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Die Erfindung betrifft eine Messgasküvette für einen optischen Gassensor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und einen optischen Gassensor gemäß Anspruch 7.
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Ein Messgasküvette für einen optischen Gassensor hat gewöhnlich eine Wandung, die ein Messgasvolumen begrenzt, sowie einen Einlass, durch den ein zu detektierendes Messgas, z. B. Kohlenwasserstoff, Kohlendioxid oder andere Spurengase, in das Volumen der Küvette eindringen kann. Die Messgasküvette ist zumeist in den Gassensor integriert, wobei der Gassensor mit einer Strahlungsquelle ausgestattet ist, welche Messstrahlung, vorzugsweise Licht, einer bestimmten Bandbreite in die Messgasküvette und damit in das Messgas emittiert. Der Gassensor hat ferner wenigstens einen Detektor, der die durch das Messgas transmittierte Strahlung einer ausgewählten Messwellenlänge erfasst und in elektrische Signale umwandelt, welche anschließend in geeigneter Weise für die Bestimmung der zu ermittelnden Gaskonzentration ausgewertet werden. Die sich von der Strahlungsquelle meist divergent ausbreitende Messstrahlung wird mit Hilfe optisch reflektierender Elemente, die im Bereich der Wandung der Messgasküvette ausgebildet sind, auf wenigstens einen Detektor fokussiert, so dass sich die Strahlungsintensität am Messort entsprechend erhöht.
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Die Selektion der dem zu detektierenden Messgas entsprechenden Wellenlänge erfolgt mit Hilfe von optischen Filtern, beispielsweise einem Bandpassfilter oder einem Interferenzfilter, die zumeist direkt mit den zugehörigen Detektoren verbunden oder kombiniert ausgestaltet sind. Um ferner den Einfluss von Alterungseffekten der Strahlungsquelle sowie den Einfluss möglicher Verschmutzungen im optischen Strahlengang zu kompensieren, wird eine Referenzstrahlung erzeugt und von dem wenigstens einen Detektor oder einem zusätzlichen Detektor erfasst, wobei der von dem Referenzdetektor erfasste Wellenlängenbereich so gewählt ist, dass er durch die Absorption des Messgases nicht beeinflusst wird. Die Messgaskonzentration wird so dann durch Quotientenbildung und Verrechnung mit dem Messsignal bestimmt.
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Für eine kompakte Bauweise eines optischen Gassensors schlägt die
DE 100 58 469 C1 vor, die Messgasküvette als rotationssymmetrischen Ringraum zwischen einem ersten, inneren Zylinderabschnitt und einem dazu konzentrischen zweiten, äußeren Zylinderabschnitt auszubilden, wobei der Ringraum durch ein Deckelelement und ein im Abstand dazu angeordnetes Bodenelement in längsaxialer Richtung begrenzt wird. Das Deckelement ist für das Messgas durchlässig, während das Bodenelement die Strahlungsquelle und die Detektoren aufnimmt.
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Derartige optische Gassensoren weisen eine meist wenig effiziente Optik auf, was sich durch ein daraus resultierendes ungünstiges Signal-Rausch-Verhältnis negativ auf die Messgenauigkeit auswirkt.
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US 2009/0 235 720 A1 offenbart einen optischen Gassensor, mit einer domartig ausgebildeten Messgasküvette, einer LED-Strahlungsquelle und einem Detektor in Form einer Photodiode, die neben der Strahlungsquelle auf einer Bodenfläche des Gassensors angeordnet ist. Die über der Bodenfläche als Halbkugel ausgebildete Wandung der Messgasküvette ist auf der Innenseite verspiegelt und mittels toroidaler Teilflächen derart strukturiert, dass von der LED emittierte Strahlung auf die Photodiode reflektiert wird.
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Problematisch hierbei ist, dass ein solcher Gassensor auf die Erfassung von nur einer Wellenlänge beschränkt ist. Die Ausbildung eines Referenzsignals ist weder vorgesehen noch realisierbar. Ferner kann mit dem Gassensor stets nur ein einziges Messgas detektiert werden. Ein einfacher und rascher Wechsel oder ein Austausch der Optik ist gleichfalls nicht möglich.
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DE 603 16 682 T2 beschreibt eine Messgasküvette mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1. Das optisches Element wird durch zwei nebeneinander liegende ellipsoide Spiegelflächen gebildet, die symmetrisch ausgebildet, aber verkippt zueinander angeordnet sind, so dass sich das an den verkippt zueinander liegenden Spiegelflächen reflektierte Licht in zwei Teilstrahlen aufteilt. Die beiden Teilstrahlen treffen dann getrennt voneinander auf zwei nebeneinander liegende Detektoren. Vor den beiden Detektoren sind unterschiedliche Filter angeordnet, von denen einer eine erste Messgaswellenlänge und der andere eine zweite Referenzwellenlänge passieren lässt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Messgasküvette zu entwickeln, die sowohl für die Messstrahlung, als auch für eine Referenzstrahlung eine effiziente Optik aufweist. Die Messgasküvette soll ferner mit einfachen Mitteln kostengünstig aufgebaut und unempfindlich gegen Störungen sein.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen optischen Gassensor zu schaffen, der gleichfalls kostengünstig und robust aufgebaut ist und bei geringer Störanfälligkeit eine insgesamt hohe Effizienz aufweist. Angestrebt werden ferner die zusätzliche Erzeugung eines Referenzsignals, sowie die Erfassung verschiedener Messgase.
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Diese Aufgaben werden durch die Messgasküvette mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und den optischen Gassensor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Bei einer Messgasküvette für einen optischen Gassensor zum quantitativen Messen der Konzentration eines Messgases mittels einer Messstrahlung, mit einer Wandung, einem Einlass für das Messgas und mit einem optischen Element, welches von einem Ausgangspunkt ausgehende Messstrahlung in einem ersten Punkt fokussiert, weist das optische Element zwei optisch wirksame Flächen auf, wobei eine erste optisch wirksame Fläche eine erste ausgewählte Wellenlänge der Messstrahlung, ausgehend von dem Ausgangspunkt, in den ersten Punkt reflektiert und wobei eine zweite optisch wirksame Fläche die übrige Messstrahlung oder eine zweite ausgewählte Wellenlänge, ausgehend von dem Ausgangspunkt, in einen zweiten Punkt reflektiert. Die erste optisch wirksame Fläche trägt oder bildet eine Filterschicht, welche die erste ausgewählte Wellenlänge der Messstrahlung in den ersten Punkt reflektiert und die übrige Messstrahlung durchlässt. Die zweite optisch wirksame Fläche ist oder bildet eine Spiegelfläche, welche die nicht von der ersten optisch wirksamen Fläche reflektierte Messstrahlung oder die zweite, nicht von der ersten optisch wirksamen Fläche reflektierte, ausgewählte Wellenlänge in den zweiten Punkt reflektiert. Dabei sind die optisch wirksamen Flächen im Strahlengang der Messgasküvette hintereinander angeordnet. Die Erfindung sieht ferner vor, dass das optische Element eine Spiegellinse ist. Hierbei handelt es sich um eine Linse, die meist mit einer verspiegelten Rückseite versehen ist, so dass einfallende Strahlung zweimal gebrochen und einmal reflektiert wird. Ein solches katadioptisches Element hat damit die Eigenschaft, einfallende Strahlung an einer ersten optischen Schicht bei Bedarf wellenlängenselektiv zu reflektieren und an einer zweiten optischen Schicht, die meist die verspiegelte Rückseite ist, vollständig zu reflektieren. Das katadioptische Element bildet folglich einen Strahlteiler, der die einfallende Strahlung wellenlängenselektiv aufteilen und in unterschiedlichen Punkten fokussieren kann. Dementsprechend wird die erste optisch wirksame Fläche von der Frontseite der Spiegellinse und die zweite optisch wirksame Fläche von der Rückseite der Spiegellinse gebildet, wobei die optisch wirksamen Flächen des optischen Elements bevorzugt sphärisch und/oder asphärisch ausgebildet sind, um eine stets optimale und effiziente Abbildung bei einem möglichst kurzen Strahlengang zu erzeugen.
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Durch diese ebenso einfache wie überraschend effiziente Lösung wird innerhalb der Messgasküvette nicht nur die Messstrahlung von dem optischen Element optimal in einen ersten Punkt reflektiert und fokussiert, sondern es wird auch eine Referenzstrahlung, die in einem zweiten Punkt reflektiert und fokussiert. Dabei ist lediglich ein einziges optisches Element in Form einer Spiegellinse für die Strahlführung notwendig, was den Aufbau der Messgasküvette erheblich vereinfacht und die Herstellkosten deutlich reduziert. Folglich lässt sich auch ein optischer Sensor einfach und kostengünstig aufbauen, wobei sich die Messgasküvette rasch und bequem wechseln lässt und der gesamte Aufbau weitestgehend unempfindlich gegen Störungen ist.
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In Bezug auf die mechanischen und optischen Bauteile ist damit der Aufbau der Messgasküvette auf ein Minimum reduziert, denn es ist nur noch ein einziges optisches Element notwendig, um sowohl die Messstrahlung, als auch eine Referenzstrahlung einem oder zwei Detektoren zuzuführen. Dabei ist das optische Element vorzugsweise konkav-konvex ausgebildet, was zum einen für eine sehr effiziente Abbildung sorgt und gleichzeitig das Bauvolumen der Messgasküvette deutlich reduziert. Aufgrund des optimierten Strahlengangs innerhalb der Messgasküvette treten bei der Reflektion an den Oberflächen des optischen Elements nur relativ kleine Einfallswinkel auf, was beispielsweise den Einfluss von Wasserfilmen auf den Flächen und den Einfluss auf das Messergebnis deutlich reduziert.
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Das optische Element kann aus einem für die Mess- und/oder Referenzstrahlung transmissiven Material bestehen.
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In einer alternativen Ausführungsform ist die Spiegellinse auf ihrer ersten optisch wirksamen Fläche, namentlich auf der Frontseite, nicht mit einer wellenlängenselektiven Filterschicht versehen, sondern mit einer dichroitischen Teilerschicht, während im Strahlengang der Messgasküvette wenigstens ein optischer Bandpassfilter angeordnet ist. Je nach Wahl der Lichtquelle kann auf den Bandpassfilter auch verzichtet werden.
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Konstruktiv ist es günstig, wenn das optische Element in der Wandung der Messgasküvette integriert ist oder wenn das optische Element mit der Wandung der Messgasküvette einstückig ist. Auch dies reduziert sowohl den mechanischen Aufbau der Messgasküvette als auch deren Abmessungen. Bevorzugt besteht die Wandung der Messgasküvette aus einem für die Mess- und/oder Referenzstrahlung transmissiven Material. Ferner bilden die Wandung und das optische Element der Messgasküvette, bis auf den Einlass, ein für das Messgas abgeschlossenes Volumen. Die erfindungsgemäße Messgasküvette kann damit als separates Bauteil nicht nur vorgefertigt, sondern als austauschbares Element in einem optischen Gassensor eingesetzt werden. Dieser kann damit – bei einem Wechsel der Messgasküvette jederzeit unterschiedliche Gase detektieren, weil mit dem Austausch der Messgasküvette automatisch die jeweils notwendige Optik bereitgestellt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegen der Ausgangspunkt, der erste Punkt und der zweite Punkt im Bereich der Mittelachse des optischen Elements. Der Ausgangspunkt der Messstrahlung und der Referenzstrahlung sowie die beiden Fokuspunkte (erster Punkt und zweiter Punkt) sind damit gegenüber dem optischen Element, namentlich der Spiegellinse angeordnet. Dadurch entstehen nahezu identische und auf ein Minimum reduzierte Strahlengänge, über die sehr viel von der emittierten Strahlung zurück zu den Detektoren gelangt, was die Effizienz der Messgasküvette und damit des Gassensors deutlich erhöht. Hinzu kommt, dass die optischen Wege für den Messkanal und den Referenzkanal innerhalb der Messgasküvette nahezu identisch sind, so dass sich gegebenenfalls auftretende Störungen in Form von Staub, Tropfen u. dgl. in beiden Kanälen identisch bemerkbar machen.
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Dazu trägt auch bei, wenn der Ausgangspunkt, der erste Punkt und der zweite Punkt quer zur Mittelachse der Messgasküvette mit geringstmöglichem Abstand nebeneinander angeordnet sind.
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Bei einem optischen Gassensor zum quantitativen Messen der Konzentration eines Messgases mittels einer Messstrahlung sieht die Erfindung weiter vor, dass dieser mit einer erfindungsgemäßen Messgasküvette versehen ist.
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Durch die optimierte Strahlführung reduziert sich ferner das Bauvolumen, so dass der Platzbedarf des optischen Gassensors gegenüber herkömmlichen Konstruktionen deutlich reduziert ist. Durch die nahezu identischen und auf ein Minimum reduzierten Strahlengänge gelangt sehr viel von der emittierten Strahlung zurück zu den Detektoren, was die Effizienz des Gassensors deutlich erhöht. Überdies sind die optischen Wege innerhalb der Messgasküvette für den Messkanal (für die Messstrahlung) und den Referenzkanal (für die Referenzstrahlung) nahezu identisch, so dass sich ggf. auftretende Störungen in Form von Staub, Tropfen u. dgl. in beiden Kanälen identisch bemerkbar machen. Die Störanfälligkeit des Gassensors ist deutlich reduziert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat der Gassensor eine Strahlungsquelle, die im Ausgangspunkt der Messgasküvette angeordnet ist und die Messstrahlung (S) emittiert, einen ersten Detektor, der im Punkt (P1) der Messgasküvette angeordnet ist und eine ausgewählte, für das zu ermittelnde Messgas spezifische Wellenlänge der Messstrahlung (S) erfasst, und einen zweiten Detektor, der im Punkt (P2) der Messgasküvette angeordnet ist und ein Referenzsignal erzeugt.
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Eine breitbandige Strahlungs- bzw. Lichtquelle emittiert in dieser Bauform sowohl die Messstrahlung als auch die Referenzstrahlung. Die Selektion der für die Erzeugung des Messsignals und des Referenzsignals notwendigen Wellenlängen erfolgt über das optische Element, erfindungsgemäß die Spiegellinse, die auf ihrer ersten optischen wirksamen Fläche mit einer Filterschicht versehen ist und deren zweite optisch wirksame Fläche verspiegelt ist. Zwei in den beiden Fokuspunkten der Spiegellinse angeordnete Detektoren erfassen die jeweilige Strahlung und erzeugen das Messsignal und das Referenzsignal.
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In einer anderen alternativen Ausführungsform der Erfindung hat der Gassensor eine erste Strahlungsquelle, die im ersten Punkt der Messgasküvette angeordnet ist und Messstrahlung mit einer ausgewählten, für das zu ermittelnde Messgas spezifischen Wellenlänge emittiert, eine zweiten Strahlungsquelle, die im zweiten Punkt der Messgasküvette angeordnet ist und Messstrahlung mit einer für die Erzeugung eines Referenzsignals geeigneten Wellenlänge emittiert, und mit einem Detektor, der im Ausgangspunkt der Messgasküvette angeordnet ist und der die von den Strahlungsquellen ausgehende Messstrahlung erfasst.
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Diese Bauform kehrt den optischen Weg um, indem zwei schmalbandige Strahlungs- bzw. Lichtquellen in den beiden Fokuspunkten (erster und zweiter Punkt) der Spiegellinse angeordnet sind, während in dem Ausgangspunkt ein Detektor angeordnet ist, der die Strahlung erfasst und sowohl das Messsignal, als auch das Referenzsignal erzeugt.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Strahlungsquelle und die Detektoren außerhalb der Messgasküvette liegen. Dadurch ist es jederzeit möglich, die Messgasküvette auszuwechseln oder gegen eine andere auszutauschen. Mit einem Gassensor lassen sich auf diese Weise bei Bedarf verschiedene Gase detektieren. Die Handhabung ist dabei äußerst einfach.
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Günstig ist ferner die Anordnung der Strahlungsquelle und der Detektoren auf einer gemeinsamen Platine. Auch dadurch wird der mechanische Aufbau deutlich reduziert und die Montage des Gassensors vereinfacht.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Messgasküvette;
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2 eine schematische Darstellung eines optischen Gassensors gemäß der Erfindung mit einer erfindungsgemäßen Messgasküvette;
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3 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform eines optischen Gassensors gemäß der Erfindung mit einer erfindungsgemäßen Messgasküvette;
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4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines optischen Gassensors gemäß der Erfindung mit einer erfindungsgemäßen Messgasküvette;
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Die in 1 allgemein mit 10 bezeichnete Messgasküvette ist für den Einsatz in einem optischen Gassensor 50 vorgesehen, wie er beispielsweise in 2 schematisch dargestellt ist. Letzterer dient zum quantitativen Messen der Konzentration eines Messgases G mittels einer Messstrahlung S.
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Die Messgasküvette 10 hat eine Wandung 12. In dieser ist mindestens ein Einlass 14 für das Messgas G vorgesehen, wobei in dem Ausführungsbeispiel von 1 zwei Einlässe 14 einander gegenüberliegend ausgebildet sind. In einem anderen Bereich der Wandung ist ein Ausgangspunkt A für die Messstrahlung S vorgesehen, d. h. in diesem Punkt A tritt die von dem Gassensor 50 erzeugte Messstrahlung S in das Volumen V der Messgasküvette 10 ein, wenn diese – wie in 2 gezeigt – in den Gassensor 50 bestimmungsgemäß eingesetzt ist.
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In einem dem Ausgangspunkt A gegenüberliegenden Bereich der Wandung 12 ist ein optisches Element 20 in Form einer konkav-konvexen Spiegellinse 30 angeordnet. Diese hat eine Frontseite 32 und eine Rückseite 34. Sie besteht vorzugsweise aus einem transmissiven Material, beispielsweise Saphir, Quarz, Glas oder Kunststoff, und ist bevorzugt in die Wandung 12 der Messgasküvette 10 eingesetzt. Sie kann aber auch mit der Wandung 12 einstückig sein.
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Die Frontseite 32 der Spiegellinse 30 bildet eine erste optisch wirksame Fläche 22. Diese ist bevorzugt sphärisch ausgebildet und mit einer optischen Filterschicht 23 beschichtet, wobei die auf der Frontseite 32 der Spiegellinse liegende Schicht 23 derart gewählt und ausgebildet ist, dass eine für das zu detektierende Gas spezifische Wellenlänge, die Messwellenlänge, wie an einem Spiegel reflektiert wird, während die übrige Messstrahlung oder eine zusätzliche Referenzstrahlung von der Filterschicht 23 durchgelassen wird. Überdies ist die Geometrie der Frontseite 32 der Spiegellinse 30, namentlich deren Sphäre, derart gestaltet, dass die von dem Ausgangspunkt A ausgehende und an der Frontseite 32 reflektierte Messwellenlänge in einem ersten Punkt P1 fokussiert wird. Dieser Punkt P1 liegt bevorzugt in unmittelbarer Nähe zum Ausgangspunkt A.
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Die Rückseite 34 der Spiegellinse 30 bildet eine zweite optisch wirksame Fläche 24. Diese ist als Rückseite 34 der Spiegellinse 30 gleichfalls sphärisch ausgebildet und als Spiegelfläche derart gestaltet, dass die von der Frontseite 32 durchgelassene Strahlung ebenfalls reflektiert wird. Die Sphäre der zweiten optisch wirksamen Fläche 24 ist hierbei so gewählt, dass die auftreffende Strahlung, die gleichfalls von dem Ausgangspunkt A ausgeht, in einen zweiten Punkt P2 fokussiert wird. Dieser Punkt P2 liegt gleichfalls in der Nähe zum Ausgangspunkt A, wobei sich die Punkte A, P1 und P2 nicht überschneiden.
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Man erkennt, dass die Filterschicht 23 auf der Frontseite 32 der Spiegellinse 30 auf eine ausgewählte Messwellenlänge reflektierend wirkt und diese von dem optischen Element der Messgasküvette 10 in den ersten Punkt P1 reflektiert und fokussiert wird. Alle anderen von dem Punkt A ausgehenden Wellenlängen transmittieren durch die Filterschicht 23 und die Spiegellinse 30 hindurch zur Rückseite 34. Dort wird die gesamte verbleibende Strahlung oder eine oder mehrere ausgewählte Wellenlängen, die z. B. als Referenzwellenlängen genutzt werden, in den Punkt P2 reflektiert und fokussiert.
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Die erfindungsgemäße Messgasküvette 10 wird – wie in 2 schematisch dargestellt – in einen optischen Gassensor 50 eingesetzt. Dieser hat dazu ein (nicht weiter dargestelltes) Gehäuse sowie eine geeignete Mechanik zur sicheren Festlegung bzw. Fixierung der Messgasküvette 10 in dem Gehäuse.
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Für die Erzeugung der Messstrahlung S besitzt der Gassensor 50 eine Strahlungsquelle 60, die innerhalb des Gassensors 50 derart angeordnet ist, dass die emittierte Messstrahlung S von dem Ausgangspunkt A der Messgasküvette 10 ausgeht. Die Strahlungsquelle 60 liegt damit vorzugweise in dem Ausgangspunkt A und erzeugt Licht mit einer geeigneten Bandbreite.
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Der Gassensor 50 hat ferner einen ersten Detektor 70, der – wenn die Messgasküvette 10 in den Gassensor 50 eingesetzt ist, in dem ersten Punkt P1 liegt. Damit erfasst der Detektor 70 als Messgasdetektor die von der Frontseite 32 der Spiegellinse 3 reflektierte Messwellenlänge und wandelt die in dem Punkt P1 auftreffende Strahlung in ein geeignetes elektrisches Signal um.
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In dem zweiten Punkt P2 der Messgasküvette 10 liegt ein zweiter Detektor 80, der die von der Rückseite 34 der Spiegellinse 30 reflektierte Strahlung aufnimmt und gleichfalls in ein geeignetes elektrisches Signal umwandelt. Dieses Signal wird als Referenzsignal verwendet, d. h. der zweite Detektor 80 bildet einen Referenzdetektor.
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Die Strahlungsquelle 60, der erste Detektor 70 und der zweite Detektor 80 sind auf einer gemeinsamen Platine 90 angeordnet. Ferner liegen der Ausgangspunkt A und die Strahlungsquelle 60 – wie die 1 und 2 zeigen – etwa auf der Mittellinie M der Messgasküvette 10, die als zylindrischer oder quaderförmiger Hohlkörper ausgebildet sein kann. Durch diese geometrische Ausgestaltung treffen die von dem Ausgangspunkt A ausgehenden Lichtstrahlen S der Strahlungsquelle 60 stets etwa senkrecht auf die optisch wirksamen Flächen 22, 24 des optischen Elements 20 bzw. der Spiegellinse 30 auf. Eventuell auf der Filterschicht 23 befindliche Wasserschichten haben dadurch nur einen nur sehr geringen Einfluss auf die Brechung, Reflexion und Adsorption der Messstrahlung S, die nahezu ungehindert und unverfälscht von den optisch wirksamen Flächen 22, 24 in die Punkte P1 und P2 und damit in die Detektoren 70, 80 reflektiert bzw. fokussiert werden.
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Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Gasdetektors 50 mit einer erfindungsgemäßen Messgasküvette 10 besteht in der gegenüber herkömmlichen Gassensoren hohen Effizienz, denn von der Spiegellinse 30 wird eine stets ausreichende Menge Licht in die Detektoren 70, 80 reflektiert. Dabei ist der Strahlengang äußerst kompakt, was sich günstig auf die Baugrößer der Messgasküvette 10 und damit auf die Gesamtabmessungen des Gasdetektors 50 auswirkt. Störeinflüsse, die durch Wasserfilme, Wassertropfen oder Staub entstehen können, werden weitestgehend eliminiert. Dadurch, dass die Strahlungsquelle 60 und die Detektoren 70, 80 außerhalb der Messgasküvette 10 liegen, lässt sich diese jederzeit austauschen, so dass der Gassensor 50 durch einfachen Wechsel der Messgasküvette 10 die unterschiedlichsten Gase detektieren kann. Auch eine ggf. notwendige Reparatur des Gassensors 50 ist denkbar einfach und kostengünstig durchführbar.
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Die in 3 dargestellte Ausführungsform eines Gassensors 50 hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie der Gassensor von 2, weshalb gleiche Bezugszeichen die gleichen Bauteile bezeichnen. Der maßgebliche Unterschied liegt darin, dass anstelle von einer breitbandigen Strahlungsquelle 60 und zwei Detektoren 70, 80 zwei schmalbandige Strahlungsquellen 60', 60'' und ein Detektor 70' verwendet werden. Dabei findet eine Umkehrung der Lichtwege statt.
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Dementsprechend sitzt die erste Strahlungsquelle 60' im ersten Punkt P1 der Messgasküvette 10. Sie ist derart ausgebildet, dass eine schmalbandige Messstrahlung S mit einer ausgewählten, für das zu ermittelnde Messgas spezifischen Wellenlänge emittiert wird. Die zweite Strahlungsquelle 60'' sitzt im zweiten Punkt P2 der Messgasküvette 10. Sie emittiert eine Messstrahlung S mit einer für die Erzeugung eines Referenzsignals geeigneten Wellenlänge. Die Strahlung beider Strahlungsquellen 60', 60'' wird aufgrund der geometrischen und optischen Ausgestaltung der Spiegellinse 30 in dem Ausgangspunkt A der Messgasküvette 10 fokussiert. In diesem Ausgangspunkt A sitzt ein Detektor 70', der die einfallende Strahlung wellenlängenselektiv in geeignete Messsignale umwandet, so dass ein Messsignal und ein Referenzsignal entstehen, aus denen die zu ermittelnde Gaskonzentration berechnet werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform (siehe 3) ist vorgesehen, dass die Frontseite 32 der Spiegellinse und damit die erste optisch wirksame Schicht 22 mit einer dichroitischen Teilerschicht behaftet ist, wobei die Teilerwellenlänge zwischen der Messwellenlänge und der Referenzwellenlänge liegt. Um geeignete Messsignale mit den in den Punkten P1 und P2 liegenden Detektoren 70, 80 erzeugen zu können, sind vor jeweils optische Bandpassfilter 72, 82 angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- A
- Ausgangspunkt
- G
- Messgas
- M
- Mittelachse
- P1
- erster Punkt
- P2
- zweiter Punkt
- S
- Messstrahlung
- V
- Volumen
- 10
- Messgasküvette
- 12
- Wandung
- 14
- Einlass
- 20
- Optisches Element
- 22
- Optisch wirksame Fläche
- 23
- Filterschicht
- 24
- Optisch wirksam Fläche
- 30
- Spiegellinse
- 32
- Frontseite
- 34
- Rückseite
- 50
- Optischer Gassensor
- 60
- Strahlungsquelle
- 70
- erster Detektor
- 72
- optischer Bandpassfilter
- 80
- zweiter Detektor
- 82
- optischer Bandpassfilter
- 90
- Platine
