor der teilweisen Befüllung mit Ausatemluft 9, durch eine vorherige Reinigung bzw. Durchspülen an der Außenluft, auf praktisch Null gesetzt werden. Weiterhin kann vorteilhafterweise für einige Komponenten S der Konzentrationswert C(S)9, d. h. die Konzentration der Komponente S in der Ausatemluft 9, für einige Komponenten abgeschätzt werden oder bekannt sein.
Erfindungsgemäß wird erkannt, dass Wasser in der Ausatemluft einer Person eine Konzentration aufweist, die im wesentlichen nur von der Temperatur T abhängt. Für S = H2O kann somit C(H2O)9, d. h. die Wasserkonzentration in der Ausatemluft 9, über eine Kenntnis der Temperatur T abgeschätzt werden, die über den Temperaturfühler 10 gemessen wird, die ein Temperatursignal S5 ausgibt. Somit wird C_T als Temperaturkorrekturfaktor eingeführt.
Nachfolgend wird ein Beispiel berechnet, wobei direkt die Feuchtigkeiten (mit Werten bis 100%) genommen werden und die Temperatur kompensiert ist über einen Temperaturfaktor C_T:
Sei die Konzentration in dem Messvolumen an H2O vor der Messung 50% (Feuchtigkeit). Nach dem teilweisen Befüllen durch die Ausatemluft 9 steige die Konzentration auf 75%. Somit wurde durch die Ausatemluft 9 der folgende Anteil x verdrängt: x = (75% – 100%)/(50% – 100%) = 0,5, also 50%
Sei die Alkoholkonzentration vor dem Befüllen 100 ppm, nach dem teilweisen Befüllen mit Ausatemluft 9 werden 150 ppm gemessen. Um die Alkoholkonzentration C(Al)9 in der Ausatemluft 9 zu berechnen, muss die Formel oben umgestellt werden: C(Al)9 = (150 ppm – 0,5·100 ppm)/(1 – 0,5) = 200 ppm
Wie bereits ausgeführt kann bei vorheriger Reinigung des Messvolumens 4 grundsätzlich auch erreicht werden, dass vor dem Befüllen kein Alkohol in dem Messvolumen 4 ist, so dass dann die Rechnung vereinfacht ist.
Für S = CO2 kann der Wert C(CO2)v des CO2-Gehaltes in dem Messvolumen 4 der ersten Messung, d. h. vor der teilweisen Befüllung, als verschwindend gering (unter ein Promille) angesetzt werden gegenüber C(CO2)9, d. h. dem CO2-Wert in der Ausatemluft 9, der für eine Person bekannt ist und etwa 4% beträgt. Somit ergibt sich x = (C(CO2)n – C(CO2)9)/(C(CO2)v – C(CO2)9) ≈ 1 – (C(CO2)n/0,04)
Die Konzentrationswerte von C(Al)v und C(Al)n sowie C(CO2)n können z. B. wiederum über die Detektoreinrichtung 6 mit den Detektorelementen 6-1, 6-2, 6-3 ermittelt werden, wobei z. B. 6-1 eine Absorptionsbande von Alkohol und 6-2 eine Absorptionsbande von CO2 detektiert und 6-3 als Referenzkanal dient.
Gemäß einer dritten Ausführungsform wird als zweite Substanz S = O2, d. h. Sauerstoff herangezogen.
Die Konzentrationswerte von Alkohol und Sauerstoff im Messvolumen 4 werden vorteilhafterweise wiederum über die Detektoreinrichtung 6 mit den Detektorelementen 6-1, 6-2, 6-3 ermittelt, wobei z. B. 6-1 eine Absorptionsbande von Alkohol und 6-2 eine Absorptionsbande von Sauerstoff detektiert und 6-3 als Referenzkanal dient.
Bei dieser Ausführungsform wird C(O2)9, d. h. die Konzentration von Sauerstoff in der Ausatemluft 9, wiederum abgeschätzt. Der Sauerstoffgehalt in der Atmo sphärenluft kann mit hinreichender Genauigkeit als 21% abgeschätzt werden, in der Ausatemluft einer Person liegt im Allgemeinen eine Sauerstoffkonzentration von 17% vor, was mit hinreichender Genauigkeit bekannt ist.
Somit kann gemäß dieser Formel ebenfalls die Alkoholkonzentration C(Al)9 in der Ausatemluft 9 ermittelt werden.
Diese drei Ausführungsformen können insbesondere auch miteinander kombiniert werden, dass Sauerstoff, Kohlendioxid und Wasser als zusätzliche Substanz zur indirekten Ermittlung der Alkoholkonzentration in der Ausatemluft herangezogen werden können.
Das erfindungsgemäße Messverfahren startet somit gemäß 2 in Schritt St0 bei Einschalten durch den Benutzer. Nachfolgend wird in Schritt St1 die Ausatemluft 9 in dem Messvolumen 4 aufgenommen, wobei sie im Allgemeinen nicht das Messvolumen 4 vollständig ausfüllt, insbesondere wenn kein zusätzliches Mundstück am Einlass 4b vorgesehen ist. In Schritt St2 wird nachfolgend der Einlass 4b und entsprechend der Auslass 4c geschlossen. In Schritt St2 wird von der IR-Strahlungsquelle 2 die IR-Strahlung 3 ausgegeben und durch das Messvolumen 4 geleitet, woraufhin die Detektorelemente 6-1, 6-2, 6-3 und gegebenenfalls weitere Detektorelemente nachfolgend in Schritt St3 ihre Messsignale S1, S2, S3 ausgeben. Weiterhin wird das Temperatursignal S5 von dem Temperatursensor 10 erzeugt und an die Auswerteeinrichtung 8 ausgegeben.
Nachfolgend erfolgt in Schritt St4 die Ermittlung von C(Al)9 als Alkoholkonzentration in der Ausatemluft 9 gemäß einer der Ausführungsformen oder einer kombinierten Ausführungsform, oder auch über Referenzbildung bzw. Ermittlung mittels einer weiteren in der Ausatemluft vorhandenen Substanz und die Ausgabe des Ausgabesignals S4, die z. B. direkt den Wert von C(Al)9 anzeigen kann, z. B. auch auf einer Anzeigeeinrichtung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung.

Claims

Spektroskopischer Gassensor (1), der mindestens aufweist: eine IR-Strahlungsquelle (2) zum Aussenden von IR-Strahlung (3), ein Messvolumen (4) zur vollständigen oder teilweisen Befüllung mit einem Luftzuführvolumen, insbesondere einer Ausatemluft (9), eine Detektoreinrichtung (6) mit mindestens einem Detektorelement (6-1, 6-2, 6-3) zum Detektieren der durch das Messvolumen (4) gelangten IR-Strahlung (3a) in mindestens einem ersten Wellenlängenbereich und Ausgabe mindestens eines Messsignals (S1, S2, S3), und eine Auswerteeinrichtung (8) zur Aufnahme des mindestens einen Messsignals (S1, S2, S3) und Ermittlung einer Konzentration (C(Al)9) an einer Messsubstanz in dem Luftzuführvolumen (9), dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Detektorelement (6-1) IR-Strahlung in einem Wellenlängenbereich einer Absorptionsbande der Messsubstanz misst und ein erstes Messsignal (S1) an die Auswerteeinrichtung (8) ausgibt, ein zweites Detektormittel (6-2) eine Konzentration einer weiteren Komponente des Luftzuführvolumens (9) misst und ein zweites Messsignal (S2) ausgibt, und die Auswerteeinrichtung (8) aus den ermittelten Konzentrationen (C(S)v, C(S)n, C(Al)v, C(Al)n) der Messsubstanz und der weiteren Komponente in dem Messvolumen (4) eine Konzentration (C(Al)9) der Messsubstanz in dem Luftzuführvolumen (9) ermittelt.
Spektroskopischer Gassensor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (8) eine Konzentration der weiteren Komponente in dem Luftzuführvolumen (9) abschätzt und aus der abgeschätzten Konzentration der weiteren Komponente in dem Luftzuführvolumen (9) und den gemessenen Konzentrationen der Messsubstanz und der weiteren Komponente in dem Messvolumen (4) die Konzentration (C(Al)9) der Messsubstanz in dem Luftzuführvolumen (9) ermittelt.
Spektroskopischer Gassensor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Detektormittel (6-2) ein zweites Detektorelement (6-2) der Detektoreinrichtung (6) ist, wobei das zweite Detektorelement (6-2) die durch das Messvolumen gelangte IR-Strahlung (3a) in einem von dem ersten Wellenlängenbereich verschiedenen zweiten Wellenlängenbereich detektiert, der einer Absorptionsbande der weiteren Komponente des Luftzuführvolumens (9) zugeordnet ist.
Spektroskopischer Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsubstanz Ethanol ist.
Spektroskopischer Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperaturfühler (10) zur Messung einer Temperatur der Ausatemluft (9) und/oder der Temperatur in dem Messvolumen (4) vorgesehen ist, der ein Messsignal (S5) an die Auswerteeinrichtung (8) zur Ermittlung Konzentration (C(Al)9) der Messsubstanz in dem Luftzuführvolumen (9) ausgibt.
Spektroskopischer Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als eine weitere Komponente Wasser (H2O) herangezogen wird, wobei die Wasserkonzentration (C(H2O)9) in der Ausatemluft (9) abgeschätzt wird, vorzugsweise durch eine Temperaturmessung.
Spektroskopischer Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als eine weitere Komponente Sauerstoff (O2) und/oder Kohlendioxid (CO2) gemessen wird und die Konzentration (C(CO2)9, C(O2)9) an Sauerstoff (O2) und/oder Kohlendioxid (CO2) in der Ausatemluft (9) abgeschätzt wird.
Spektroskopischer Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem mindestens einen Detektorelementen (6-1, 6-2, 6-3) jeweils ein optisches Filter (7-1, 7-2, 7-3) zur wellenlän genselektiven Transmission der einfallenden IR-Strahlung (3a) vorgesehen ist.
Spektroskopischer Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Detektorelement (6-1, 6-2, 6-3), vorzugsweise auch die optischen Filter (7-1, 7-2, 7-3), mikromechanisch in einem Detektorhalbleiterbauelement (6) oder mehreren Detektorhalbleiterbauelementen (6) ausgebildet sind.
Spektroskopischer Gassensor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messvolumen (4) einen Einlass (4b) aufweist, der ohne ein Mundstück ausgebildet ist.
Verfahren zur spektroskopischen Messung einer Konzentration (C(Al)9) einer Messsubstanz in einem zugeführten Luftzuführvolumen (9), insbesondere einer Ausatemluft (9), mit mindestens folgenden Schritten: Aufnahme des Luftzuführvolumens (9) in einem Messvolumen (4), Ausgabe von IR-Strahlung (3) von einer IR-Strahlungsquelle (2) durch das Messvolumen (4) und wellenlängenselektive Messung der durch das Messvolumen (4) hindurch tretenden IR-Strahlung (3a) in mindestens einem Wellenlängenbereich (St2), wobei in einem Wellenlängenbereich die Konzentration (C(Al)v, C(Al)n) der Messsubstanz in dem Messvolumen (4) in mindestens einer Messung ermittelt wird und weiterhin die Konzentration einer weiteren Komponente (O2, H2O, CO2) in dem Messvolumen (4) ermittelt wird, Ermittlung der Konzentration (C(Al)9) der Messsubstanz in dem Luftzuführvolumen (9) durch mindestens den Messwert der Konzentration in dem Messvolumen (4) und der Konzentration der weiteren Komponente in dem Messvolumen und Ermittlung einer Konzentration der weiteren Komponente in dem Luftzuführvolumen (9).
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration (C(CO2)9, C(H2O)9, C(O2)9) der weiteren Komponente (H2O, CO2, O2) in dem Luftzuführvolumen (9) abgeschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der weiteren Komponente (H2O, CO2, O2) in dem Messvolumen (4) vor und/oder nach der Aufnahme des Luftzuführvolumens (9) in dem Messvolumen (4) wellenlängenselektiv in einem weiteren Wellenlängenbereich ermittelt wird.
Verfahren nach einen der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsubstanz Ethanol und die weitere Komponente Wasser, Sauerstoff und/oder Kohlendioxid ist, und die Konzentration der weiteren Komponente in der Ausatemluft (9) unter Messung der Temperatur in der Ausatemluft (9) und/oder im Messvolumen (4) ermittelt oder abgeschätzt wird.