DE102015012429A1

DE102015012429A1 - Verfahren zur Signalerfassung in einem Gasanalysesystem

Info

Publication number: DE102015012429A1
Application number: DE102015012429.3A
Authority: DE
Inventors: Livio Fornasiero; Peter Dreyer; Arne Tröllsch; Robert Jahns
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2017-03-30
Anticipated expiration: 2035-09-26
Also published as: CN107024443A; US20170089830A1; CN107024443B; DE102015012429B4; US9863874B2

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist ein Verfahren zur Signalerfassung in einem Gasanalysesystem (1, 1') mit einer Strahlungsquelle (3), mit einer Gasmessstrecke (9), in der das Messgas enthalten ist, mit einem Fabry-Perot-Interferometer (13), mit einem thermischen Sensor (17), wobei der thermische Sensor (17) derart ausgestaltet ist, dass darauf fallende elektromagnetische Strahlung eine Änderung einer Spannung zwischen daran vorgesehenen Elektroden verursacht, und derart angeordnet ist, dass durch den zweiten Spiegel des Fabry-Perot-Interferometers (13) austretende Strahlung auf den thermischen Sensor (17) fällt, wobei das Verfahren umfasst, dass die Gasmessstrecke (9) mit Strahlung aus der Strahlungsquelle (3) bestrahlt wird, dass mit konstantem zeitlichem Abstand voneinander Zeitsignalpulse erzeugt werden, dass während der Erzeugung der Zeitsignalpulse der Abstand der Spiegel des Fabry-Perot-Interferometers (13) kontinuierlich entweder vergrößert oder verkleinert wird, dass, nachdem eine vorgegebenen Anzahl von Zeitsignalpulsen erzeugt worden ist, die zwischen den Elektroden des thermischen Sensors (17) erzeugte Spannung erfasst und als ein Messsignalwert abgespeichert wird, und dass, nachdem erneut eine vorgegebene Anzahl von Zeitsignalpulsen erzeugt worden ist, erneut die zwischen den Elektroden des thermischen Sensors (17) erzeugte Spannung erfasst und als ein Messsignalwert abgespeichert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Signalerfassung in einem Gasanalysesystem für die Analyse eines Messgases mit einer Strahlungsquelle, die in einem ersten Wellenlängenbereich elektromagnetische Strahlung emittiert, mit einer Gasmessstrecke, in der das Messgas enthalten ist, wobei die Gasmessstrecke derart relativ zu der Strahlungsquelle angeordnet ist, dass von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung durch die Gasmessstrecke hindurchtritt, mit einem Fabry-Perot-Interferometer, das einen ersten und einen zweiten teildurchlässigen Spiegel, die parallel zueinander angeordnet sind, und eine Einrichtung zur Veränderung des Abstands zwischen den Spiegeln aufweist, wobei das Fabry-Perot-Interferometer derart angeordnet ist, dass durch die Gasmessstrecke hindurchtretende Strahlung aus der Strahlungsquelle auf den ersten Spiegel des Fabry-Perot-Interferometers fällt, mit einem thermischen Sensor, wobei der thermische Sensor derart ausgestaltet ist, dass darauf fallende elektromagnetische Strahlung eine Änderung einer Spannung zwischen daran vorgesehenen Elektroden verursacht, und derart angeordnet ist, dass durch den zweiten Spiegel des Fabry-Perot-Interferometers austretende Strahlung auf den thermischen Sensor fällt. Außerdem betrifft die Erfindung ein Gasanalysesystem zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
Aus der DE 10 2006 045 253 B3 ist bereits ein Gasanalysesystem mit einer Strahlungsquelle und einem Fabry-Perot-Interferometer bekannt, wobei die Strahlung aus der Strahlungsquelle durch eine Gasmessstrecke in Form einer Küvette hindurchtritt und anschließend durch das Fabry-Perot-Interferometer fällt. Das Fabry-Perot-Interferometer wird mit einer vorgegebenen Spannung kontinuierlich verstimmt, d. h. der Abstand der Spiegel oszilliert mit dieser Spannung, und die daraus austretende Strahlung wird von einem Dualbanddetektor erfasst und ausgewertet. Dabei wird ein Absorptionsspektrum bestimmt, indem die Intensität der aus dem Fabry-Perot-Interferometer austretenden und auf den Sensor fallenden Strahlung in Abhängigkeit der Wellenlänge bestimmt wird, auf die das Interferometer aufgrund des Abstandes der Spiegel gerade sensitiv ist.
Bei derartigen Gasanalysesystemen stellt sich allerdings das technische Problem, eine zuverlässige Kalibrierung des Sensors und der sich aus dem Sensorsignal ergebenden Messwerte in Bezug auf die Wellenlänge zu erreichen und dies insbesondere dann, wenn thermische Sensoren verwendet werden, die lange Zeitkonstanten haben. Derartige thermische Sensoren wie pyroelektrische Detektoren müssen allerdings häufig verwendet werden, wenn Strahlung detektiert werden soll, die im langwelligen Infrarotbereich, also insbesondere im Bereich zwischen 5 μm und 12 μm, liegt. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn das Gasanalysesystem für die Analyse von Anästhesiegas eingesetzt werden soll, bei der der Gehalt von Lachgas und Kohlendioxid im Atemgas bestimmt werden sollen.
Thermische Sensoren haben, wie bereits erwähnt, eine große Zeitkonstante, sodass sie auf eine Änderung der Intensität, die auf sie auftrifft, nur langsam reagieren. Daher kann ein Absorptionsspektrum für einen Wellenlängenbereich mit einem solchen Sensor bei sich ändernder Verstimmung des Fabry-Perot-Interferometers und damit bei einer Veränderung der Wellenlänge, für die das Interferometer sensitiv ist bzw. die das Interferometer durchlässt, nur unter großem Zeitaufwand aufgenommen werden, was anschließend analysiert werden müsste, um eine Gaskonzentrationsbestimmung durchzuführen. Dies jedoch wiederum würde dazu führen, dass kurzzeitige Änderungen in der Konzentration des zu analysierenden Gases nur schwer erfasst werden können.
Daher ist es ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gasanalysesystem mit einem thermischen Sensor derart zu betreiben, dass trotz der langen Zeitkonstante des Sensors eine zuverlässige Gaskonzentrationsbestimmung möglich ist, sodass das System sicher auf die Gasart gleichbleibend sensitiv ist, die zu untersuchen ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Signalerfassung in einem Gasanalysesystem gelöst

– mit einer Strahlungsquelle, die in einem ersten Wellenlängenbereich Δλ1 elektromagnetische Strahlung emittiert,
– mit einer Gasmessstrecke, in der das Messgas enthalten ist, wobei die Gasmessstrecke derart relativ zu der Strahlungsquelle angeordnet ist, dass von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung durch die Gasmessstrecke hindurchtritt,
– mit einem Fabry-Perot-Interferometer, das einen ersten und einen zweiten teildurchlässigen Spiegel, die parallel zueinander angeordnet sind, und eine Einrichtung zur Veränderung des Abstands zwischen den Spiegeln aufweist, wobei das Fabry-Perot-Interferometer derart angeordnet ist, dass durch die Gasmessstrecke hindurchtretende Strahlung aus der Strahlungsquelle auf den ersten Spiegel des Fabry-Perot-Interferometers fällt,
– mit einem thermischen Sensor, wobei der thermische Sensor derart ausgestaltet ist, dass darauf fallende elektromagnetische Strahlung eine Änderung einer Spannung zwischen daran vorgesehenen Elektroden verursacht, und derart angeordnet ist, dass durch den zweiten Spiegel des Fabry-Perot-Interferometers austretende Strahlung auf den thermischen Sensor fällt, wobei das Verfahren umfasst, dass die Gasmessstrecke mit Strahlung aus der Strahlungsquelle bestrahlt wird, dass mit konstantem zeitlichem Abstand voneinander Zeitsignalpulse erzeugt werden, dass während der Erzeugung der Zeitsignalpulse der Abstand der Spiegel des Fabry-Perot-Interferometers kontinuierlich entweder vergrößert oder verkleinert wird, dass, nachdem eine vorgegebenen Anzahl von Zeitsignalpulsen erzeugt worden ist, die zwischen den Elektroden des thermischen Sensors erzeugte Spannung erfasst und als ein Messsignalwert abgespeichert wird und dass, nachdem erneut eine vorgegebene Anzahl von Zeitsignalpulsen erzeugt worden ist, erneut die zwischen den Elektroden des thermischen Sensors erzeugte Spannung erfasst und als ein Messsignalwert abgespeichert wird.

Dabei wird unter einer Gasmessstrecke im Sinne der vorliegenden Erfindung lediglich ein räumlicher Bereich verstanden, in dem sich das zu analysierende Messgas befindet und durch den die von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung hindurchtreten bzw. den diese Strahlung passieren kann, um zu dem Fabry-Perot-Interferometer zu gelangen. Dies bedeutet, dass es sich im vorliegenden Fall bei einer Gasmessstrecke um eine Küvette handeln kann, die von dem Messgas durchströmt wird. Es ist aber genauso denkbar, dass die Gasmessstrecke ein offener Bereich innerhalb einer Produktionsanlage ist, in dem die Konzentration eines sicherheitsrelevanten Gases überwacht wird, wie dies bei Open-Path-Systemen der Fall ist. Die vorliegende Erfindung ist außerdem nicht auf diese beiden Anwendungen beschränkt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird parallel zur Erzeugung der Zeitsignalpulse der Abstand zwischen den Spiegeln des Fabry-Perot-Interferometers kontinuierlich erhöht oder verringert, sodass auch die Wellenlänge oder das Wellenlängenintervall, das von dem Interferometer durchgelassen wird, sich kontinuierlich verändert. Die Strahlung, die die Gasmessstrecke durchlaufen hat, trifft auf das Fabry-Perot-Interferometer, wobei dann in Abhängigkeit vom Abstand der Spiegel eine Wellenlänge bzw. ein Wellenlängenintervall der Strahlung durchgelassen wird und auf den dahinter angeordneten thermischen Sensor fällt.
Es wird nun ausgenutzt, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Abstand der Spiegel und damit die Wellenlänge bzw. das Wellenlängenintervall, auf das das Interferometer sensitiv ist, eine Funktion der Zeitsignalpulse ist, die kontinuierlich erzeugt und erfasst werden. Dadurch, dass nach einer vorgegebenen Zahl von Pulsen die am thermischen Sensor erzeugte Spannung erfasst und als Messsignalwert abgespeichert wird, lässt sich diesem Signal ein genaues Wellenlängenintervall zuordnen, für das der Messsignalwert ein Maß für die dort erfasste Strahlungsintensität ist. Dadurch, dass der Abstand der Spiegel kontinuierlich entweder vergrößert oder verkleinert wird, wird auch das Wellenlängenspektrum kontinuierlich durchlaufen, und durch die Wahl der Zeitsignalpulse, nach denen jeweils die Spannung erfasst und der Messsignalwert abgespeichert wird, wird die Breite der Wellenlängenabschnitte festgelegt, für die jeweils die Intensität der am Detektor auftreffenden Strahlung erfasst wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens hängt der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Spiegel des Fabry-Perot-Interferometers von einer an die Einrichtung zum Einstellen des Abstands angelegten Spannung ab, wobei die Spannung zum kontinuierlichen Vergrößern oder Verkleinern des Abstands entweder kontinuierlich erhöht oder kontinuierlich verringert wird. Bei einer derartigen Ausführungsform kann eine Steuerungseinrichtung des Gasanalysesystems in einfacher Weise das Fabry-Perot-Interferometer bzw. die Wellenlänge oder das Wellenlängenintervall, bei der/dem der Detektor sensitiv ist, steuern.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Strahlungsquelle derart ausgestaltet, dass deren Intensität mit einer konstanten Frequenz variiert wird, wobei diese Variation dazu dient, die Zeitsignalpulse zu erzeugen. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht, die Zeitsignalpulse zusammen mit dem Messsignal, in bevorzugter Weise mit dem thermischen Sensor, zu erfassen. Dadurch ist der apparative Aufwand gering.
In weiter bevorzugter Weise handelt es sich bei dem thermischen Sensor um einen pyroelektrischen Sensor, der einen Kristall aufweist, an dem zwei Elektroden angebracht sind, wobei nach dem Erfassen der Spannung an den Elektroden und dem Speichern als Messsignalwert anschließend eine elektronische Rücksetzung der Signalspannung auf ein definiertes Ausgangsniveau vorgenommen werden kann. Dies kann z. B. geschehen indem die Elektroden elektrisch für eine Zeitspanne miteinander verbunden werden, die Elektroden also kurzgeschlossen werden, sodass nach der Zeitspanne die Spannung zwischen den Elektroden auf 0 abgesenkt ist.
Bei dieser Ausbildung des Verfahrens wird der hier bevorzugt verwendete pyroelektrische Sensor durch das Kurzschließen zurückgesetzt, sodass sich die Spannung zwischen den Elektroden für aufeinanderfolgende Wellenlängenintervalle nicht aufintegriert, sondern für jedes Messintervall, das einer vorgegebenen Anzahl von Zeitsignalpulsen entspricht, ein Messsignal abgespeichert wird, das unabhängig ist von dem Signal für das zeitlich davor liegende Messintervall.
Darüber hinaus haben sich thermische Sensoren und insbesondere pyroelektrische Detektoren für den langwelligen Infrarotbereich, also für den Wellenlängenbereich zwischen 3,5 μm und 12 μm, als vorteilhaft erwiesen.
In weiter bevorzugter Weise kann neben einer ersten Strahlungsquelle noch eine zweite Strahlungsquelle vorgesehen sein, die elektromagnetische Strahlung in einem zweiten Wellenlängenbereich Δλ2 in die Gasmessstrecke emittiert und die derart angeordnet ist, dass die von der zweiten Strahlungsquelle emittierte Strahlung ebenfalls durch die Gasmessstrecke hindurchtritt und auf den ersten Spiegel des Fabry-Perot-Interferometers fällt. Dabei unterscheiden sich der erste Wellenlängenbereich Δλ1, in dem die erste Strahlungsquelle Strahlung emittiert, und der zweite Wellenlängenbereich Δλ2, und die Intensität der zweiten Strahlungsquelle wird mit einer konstanten Frequenz variiert, um die Zeitsignalpulse zu erzeugen.
Dieser Aufbau ermöglicht, für den Wellenlängenbereich, der insbesondere bei der Atemgasmessung relevant ist, zwei Strahlungsquellen zu verwenden, wobei die eine Strahlungsquelle mit zeitlich konstanter Intensität betrieben werden kann und den langwelligen Bereich oberhalb von 6 μm abdeckt. Für den kurzwelligen Bereich zwischen 2 μm und 6 μm kann die zweite Strahlungsquelle, die dann bevorzugt als eine LED ausgebildet ist, verwendet werden. Diese kann in einfacher Weise in ihrer Intensität mit einer konstanten Frequenz moduliert werden, um die Zeitsignalpulse zu erzeugen.
Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn die Leuchtdiode eine Kollimationsoptik aufweist, sodass ein großer Teil der von der Diode erzeugten Strahlung nicht nur in die Gasmessstrecke, sondern auch auf das Fabry-Perot-Interferometer fokussiert werden kann, sodass das System wiederum effizient arbeiten kann.
Des Weiteren kann in einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens das Fabry-Perot-Interferometer als Dualband-Fabry-Perot-Interferometer ausgebildet sein, sodass bei einem Abstand der Spiegel voneinander Strahlung in einem ersten Wellenlängenintervall um eine erste Wellenlänge λT1 aus dem ersten Wellenlängenbereich und Strahlung in einem zweiten Wellenlängenintervall um einer zweite Wellenlänge λT2 aus dem zweiten Wellenlängenbereich durch das Interferometer durchgelassen werden und anschließend von dem wenigstens einen Sensor erfasst werden kann.
Ein derartiger Aufbau ermöglicht, bei einer vorgegebenen Einstellung des Fabry-Perot-Interferometers die Intensität in zwei Wellenlängenbereichen zu erfassen. Dies kann in einer weiter bevorzugten Ausführungsform in der Weise geschehen, dass beide Intensitäten von ein und demselben thermischen Sensor, insbesondere einem pyroelektrischen Sensor, erfasst werden. Darüber hinaus können, da in jedem Fall die Zeitsignalpulse erzeugt und parallel eine Veränderung des Abstands der Spiegel des Interferometers erfolgt, die Zeitsignalpulse zur Kalibrierung der Spektren in beiden Wellenlängenbereichen verwendet werden.
Es ist aber alternativ auch möglich, dass ein zweiter Sensor vorgesehen ist, der derart angeordnet ist, dass von der zweiten Strahlungsquelle emittierte Strahlung, die durch die Gasmessstrecke hindurchtritt und auf den ersten Spiegel des Fabry-Perot-Interferometers fällt, nach Durchlaufen des Fabry-Perot-Interferometers auf den zweiten Sensor auftrifft. Dies ermöglicht, die beiden Wellenlängenbereiche Δλ1, Δλ2, in denen das Fabry-Perot-Interferometer für jeweils ein Wellenlängenintervall sensitiv ist, getrennt durch zwei Sensoren zu erfassen.
Dabei ist es weiter bevorzugt, wenn ein Strahlteiler vorgesehen ist, der derart angeordnet und ausgestaltet ist, dass ein Teil der von der oder den Strahlungsquelle/n emittierten Strahlung nach Durchlaufen der Gasmessstrecke und des Fabry-Perot-Interferometers auf den ersten Sensor fällt und ein anderer Teil dieser Strahlung auf den zweiten Sensor fällt. Insbesondere kann der Strahlteiler als teildurchlässiger Spiegel ausgebildet sein.
Ferner kann der zweite Sensor insbesondere ein Halbleiterdetektor sein, der im Infrarotbereich und insbesondere im Wellenlängenbereich bis 6,0 μm sensitiv ist. Ein Halbleiterdetektor hat den Vorteil, dass er eine sehr kurze Zeitkonstante hat, so dass es unproblematisch ist, mit diesem auch die Zeitsignalpulse zu erfassen, die durch Modulation der Intensität einer der Strahlungsquellen erzeugt werden.
Schließlich wird die obige Aufgabe gemäß Anspruch 15 auch durch ein Gasanalysesystem zur Analyse eines Messgases, und insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, gelöst.
Für das aktive Material des Halbleiterdetektors kann in bevorzugter Weise PbSe, PbS, GaAs, InAs oder GaInAs verwendet werden.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert, die lediglich bevorzugte Ausführungsbeispiele zeigt, wobei
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Gasanalysesystems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Gasanalysesystems ist,
3 den Verlauf der Strahlungsintensität und der Signale beim Betrieb des Ausführungsbeispiels aus 1 zeigt und
4 den Verlauf der Strahlungsintensität und der Signale beim Betrieb des Ausführungsbeispiels aus 2 zeigt.
Das in 1 dargestellte erste bevorzugte Ausführungsbeispiel eines Gasanalysesystems 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist eine erste thermische Strahlungsquelle 3 sowie eine zweite, als LED ausgebildete Strahlungsquelle 5 auf. Die erste Strahlungsquelle 3 emittiert in diesem Ausführungsbeispiel Strahlung in einem ersten Wellenlängenbereich Δλ1 zwischen 3,5 μm und 12 μm. Die zweite Strahlungsquelle 5, die in einem zweiten Wellenlängenbereich Δλ2 von 2 μm bis 6 μm ihr charakteristisches Emissionsspektrum aufweist, ist in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel außerdem mit einer Kollimationsoptik 7 ausgestattet, so dass die von ihr emittierte Strahlung in lediglich eine Richtung ausgestrahlt wird. Es ist allerdings auch denkbar, Strahlungsquellen mit anderen Emissionswellenlängen zu verwenden.
Des Weiteren weist das Gasanalysesystem 1 eine Gasmessstrecke in Form einer Messküvette 9 auf, durch die das zu analysierende Messgas entlang einer Strömungsrichtung 11 strömen kann. Dabei ist die Küvette 9 und damit die Gasmessstrecke derart angeordnet, dass von den Strahlungsquellen 3, 5 emittierte Strahlung durch die Küvette 9 hindurchtritt. Insbesondere ist die Richtung, in der die Strahlung der zweiten Strahlungsquelle 5 durch die Kollimationsoptik 7 emittiert wird, auf die Küvette 9 gerichtet. Auf der den Strahlungsquellen 3, 5 gegenüberliegenden Seite der Küvette 9 ist ein Dualband-Fabry-Perot-Interferometer 13 angeordnet, das zwei parallel zueinander verlaufende teildurchlässige Spiegel aufweist, wobei der Abstand zwischen den Spiegeln mit Hilfe einer Steuereinrichtung 15 verändert werden kann, die außerdem mit der ersten und der zweiten Strahlungsquelle 3, 5 verbunden ist. Dazu wird von der Steuereinrichtung 15 ein Spannungssignal an eine Einrichtung zur Abstandsänderung 16 am Interferometer 13 geleitet.
Außerdem weist das Gasanalysesystem 1 einen thermischen Sensor in Form eines pyroelektrischen Detektors 17 auf, der derart angeordnet ist, dass durch den zweiten Spiegel des Fabry-Perot-Interferometers 13 austretende Strahlung sowohl der ersten als auch der zweiten Strahlungsquelle 3, 5 auf den thermischen Sensor bzw. den pyroelektrischen Detektor 17 fällt.
Der thermische Sensor bzw. der pyroelektrische Detektor 17 weist einen Kristall auf, an dem zwei Elektroden angebracht ist, wobei sich aufgrund der durch einfallende elektromagnetische Strahlung eingebrachten Wärmeenergie eine Spannungsänderung zwischen den Elektroden einstellt. Dieses Spannungssignal kann von der Steuereinrichtung 15 erfasst und, an eine Auswerteeinrichtung 19 weitergeleitet werden, mit der die Steuereinrichtung 15 verbunden ist. Dabei ist der pyroelektrische Detektor 17 sowohl in dem ersten Wellenlängenbereich Δλ1, in dem die erste Strahlungsquelle 3 emittiert, als auch in dem zweiten Wellenlängenbereich Δλ2 sensitiv, in dem die zweite Strahlungsquelle 5 emittiert.
Aus 3 geht eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hervor, gemäß dem das erste Ausführungsbeispiel des Gasanalysesystems 1 aus 1 betrieben wird.
In Teil a) ist gezeigt, welchen zeitlichen Verlauf die Intensität der zweiten, als LED ausgebildeten Strahlungsquelle 5 hat, während Teil b) den zeitlichen Verlauf der ersten thermischen Strahlungsquelle 3 wiedergibt. Daraus ist zu erkennen, dass die Intensität der zweiten Strahlungsquelle 5, die Strahlung in dem zweiten Wellenlängenbereich Δλ2 emittiert, mit einer konstanten Frequenz variiert wird, sodass mit dieser Frequenz einzelne Impulse emittiert werden. Dadurch werden mit konstantem zeitlichen Abstand voneinander Zeitsignalpulse erzeugt. Im Unterschied dazu emittiert die erste Strahlungsquelle 3 Infrarotstrahlung mit einer zeitlich nahezu konstanten Intensität in dem ersten Wellenlängenbereich Δλ1.
In Teil c) von 3 ist das vom pyroelektrischen Detektor 17 bei der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgegebene Signal als Funktion der Zeit dargestellt, wobei mit konstantem zeitlichen Abstand Zeitsignalpulse durch die Modulation der zweiten Strahlungsquelle 5 erzeugt werden und dabei außerdem der Abstand der Spiegel des Dualband-Fabry-Perot-Interferometers 13 in dieser Ausführungsform kontinuierlich vergrößert wird, wobei es aber auch denkbar ist, dass der Abstand kontinuierlich verkleinert wird.
Durch die Veränderung des Abstandes der Spiegel des Dualband-Fabry-Perot-Interferometers 13 verändern sich diejenigen Wellenlängenintervalle um eine erste und eine zweite Wellenlänge λT1, λT2 aus dem ersten Wellenlängenbereich Δλ1 und dem zweiten Wellenlängenbereich Δλ2, die von dem Interferometer durchgelassen werden und auf den pyroelektrischen Detektor 17 treffen. Somit ist die Intensität als Funktion der Zeit auch eine Intensität als Funktion der Wellenlänge und damit ein Transmissionsspektrum für beide Wellenlängenbereiche Δλ1, Δλ2.
Das Signal des pyroelektrischen Detektors 17 ist aufgrund von dessen langer Zeitkonstante gegenüber dem tatsächlichen Verlauf der Intensität der Strahlung aus der ersten und zweiten Strahlungsquelle 3, 5, die auf den pyroelektrischen Detektor 17 auftrifft, deutlich verändert. Allerdings weist auch dieses Signal aufgrund der mit einer konstanten Frequenz variierten Intensität der zweiten Strahlungsquelle 5 eine Modulation mit eben dieser Frequenz auf. Während mittels der Modulation der zweiten Strahlungsquelle 5 die Zeitsignalpulse erzeugt und durch den Detektor 17 und die Steuereinrichtung 15 auch erfasst werden, steigt das Signal zunächst in einem ersten Abschnitt 21 an, bis nach einer vorgegebenen Zahl von Zeitsignalpulsen, also Strahlungspulsen der zweiten Strahlungsquelle 5, die beiden Elektroden des pyroelektrischen Detektors 17 für eine vorgegebene Zeitspanne kurzgeschlossen werden, sodass die Spannung zum Zeitpunkt 23 zunächst auf Null als definiertes Ausgangsniveau absinkt. Der vor dem Kurzschließen vorliegende Spannungswert wird als Messsignalwert durch die Steuereinrichtung 15 an die Auswerteeinrichtung 19 weitergegeben und abgespeichert.
In dieser Weise wird nach einer weiteren vorgegebenen Anzahl von Zeitsignalpulsen wieder verfahren, so dass sich das in Abbildung C dargestellte Muster ergibt.
Durch die Verwendung der modulierten bzw. gepulsten Strahlung der zweiten Strahlungsquelle 5 werden Zeitsignalpulse bereitgestellt, wobei die Zahl der Zeitsignalpulse ein Maß für das Wellenlängenintervall ist, für das das Dualband-Fabry-Perot-Interferometer 13 durchlässig bzw. auf die es abgestimmt ist, sodass dadurch eine zuverlässige Kalibrierung bereitgestellt wird, die sowohl für den ersten als auch den zweiten Wellenlängenbereich Δλ1, Δλ2 gilt. Dadurch, dass jedem Messsignalwert auch eine Anzahl von Zeitsignalpulsen zugeordnet wird, kann ermittelt werden, für welche beiden Intervalle im ersten und zweiten Wellenlängenbereich Δλ1, Δλ2 der jeweilige Messsignalwert ein Mittelwert darstellt.
Um die Zeitsignalpulse aus dem Signal des pyroelektrischen Detektors 17 aufzulösen, wird bei dem hier beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel das von der Steuereinrichtung 15 erfasste Signal des Detektors 17 mittels eines Bandpassfilters gefiltert, sodass von dem Bandpassfilter ein Signal ausgegeben wird, das mit der Frequenz variiert, mit der die zweite Strahlungsquelle 5 im zweiten Wellenlängenbereich Δλ2 Strahlung emittiert und aus dem die Zeitsignalpulse extrahiert werden können.
Teil d) aus 3 stellt schematisch eine Möglichkeit zur Auftrennung der vom pyroelektrischen Detektor 17 erfassten Intensität auf den ersten und den zweiten Wellenlängenbereich Δλ1, Δλ2 dar. Der für den ersten Wellenlängenbereich Δλ1 relevante Signalanteil (DC-Signal) ist ein Gleichspannungssignal, da dieser auf Strahlung aus der ersten Strahlungsquelle 3 zurückgeht. Im Unterschied dazu ist der Signalanteil, der für den zweiten Wellenlängenbereich Δλ2 relevant ist, ein Wechselspannungssignal (AC-Signal) mit der Frequenz, mit der die zweite Strahlungsquelle 5 moduliert wird. Durch z. B. eine RC-Kombination 24, die einen elektronischen Bandpass bildet, wird eine Trennung des DC-Signals von dem AC-Signal vorgenommen. Das für den zweiten Wellenlängenbereich Δλ2 relevante AC-Signal wird mittels des Lock-In-Verfahrens ausgewertet, d. h. es wird mittels der Ansteuerfrequenz der zweiten Strahlungsquelle 5, die als Referenzfrequenz dient, eine phasenrichtige Gleichrichtung des AC-Signals vorgenommen. Die Änderung der Amplitude des gemessenen AC-Signals und damit dessen phasenrichtig gleichgerichteten Werts ist ein Maß für die empfangene Intensität der Strahlung im zweiten Wellenlängenbereich Δλ2, und damit ein Maß für die Gaskonzentration. Das DC-Signal ist hingegen ein Maß für die empfangene Intensität der Strahlung im ersten Wellenlängenbereich.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Gasanalysesystems 1', das ebenfalls eine erste und eine zweite Strahlungsquelle 3, 5 aufweist, wobei die erste Strahlungsquelle 3 als thermische Strahlungsquelle ausgebildet ist, die Infrarot-Licht einem ersten Wellenlängenbereich Δλ1 von 3,5 μm bis 12 μm emittiert. Die zweite Strahlungsquelle 5 ist wiederum als eine LED ausgebildet und emittiert Strahlung in einem zweiten Wellenlängenbereich Δλ2 zwischen 2 μm und 6 μm. Die Strahlung beider Strahlungsquellen 3, 5 tritt durch eine eine Gasmessstrecke bildende Küvette 9 hindurch und fällt auf ein Dualband-Fabry-Perot-Interferometer 13, das auf der den Strahlungsquellen 3, 5 gegenüberliegenden Seite der Küvette 9 angeordnet ist.
Das Dualband-Fabry-Perot-Interferometer 13 weist wiederum einen ersten und einen zweiten teildurchlässigen Spiegel auf (nicht dargestellt), deren Abstand mit Hilfe einer Steuereinrichtung 15 und einer an dem Interferometer 13 vorgesehenen Einrichtung 16 zur Abstandsänderung variiert werden kann, wobei dazu eine Spannung von der Steuereinrichtung 15 an die Einrichtung 16 am Dualband-Fabry-Perot-Interferometer 13 angelegt wird. Insbesondere ändert sich der Abstand mit der Spannung. Dadurch, dass der Abstand der Spiegel des Dualband-Fabry-Perot-Interferometers 13 verändert wird, verändern sich auch die Wellenlängenintervalle um die Wellenlängen ΔλT1, ΔλT2 aus dem ersten und zweiten Wellenlängenbereich Δλ1, Δλ2, die von dem Dualband-Fabry-Perot-Interferometer 13 durchgelassen werden und aus dem zweiten teildurchlässigen Spiegel des Interferometers 13 austreten.
Aus dem zweiten, teildurchlässigen Spiegel des Fabry-Perot-Interferometers 13 austretende Strahlung fällt auf einen Strahlteiler 25, der als teildurchlässiger Spiegel ausgebildet ist. Durch den Strahlteiler 25 unreflektiert hindurchtretende Strahlung fällt wiederum auf einen als pyroelektrischen Detektor 17 ausgebildeten thermischen Sensor, der einen Kristall mit zwei Elektroden aufweist, zwischen denen bei auf den pyroelektrischen Detektor 17 fallender Strahlung eine elektrische Spannung entsteht, die sich durch die Absorption der Strahlungsenergie im Material des Kristalls des thermischen Sensors ergibt.
Die von dem Strahlteiler 25 reflektierte Strahlung fällt auf einen als Halbleiterdetektor 27 ausgebildeten zweiten Sensor, der eine sehr kurze Zeitkonstante hat und für Strahlung in dem zweiten Wellenlängenbereich Δλ2, also im Bereich von bis zu 6 μm, sensitiv ist, in dem auch die zweite Strahlungsquelle 5 emittiert. In dem Halbleiterdetektor 27 kann in bevorzugter Weise als aktives Material PbSe, PbS, GaAs, InAs oder GaInAs verwendet werden. Außerdem ist der Halbleiterdetektor 27 mit der Steuereinrichtung 15 verbunden, wie auch die erste und die zweite Strahlungsquelle 3, 5.
Aus 4 lässt sich erkennen, wie in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens das zweite Ausführungsbeispiel eines Gasanalysesystems 1' betrieben werden kann.
Teil a) von 4 zeigt den zeitlichen Verlauf der Intensität der Strahlung der zweiten Strahlungsquelle 5, die als LED ausgebildet ist und Strahlung im zweiten Wellenlängenbereich Δλ2 bis zu 4,5 μm emittiert, wobei zu erkennen ist, dass dies gepulst mit einer festen Frequenz geschieht, sodass dadurch kontinuierlich Zeitsignalpulse mit einem festen zeitlichen Abstand durch die zweite Strahlungsquelle 5 erzeugt werden.
Im Unterschied dazu ist der zeitliche Verlauf der Intensität der ersten Strahlungsquelle 3 konstant, wie aus Teil b) von 4 hervorgeht.
Teil c) von 4 zeigt durch die mit ”GA” bezeichnete Linie die Absorptionskurve des Messgases als Funktion der Wellenlänge, wobei sowohl im ersten Wellenlängenbereich Δλ1 als auch im zweiten Wellenlängenbereich Δλ2 Absorptionslinien des Messgases liegen. Daher wird das Dualband-Fabry-Perot-Interferometer 13 durch Wahl des Wertebereichs, den der Abstand der Spiegel voneinander einnehmen kann, derart eingestellt, dass das Interferometer 13 in der Weise betrieben wird, dass es eine Sensitivität hat, die durch die mit ”S” bezeichnete Linie gegeben ist. Damit werden in dem ersten und dem zweiten Wellenlängenbereich Δλ1, Δλ2 insbesondere die Bereiche erfasst, in denen die Absorptionslinien von relevanten Bestandteilen des Messgases liegen, sodass daraus die Konzentrationen dieser Bestandteile im Messgas abgeleitet werden können.
Im Betrieb des Gasanalysesystems 1' aus 2 wird die die zweite Strahlungsquelle 5 bildende LED wie beschrieben mit der festen Frequenz moduliert, wobei dadurch die Zeitsignalpulse erzeugt werden. Außerdem wird parallel zu der Erzeugung der Zeitsignalpulse der Abstand der Spiegel des Dualband-Fabry-Perot-Interferometers 13 so eingestellt, dass Strahlung in einem ersten Wellenlängenintervall um eine erste Wellenlänge λT1 im ersten Wellenlängenbereich Δλ1 und in einem zweiten Wellenungenintervall um eine zweite Wellenlänge λT2 im zweiten Wellenlängenbereich Δλ2 durchgelassen wird und auf den Strahlteiler 25 fällt, von wo die Strahlung auf die beiden Detektoren 17, 27 trifft. Der pyroelektrische Detektor 17 erfasst dann die Intensität im ersten Wellenlängenintervall um die erste Wellenlänge λT1, während der Halbleiterdetektor 27 die Intensität im zweiten Wellenlängenintervall um die zweite Wellenlänge λT1 erfasst, wobei der als Halbleiterdetektor 27 ausgebildete zweite Sensor eine hinreichend kurze Zeitkonstante hat, um die Pulse der zweiten Strahlungsquelle 5 zeitlich auflösen zu können. Somit können die Zeitsignalpulse ohne Weiteres auch von der Steuereinrichtung 15 erfasst werden.
Parallel zum gepulsten oder in der Intensität modulierten Betrieb der zweiten Strahlungsquelle 5 und der damit verbundenen Erzeugung der Zeitsignalpulse wird der Abstand der Spiegel des Dualband-Fabry-Perot-Interferometers 13 auch in diesem Ausführungsbeispiel kontinuierlich vergrößert, sodass sich die Wellenlängen der Strahlung aus dem ersten und dem zweiten Wellenlängenbereich Δλ1, Δλ2, die aus dem Interferometer 13 auf den Strahlteiler 25 fällt, hin zu größeren Wellenlängen verschiebt. Die Vergrößerung des Abstandes der Spiegel wird durch das Veränderung einer Steuerspannung erreicht, die von der Steuereinrichtung 15 an die Einrichtung 16 am Dualband-Fabry-Perot-Interferometer 13 ausgegeben wird.
Durch das zum Erzeugen der Zeitsignalpulse parallele Vergrößern des Abstands der Spiegel, stellt die Anzahl der erfassten Zeitsignalpulse ein Maß für die Änderung der Wellenlängen dar, bei denen die Detektoren 17, 27 aufgrund der Einstellung des Interferometers 13 sensitiv sind, und ermöglicht somit eine einfache Kalibrierung der Messsignalwerte. Dies geschieht wie folgt.
Nach einer vorgegebenen Anzahl von Zeitsignalpulsen, die für den pyroelektrischen Detektor 17 und den Halbleiterdetektor 27 unterschiedlich sein können aber in jedem Fall von dem ”schnellen” Halbleiterdetektor 27 erfasst werden, werden die Messsignale der Detektoren 17, 27 durch die Auswerteeinrichtung 19 als Messsignalwerte abgespeichert zusammen mit der Zahl der Zeitsignalpulse seit dem Start der Messung. Die mitgespeicherte Zahl der Zeitsignalpulse ist dabei das Maß für die Wellenlänge, für die der Messsignalwert ein Maß für die am jeweiligen Detektor 17, 27 erfasste Intensität ist.
Die am Halbleiterdetektor 27 erfassten und abgespeicherten Messsignalwerte sind in Teil d) von 4 dargestellt. In Teil e) sind die am pyroelektrischen Detektor 17 erfassten und abgespeicherten Messsignalwerte dargestellt, wobei zunächst zu erkennen ist, dass die Anzahl der Zeitsignalpulse, nach denen ein Messsignalwert am pyroelektrischen Detektor 17 abgespeichert wird, größer ist, als beim Halbleiterdetektor 27, da sich der pyroelektrische Detektor 17 mit seinem 20-dB-Verhalten als Integrator verhält.
Des Weiteren ist aus Teil e) zu erkennen, dass das Signal des als pyroelektrischer Detektor 17 ausgebildeten thermischer Sensor zu Zeitpunkten TX, jeweils nachdem die für den pyroelektrischen Detektor 17 vorgegebene Zahl von Zeitsignalpulsen erfasst worden ist, auf Null abfällt. Dies kommt dadurch zustande, dass immer nach der vorgegebenen Anzahl von Zeitsignalpulsen die Elektroden des pyroelektrischen Detektors 17 für eine Zeitspanne kurzgeschlossen werden, sodass die Spannung, die sich zwischen den Elektroden ausgebildet hat, auf Null abgesenkt wird. Damit wird erreicht, dass der pyroelektrische Detektor 17 zurückgesetzt wird und immer die sich während der vorgegebenen Anzahl von Zeitsignalpulsen aufbauende Spannung als Messsignalwert erfasst werden kann.
Die Teile f) und g) aus 4 zeigen jeweils die von der Auswerteeinrichtung 19 abgespeicherten Messsignalwerte für den pyroelektrischen Detektor 17 (Teil g)) und den Halbleiterdetektor 27 (Teil f)).
Aufgrund der erfassten Anzahl von erzeugten Zeitsignalpulsen, die zwischen den erfassten Messsignalwerten liegen, ergibt sich eine Wellenlängenkalibrierung, wobei die mit dem Halbleiterdetektor 27 erfasste Anzahl von Zeitsignalpulsen gleichzeitig eine Kalibrierung der Messsignalwerte, die an den Detektoren 17, 27 erfasst werden, ermöglicht.
Bezugszeichenliste

1, 1': Gasanalysesystem
3: erste Strahlungsquelle
5: zweite Strahlungsquelle
7: Kollimationsoptik
9: Küvette
11: Strömungsrichtung
13: Fabry-Perot-Interferometer
15: Steuereinrichtung
16: Einrichtung zur Abstandsänderung
17: pyroelektrischer Detektor,
19: Auswerteeinrichtung
21: Abschnitt-Signal
23: Zeitpunkt
24: RC-Kombination
25: Strahlteiler
27: Halbleiterdetektor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006045253 B3 [0002]

Claims

Verfahren zur Signalerfassung in einem Gasanalysesystem (1, 1') für die Analyse eines Messgases mit einer Strahlungsquelle (3), die in einem ersten Wellenlängenbereich (Δλ1) elektromagnetische Strahlung emittiert, mit einer Gasmessstrecke (9), in der das Messgas enthalten ist, wobei die Gasmessstrecke (9) derart relativ zu der Strahlungsquelle (3) angeordnet ist, dass von der Strahlungsquelle (3) emittierte Strahlung durch die Gasmessstrecke (9) hindurchtritt, mit einem Fabry-Perot-Interferometer (13), das einen ersten und einen zweiten teildurchlässigen Spiegel, die parallel zueinander angeordnet sind, und eine Einrichtung (16) zur Veränderung des Abstands zwischen den Spiegeln aufweist, wobei das Fabry-Perot-Interferometer (13) derart angeordnet ist, dass durch die Gasmessstrecke (9) hindurchtretende Strahlung aus der Strahlungsquelle (3) auf den ersten Spiegel des Fabry-Perot-Interferometers (13) fällt, mit einem thermischen Sensor (17), wobei der thermische Sensor (17) derart ausgestaltet ist, dass darauf fallende elektromagnetische Strahlung eine Änderung einer Spannung zwischen daran vorgesehenen Elektroden verursacht, und derart angeordnet ist, dass durch den zweiten Spiegel des Fabry-Perot-Interferometers (13) austretende Strahlung auf den thermischen Sensor (17) fällt, wobei das Verfahren umfasst, dass die Gasmessstrecke (9) mit Strahlung aus der Strahlungsquelle (3) bestrahlt wird, dass mit konstantem zeitlichem Abstand voneinander Zeitsignalpulse erzeugt werden, dass während der Erzeugung der Zeitsignalpulse der Abstand der Spiegel des Fabry-Perot-Interferometers (13) kontinuierlich entweder vergrößert oder verkleinert wird, dass, nachdem eine vorgegebenen Anzahl von Zeitsignalpulsen erzeugt worden ist, die zwischen den Elektroden des thermischen Sensors (17) erzeugte Spannung erfasst und als ein Messsignalwert abgespeichert wird und dass, nachdem erneut eine vorgegebene Anzahl von Zeitsignalpulsen erzeugt worden ist, erneut die zwischen den Elektroden des thermischen Sensors (17) erzeugte Spannung erfasst und als ein Messsignalwert abgespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Spiegel des Fabry-Perot-Interferometers (13) von einer an die Einrichtung (16) zum Einstellen des Abstands angelegten Spannung abhängt und wobei die Spannung zum kontinuierlichen Vergrößern oder Verkleinern des Abstands entweder kontinuierlich erhöht oder kontinuierlich verringert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Zeitsignalpulse erzeugt werden, indem die Intensität der Strahlungsquelle mit einer konstanten Frequenz variiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der thermische Sensor ein pyroelektrischer Sensor (17) ist, der einen Kristall aufweist, an dem die zwei Elektroden angebracht sind, und wobei nach dem Erfassen der Spannung und dem Speichern als Messsignalwert anschließend eine elektronische Rücksetzung der Signalspannung auf ein definiertes Ausgangsniveau vorgenommen wird, sodass nach der Zeitspanne die Spannung zwischen den Elektroden auf dieses Niveau abgesenkt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Strahlungsquelle (3) eine Infrarotstrahlungsquelle ist, die im Wellenlängenbereich von 3,5 μm bis 12 μm elektromagnetische Strahlung emittiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine zweite Strahlungsquelle (5) vorgesehen ist, die elektromagnetische Strahlung in einem zweiten Wellenlängenbereich (Δλ2) in die Gasmessstrecke (9) emittiert und die derart angeordnet ist, dass die von der zweiten Strahlungsquelle (5) emittierte Strahlung durch die Gasmessstrecke (9) hindurchtritt und auf den ersten Spiegel des Fabry-Perot-Interferometers (13) fällt, wobei sich der zweite Wellenlängenbereich (Δλ2) und der erste Wellenlängenbereich (Δλ1) voneinander unterscheiden und wobei die Intensität der zweiten Strahlungsquelle (5) mit einer konstanten Frequenz variiert wird, um die Zeitsignalpulse zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die zweite Strahlungsquelle (5) eine Leuchtdiode ist, die im Wellenlängenbereich von 2 μm bis 6 μm ihr charakteristisches Emissionsspektrum aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Leuchtdiode eine Kollimationsoptik (7) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Fabry-Perot-Interferometer (13) als Dualband-Fabry-Perot-Interferometer ausgebildet ist, so dass bei einem vorgegebenen Abstand der Spiegel voneinander Strahlung in einem ersten Wellenlängenintervall um eine erste Wellenlänge (λT1) aus dem ersten Wellenlängenbereich (Δλ1) und Strahlung in einem zweiten Wellenlängenintervall um eine zweite Wellenlänge (λT2) aus dem zweiten Wellenlängenbereich (Δλ2) durch das Interferometer (13) durchgelassen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die von der zweiten Strahlungsquelle (5) emittierte Strahlung nach Durchlaufen des Fabry-Perot-Interferometers (13) auf den thermischen Sensor (17) auftrifft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei ein zweiter Sensor (27) vorgesehen ist, der derart angeordnet ist, dass von der zweiten Strahlungsquelle (5) emittierte Strahlung, die durch die Gasmessstrecke (9) hindurchtritt und auf den ersten Spiegel des Fabry-Perot-Interferometers (13) fällt, nach Durchlaufen des Fabry-Perot-Interferometers (13) auf den zweiten Sensor (27) auftrifft.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei ein Strahlteiler (25) vorgesehen ist, der derart angeordnet und ausgestaltet ist, dass ein Teil der Strahlung nach Durchlaufen des Fabry-Perot-Interferometers (13) auf den ersten Sensor (17) fällt und ein Teil der Strahlung nach Durchlaufen des Fabry-Perot-Interferometers (13) auf den zweiten Sensor (27) fällt.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei der zweite Sensor ein Halbleiterdetektor (27) ist, der im Infrarotbereich, insbesondere im Wellenlängenbereich bis 6,0 μm, sensitiv ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Halbleiterdetektor (27) als aktives Material PbSe, PbS, GaAs, InAs oder GaInAs aufweist.
Gasanalysesystem (1, 1') zur Analyse eines Messgases, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, mit einer Strahlungsquelle (3), die in einem ersten Wellenlängenbereich (Δλ1) elektromagnetische Strahlung emittiert, mit einer Gasmessstrecke (9), in der das Messgas enthalten ist, wobei die Gasmessstrecke (9) derart relativ zu der Strahlungsquelle (3) angeordnet ist, dass von der Strahlungsquelle (3) emittierte Strahlung durch die Gasmessstrecke (9) hindurchtritt, mit einem Fabry-Perot-Interferometer (13), das einen ersten und einen zweiten teildurchlässigen Spiegel, die parallel zueinander angeordnet sind, und eine Einrichtung (16) zur Veränderung des Abstands zwischen den Spiegeln aufweist, wobei das Fabry-Perot-Interferometer (13) derart angeordnet ist, dass durch die Gasmessstrecke (9) hindurchtretende Strahlung aus der Strahlungsquelle (3) auf den ersten Spiegel des Fabry-Perot-Interferometers (13) fällt, mit einem thermischen Sensor (17), wobei der thermische Sensor (17) derart ausgestaltet ist, dass darauf fallende elektromagnetische Strahlung eine Änderung einer Spannung zwischen daran vorgesehenen Elektroden verursacht, und derart angeordnet ist, dass durch den zweiten Spiegel des Fabry-Perot-Interferometers (13) austretende Strahlung auf den thermischen Sensor (17) fällt, mit einer Steuereinrichtung (19), die mit der Strahlungsquelle (3), dem Fabry-Perot-Interferometer (13) und dem thermischen Sensor (17) verbunden und die derart ausgestaltet ist, dass die Gasmessstrecke (9) mit Strahlung aus der Strahlungsquelle (3) bestrahlt wird, dass mit konstantem zeitlichem Abstand voneinander Zeitsignalpulse erzeugt werden, dass während der Erzeugung der Zeitsignalpulse der Abstand der Spiegel des Fabry-Perot-Interferometers (13) kontinuierlich entweder vergrößert oder verkleinert wird, dass, nachdem eine vorgegebenen Anzahl von Zeitsignalpulsen erzeugt worden ist, die zwischen den Elektroden des thermischen Sensors (17) erzeugte Spannung erfasst und als ein Messsignalwert abgespeichert wird und dass, nachdem erneut eine vorgegebene Anzahl von Zeitsignalpulsen erzeugt worden ist, erneut die zwischen den Elektroden des thermischen Sensors (17) erzeugte Spannung erfasst und als ein Messsignalwert abgespeichert wird.