DE102015107942A1

DE102015107942A1 - Spektrometer und Gasanalysator

Info

Publication number: DE102015107942A1
Application number: DE102015107942.9A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Convent; Torsten Trick; Andreas Bönisch
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2015-05-20
Filing date: 2015-05-20
Publication date: 2016-11-24
Also published as: US20160341659A1; US9658154B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Spektrometer mit einer Eintrittsapertur zur Einkopplung von zu spektroskopierender elektromagnetischer Strahlung, einem refraktiven oder diffraktiven optischen Element, das derart angeordnet ist, dass elektromagnetische Strahlung, die durch die Eintrittsapertur eingekoppelt wird, auf das refraktive oder diffraktive optische Element fällt um dort spektral aufgespaltet zu werden, und wenigstens zwei individuelle Detektoren, die zur Detektion unterschiedlicher spektraler Bereiche der aufgespaltenen elektromagnetischen Strahlung in der Richtung der spektralen Aufspaltung der elektromagnetischen Strahlung nebeneinander angeordnet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Gasanalysator mit einem solchen Spektrometer und ein Verfahren zur Bestimmung der Anwesenheit und/oder der Konzentration einer oder mehrerer Gaskomponenten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spektrometer mit einer Eintrittsapertur zur Einkopplung von zu spektroskopierender elektromagnetischer Strahlung und einem refraktiven oder einem diffraktiven optischen Element, das derart angeordnet ist, dass elektromagnetische Strahlung, die durch die Eintrittsapertur eingekoppelt wird, auf das refraktive oder diffraktive optische Element fällt um dort spektral aufgespalten zu werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Gasanalysator mit einem solchen Spektrometer und ein Verfahren zur Bestimmung der Anwesenheit und/oder der Konzentration einer oder mehrerer Gaskomponenten.
Spektrometer werden zum Beispiel in Gasanalysatoren eingesetzt, um die Konzentration bzw. Anwesenheit verschiedener Gase innerhalb einer optischen Messstrecke festzustellen. Dazu wird Licht durch eine optische Messstrecke geschickt, in der die Messgase oder Messgaskomponeneten nachgewiesen und/oder ihre Konzentration festgestellt werden soll. Der Begriff "Licht" wird in dem vorliegenden Text allgemein für elektromagnetische Strahlung benutzt und umfasst gegebenenfalls auch den infraroten oder den ultravioletten Wellenlängenbereich.
In einem solchen Gasanalysator durchstrahlt das Messlicht in an sich bekannter Weise die optische Messstrecke und wird dabei von den jeweils vorhandenen Gaskomponenten wellenlängenabhängig absorbiert. Das Licht fällt nach dieser wellenlängenabhängigen Absorption auf den Eintrittsspalt des Spektrometers und von diesem zum Beispiel auf ein Beugungsgitter, an dem es wellenlängenabhängig unterschiedlich stark gebeugt wird. Das so wellenlängenabhängig gebeugte Licht wird auf einen Detektor abgebildet, wobei die Lage des Auftreffpunktes von der Wellenlänge abhängig ist. Es ergibt sich insofern in an sich bekannter Weise ein Spektrum, aus dem abgelesen werden kann, welche Wellenlängen mehr oder weniger absorbiert worden sind um so auf die Anwesenheit und/oder Konzentration einzelner Gaskomponenten zurückschließen zu können. Der Begriff "Gas" wird hier auch für die einzelnen Gaskomponenten verwendet, die gegebenenfalls gemeinsam in der optischen Messstrecke vorhanden sind.
Als Detektoren werden zum Beispiel Detektorzeilen eingesetzt, bei denen auf einem Bauelement mehrere Fotodioden in Richtung der spektralen Aufspaltung durch das Beugungsgitter nebeneinander angeordnet sind. Alternativ können als Detektorzeilen auch langgestreckte PSD-Elemente (position sensitive devices) eingesetzt werden.
Als Beugungsgitter kommen häufig sogenannte Flat-Field-Gitter zum Einsatz, d.h. ebene Gitter, die für einen bestimmten Wellenlängenbereich und für exakt definierte Spektrometergeometrien berechnet sind. Eine Benutzung eines solchen Gitters außerhalb seiner Spezifikation, die zum Beispiel durch Einsatz einer längeren Detektorzeile möglich ist (die auch Licht detektieren kann, das außerhalb des für das Beugungsgitter spezifizierten Wellenlängenbereiches liegt) oder eine Benutzung außerhalb des spezifizierten Wellenlängenbereiches kann dazu führen, dass die optimale Abbildung nicht mehr in einer Detektorebene liegt, sondern auf einer Sphäre. Die Detektorzeile müsste folglich sphärisch gebogen sein.
Häufig zu messende Gase zum Beispiel in der Prozess- und Emissionsüberwachung sowie in der Tunnelluftüberwachung sind NO, SO₂, NH₃ und NO₂. Diese Gase absorbieren unter anderem in einem Spektralbereich zwischen ca. 190nm und ca. 250nm.
Zum Beispiel in einem Tunnel bei der Tunnelüberwachung muss NO₂ allerdings in sehr kleinen Konzentrationen gemessen werden, was andererseits in einem Spektralbereich um 450nm am besten möglich ist. Bei höheren Anforderungen an die NO₂-Messgenauigkeit bei der Prozessüberwachung oder bei der angesprochenen Tunnelüberwachung muss für die NO₂-Messung auf den Absorptionsbereich um 450nm ausgewichen werden. Dies kann insofern problematisch sein, weil sich eine solche Messung nicht mit einer Messung im Ultraviolettbereich bis 190nm (in dem auch die anderen genannten Gase gut nachgewiesen werden können) vereinbaren lässt, da übliche Ultraviolett-Spektrometer diesen weiten Spektralbereich aus den oben genannten Gründen nicht unterstützen. Außerdem ist zwischen den relevanten Spektralbereichen zwischen 190nm und 250nm einerseits und dem Bereich um 450nm andererseits ein weiter Spektralbereich, in dem keine Information ausgewertet werden kann oder muss.
Um die unterschiedlichen Wellenlängenbereiche untersuchen zu können, werden bei bekannten Spektrometern zum Beispiel mehrere Gitter zum Einsatz gebracht. So beschreibt DE 101 37 428 A1 eine räumlich getrennte Anordnung zweier Detektoren, bei denen ein Teil des Lichtes in der Ebene des ersten Detektors durch eine Aussparung auf ein weiteres Beugungsgitter fällt und anschließend von einer zweiten Detektorzeile erfasst wird.
US 2014/00784921 A1 beschreibt die Verwendung mehrerer Beugungsgitter für unterschiedliche Wellenlängenbereiche.
Andere bekannte Anordnungen verwenden bewegliche Detektoren, die innerhalb des Spektrometers in ihrer Lage oder Ausrichtung derart verändert werden können, dass sie den jeweils interessierenden Spektralbereich des gebeugten Lichtes erfassen. Dies erfordert aufwendige, mechanisch bewegliche und deswegen gegebenenfalls anfälligere Teile.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Spektrometer, einen Gasanalysator und ein Verfahren zur Gasanalyse anzugeben, die eine kostengünstige und einfache Realisierung ermöglichen.
Diese Aufgabe wird mit einem Spektrometer mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einem Gasanalysator mit den Merkmalen des Anspruchs 7 bzw. ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein erfindungsgemäßes Spektrometer weist eine Eintrittsapertur (Lichteinkoppelungsapertur), insbesondere einen Eintrittsspalt, auf. Diese dient zur Einkopplung von zu spektroskopierender elektromagnetischer Strahlung. Das erfindungsgemäße Spektrometer weist außerdem ein refraktives oder ein diffraktives optisches Element auf, das derart angeordnet ist, dass elektromagnetische Strahlung, die durch die Eintrittsapertur eingekoppelt wird, darauf fällt um dort spektral aufgespalten zu werden. Wenigstens zwei individuelle Detektoren befinden sich im Strahlengang der aufgespaltenen elektromagnetischen Strahlung und sind in Richtung der spektralen Aufspaltung der elektromagnetischen Strahlung nebeneinander angeordnet. Sie dienen zur Detektion unterschiedlicher Spektralbereiche der aufgespaltenen elektromagnetischen Strahlung.
Bei den individuellen Detektoren handelt es sich in an sich bekannter Weise zum Beispiel um Detektorzeilen oder Arrays (z.B. CMOS, NMOS, CCD-Zeilen oder CCD-Felder, Szintillatorbeschichtungen, PSD-Elemente oder ähnliches), die sich zumindest auch in Richtung der spektralen Aufspaltung erstrecken. Die individuellen Detektoren sind in Richtung der spektralen Aufspaltung nebeneinander angeordnet. Auf diese Weise können kleine Detektorelemente, also insbesondere kurze Detektorzeilen eingesetzt werden, die kostengünstig hergestellt werden können und kostengünstig erhältlich sind.
Durch die Verwendung individueller Detektoren für unterschiedliche Spektralbereiche ist es außerdem möglich, dass unterschiedliche Technologien für die Detektoren zum Einsatz kommen, die für den jeweils nachzuweisenden Spektralbereich besonders geeignet sind (insbesondere also zum Beispiel die oben genannten unterschiedlichen Detektortechnologien). Außerdem können zum Beispiel die Auslesezeiten oder andere Verfahrensparameter für die unterschiedlichen individuellen Detektoren unterschiedlich gewählt werden, um die jeweils von den einzelnen Detektoren zu detektierenden Spektralbereiche optimal auswerten zu können.
Die wellenlängenabhängige Aufspaltung des in das Spektrometer eingekoppelten Lichtes kann zum Beispiel mit einem refraktiven optischen Element (zum Beispiel einem Prisma) oder einem diffraktiven optischen Element (zum Beispiel einem Beugungsgitter) erfolgen.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es insbesondere möglich, ein relativ einfach aufgebautes diffraktives optisches Element zum Einsatz zu bringen, das ebenfalls kostengünstig und einfach herstellbar ist. Es kann sich zum Beispiel um ein einzelnes Beugungsgitter, bevorzugt um ein ebenes Gitter mit konstanter Gitterkonstante, handeln.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind die wenigstens zwei individuellen Detektoren in der Richtung der spektralen Aufspaltung derart zueinander beabstandet angeordnet, dass elektromagnetische Strahlung in einem vorbestimmten Spektralbereich nach ihrer Wechselwirkung mit dem refraktiven oder diffraktiven optischen Element nicht auf einen dieser Detektoren fällt.
Auf diese Weise kann in weiter kostensparender Weise ein nicht interessierender Wellenlängenbereich ausgespart werden, so dass die Auswertung einfacher und günstiger wird.
Derartiges ist insbesondere zum Beispiel bei der Verwendung eines erfindungsgemäßen Spektrometers zur Gasanalyse bei der Prozess- und Emissionsüberwachung sowie in der Tunnelluftüberwachung von Vorteil. Die dabei häufig nachzuweisenden Gase NO, SO₂, NH₃ und NO₂ lassen sich zwar zum Beispiel in einem Spektralbereich zwischen ca.190nm und ca. 250nm nachweisen. Insbesondere bei dem kritischen Gas NO₂ ist allerdings im Prozessbereich eine hohe Messgenauigkeit gewünscht, bzw. muss es in z.B. Tunneln in sehr kleinen Konzentrationen gemessen werden können. Dies ist aufgrund der Absorptionseigenschaften des NO₂ allerdings besonders günstig im Bereich um 450nm möglich. Möchte man also bei der Gasanalyse den Bereich zwischen ca. 190nm und ca. 250nm einerseits und den Bereich um 450nm andererseits gleichzeitig auswerten, ist ein großer Wellenlängenbereich dazwischen gar nicht von Interesse.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spektrometers sind die wenigstens zwei individuellen Detektoren so angeordnet, dass sie Licht mit einer Wellenlänge aus einem solchen uninteressanten Spektralbereich gar nicht detektieren. Dies kann insbesondere zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass die einzelnen Detektoren in geeignetem Maße voneinander beabstandet sind. Die Beabstandung richtet sich dabei nach dem auszusparenden Wellenlängenbereich und der Geometrie des Spektrometers.
Bei einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist alternativ oder zusätzlich vorgesehen, dass die wenigstens zwei individuellen Detektoren in einem Winkel verkippt zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise kann dem Umstand Rechnung getragen werden, dass zum Beispiel mit einem einzelnen ebenen Beugungsgitter die Fokussierung bzw. die Auflösung in den Randbereichen des Spektralbereiches gemäß der Spezifizierung des Gitters nicht mehr so gut ist. Derartige Abbildungsfehler können durch eine entsprechend gewählte gegenseitige Verkippung der wenigstens zwei Detektoren zueinander ausgeglichen werden.
Der Kippwinkel liegt zum Beispiel zwischen 10° und 20°, zum Beispiel bei etwa 15°.
Wie ausgeführt, kann ein erfindungsgemäßes Spektrometer insbesondere bei einem Gasanalysator vorteilhaft zum Einsatz gebracht werden, wie er Gegenstand des Anspruches 7 ist.
Ein solcher Gasanalysator weist ein erfindungsgemäßes Spektrometer auf. Außerdem ist eine Lichtquelle vorgesehen, wobei sich zwischen der Lichtquelle und dem Eingangsspalt des Spektrometers eine optische Messstrecke befindet, in der gegebenenfalls Absorption durch ein Messgas oder mehrere Messgase stattfindet. Licht von der Lichtquelle passiert die optische Messstrecke, wo dann gegebenenfalls die wellenlängenabhängige Absorption durch das Messgas oder die Messgase stattfindet, wobei die Absorption mit dem Spektrometer wellenlängenabhängig gemessen werden kann.
Die Vorteile eines solchen erfindungsgemäßen Gasanalysators und die besonderen Ausgestaltungen und vorteilhaften Verwendungen ergeben sich aus den oben für das erfindungsgemäße Spektrometer genannten Vorteilen und Ausgestaltungen.
Bei den zu spektroskospierenden Gasen, die sich in der optischen Messstrecke befindet, kann es sich z.B. um Prozessgas handeln, das aus einem Prozess abgezweigt wird, um mit dem Gasanalysator analysiert zu werden. Bei anderen Anwendungen geht die optische Messtrecke zum Beispiel quer durch einen Abgasschornstein hindurch, um die darin stattfindende Absorption nachzuweisen. Die optische Messstrecke kann zum Beispiel aber auch eine freie Strecke innerhalb eines Tunnels sein, in dem die Konzentration bestimmter Schadstoffe gemessen werden soll.
Die Lichtquelle kann eine einzelne Lichtquelle sein, die ein breites Spektrum aussendet, so dass eine Vielzahl von Absorptionslinien des zu erwartenden Absorptionsspektrums erfasst werden können. Dabei kann es sich zum Beispiel um eine Xenon-Blitzlampe oder eine Xenon-Hochdrucklampe handeln. Die Lichtquelle wird je nach dem zu erwartenden Absorptionsspektrum ausgewählt. Sie kann andererseits auch mehrere Einzellichtquellen umfassen, die jeweils einen individuellen Spektralbereich besonders gut abdecken. So können zum Beispiel Kombinationen von Deuteriumlampen und Halogenlampen oder von Deuteriumlampen und Leuchtdioden entsprechender Wellenlängencharakteristik eingesetzt werden, um unterschiedliche Spektralbereiche mit ausreichender Lichtintensität untersuchen zu können. Werden mehrere Einzellichtquellen zum Einsatz gebracht, so wird deren Licht entweder gleichzeitig oder nacheinander in die optische Messstrecke eingekoppelt.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Bestimmung der Anwesenheit und/oder der Konzentration eines oder mehrerer Gase mit einem solchen erfindungsgemäßen Gasanalysator. Dabei wird mit dem Spektrometer des Gasanalysators die in der optischen Messstrecke des Gasanalysators stattfindende Absorption spektral aufgelöst bestimmt und aus dem Absorptionsspektrum auf die Anwesenheit und/oder die Konzentration eines oder mehrerer Gase geschlossen.
Die Vorteile eines solchen erfindungsgemäßen Verfahrens und die besonderen Ausgestaltungen und vorteilhaften Verwendungen ergeben sich aus den oben für das erfindungsgemäße Spektrometer genannten Eigenschaften.
Die Erfindung wir im Folgenden anhand der Figur erläutert. Dabei zeigt
1 in schematischer und nicht maßstabsgetreuer Darstellung einen erfindungsgemäßen Gasanalysator mit einem erfindungsgemäßen Spektrometer.
Das Spektrometer 10 umfasst ein Spektrometergehäuse 18. Das Spektrometergehäuse weist eine Lichteintrittsöffnung 12 auf, durch die Licht 14 (in der Regel aus dem ultravioletten, dem sichtbaren und/oder dem infraroten Spektralbereich) in das Spektrometergehäuse 18 eintreten kann, wobei es einen Eintrittsspalt 16 passiert. Dazu befindet sich eine Lichtquelle 30 jenseits einer optischen Messstrecke 32, in der sich das zu untersuchende Gas befindet, dessen Absorptionseigenschaften mithilfe des Spektrometers 10 gemessen werden sollen.
In dem Spektrometergehäuse 18 befindet sich ein Beugungsgitter 20, das von Licht 14 beleuchtet wird, das durch den Eintrittsspalt 16 in das Spektrometergehäuse 18 eintritt.
Bei dem Beugungsgitter 20 handelt es sich um eine ebene Gitterstruktur konstanter Gitterkonstante. Licht unterschiedlicher Wellenlängen wird an der ebenen Gitterstruktur 20 nach den Gesetzen der Lichtbeugung in an sich bekannter Weise unter unterschiedlichen Winkeln gebeugt. Bei dem gezeigten Spektrometer geschieht dies an dem Gitter 20 in Reflexionsgeometrie.
Abhängig von der Wellenlänge des auf das Beugungsgitter 20 auftreffenden Lichtes stellt sich für das gebeugte Licht insofern ein unterschiedlicher Winkel ein. Beispielhaft sind die gebeugten Lichtstrahlen 21, 23 zweier unterschiedlicher Wellenlängen angedeutet. Individuelle Detektoren 22 und 24 werden insofern mit Licht unterschiedlicher Spektralbereiche beaufschlagt.
Bei den individuellen Detektoren 22 und 24 handelt es sich um Detektorzeilen, bei denen jeweils in Richtung der spektralen Aufspaltung durch das Beugungsgitter 20 (also in Richtung der Ausdehnung der Detektorzeile) eine Vielzahl von hier nur angedeuteten Fotodioden 25 nebeneinander angeordnet sind, um zum Beispiel eine CCD-Zeile zu bilden, die sich in Richtung der spektralen Aufspaltung des gebeugten Lichtes (hier also der Figurenebene) erstreckt. In nicht gezeigter Weise sind diese Detektoren mit einer Auswerteeinheit verbunden, die die Fotodioden ausliest, um die Intensität des an der jeweiligen Stelle auftreffenden Lichtes zu bestimmen, um so festzustellen, welche Komponenten des von der Lichtquelle 30 ausgesendeten Lichtes in der optischen Messstrecke 32 mehr oder weniger absorbiert worden sind.
Bei der in 1 gezeigten Anordnung sind die zwei Detektoren 22 und 24 derart beabstandet nebeneinander angeordnet, dass sie unterschiedliche Spektralbereiche des am Beugungsgitter 20 gebeugten Lichtes detektieren können. Dazwischen befindet sich ein Zwischenbereich 26, in dem keine Detektion stattfinden kann. Die Anordnung des Spektrometers wird dabei abhängig von den nachzuweisenden Wellenlängen so gewählt, dass die Absorption von Licht einer Wellenlänge, die in den Bereich 26 gebeugt wird, für die entsprechende Anwendung von keinem oder untergeordnetem Interesse ist.
Beim Einsatz des Spektrometers 10 für die Gasanalyse zum Beispiel in der Prozess- oder der Emissionsüberwachung sowie in der Tunnelluftüberwachung ist zum Beispiel insbesondere zum einen der Spektralbereich zwischen ca. 190nm und ca. 250nm interessant, in dem Absorption durch die Gase NO, SO₂, NH₃ und NO₂ nachgewiesen werden kann, wenn sich solche Gase in der optischen Messtrecke 32 befinden. Andererseits kann eine andere Absorptionslinie im Bereich von 450nm sehr genauen Aufschluss über die Anwesenheit und/oder die Konzentration insbesondere von dem besonders kritischen Gas NO₂ geben.
Einer der Detektoren 22, 24 ist dementsprechend so angeordnet, dass er den Spektralbereich zwischen 190nm und 250nm messen kann, während der andere Detektor so angeordnet ist, dass er den Bereich um 450nm (also zum Beispiel einen Bereich von 430nm bis 460nm) messen kann. Dazwischen liegende Wellenlängen (also im beschriebenen Beispiel zwischen 250nm und 430nm) werden vom Beugungsgitter 20 in den Bereich 26 gebeugt und nicht nachgewiesen. Dies ist auch nicht nötig, weil die genannten relevanten Gase in diesem Spektralbereich nicht oder nicht so gut nachweisbar absorbieren.
Die Detektoren 22 und 24 sind bei der gezeigten Ausführungsform in einem Winkel zueinander angeordnet, der sich in der Ebene aufspannt, in der das Licht durch das Beugungsgitter 20 aufgespalten wird. Diese Ebene entspricht der gezeigten Figurenebene. Durch diese Verkippung können Abbildungsfehler insbesondere in den Randbereichen der Spektralbereiche ausgeglichen werden. Der Winkel beträgt zum Beispiel 15°.
Die gezeigte Ausgestaltung umfasst ein Beugungsgitter 20, das als Reflexionsgitter ausgestaltet ist. Bei einer nicht gezeigten Ausgestaltung kann auch ein Transmissionsgitter vorgesehen sein, wobei sich dann die Detektoren 22, 24 in Strahlrichtung des einfallenden Lichtes 14 hinter dem Beugungsgitter befinden.
Der in 1 gezeigte Gasanalysator weist ein erfindungsgemäßes Spektrometer auf. Außerdem ist eine Lichtquelle 30 vorgesehen, wobei sich zwischen der Lichtquelle und Lichteintrittsöffnung 12 des Spektrometers 10 eine optische Messstrecke 32 befindet, in der gegebenenfalls Absorption durch ein Messgas oder mehrere Messgase stattfindet. Licht 14 von der Lichtquelle 30 passiert die optische Messstrecke 32, wo dann gegebenenfalls eine wellenlängenabhängige Absorption durch das Messgas oder die Messgase stattfindet, wobei die Absorption in dem Spektrometer 10 wellenlängenabhängig gemessen werden kann.
Aus dem so bestimmten Absorptionsspektrum kann dann auf die Anwesenheit und/oder Konzentration der Messgaskomponenten in der optischen Messstrecke 32 geschlossen werden.
Bei dem zu spektroskospierenden Gas, das sich in der optischen Messstrecke 32 befindet, kann es sich z.B. um ein Prozessgas handeln, das aus einem Prozess abgezweigt wird, um mit dem Gasanalysator analysiert zu werden. Die optische Messstrecke kann zum Beispiel aber auch eine freie Strecke innerhalb eines Tunnels sein, in dem die Konzentrationen bestimmter Schadstoffe gemessen werden soll.
Als Lichtquelle 30 kann zum Beispiel die Kombination aus einer Deuteriumlampe (die den Bereich von ca. 190nm bis 250nm gut abdeckt) mit einer Halogenlampe (die den Bereich um 450nm besonders gut abdeckt) für den Nachweis der genannten Gase NO, SO₂, NH₃ und NO₂ in beschriebener Weise eingesetzt werden.
Abweichend von der obigen Schilderung kann es zum Beispiel auch vorgesehen sein, dass die optische Messstrecke zweimal durchlaufen wird. Dazu wird das Licht der Lichtquelle durch die optische Messstrecke zu einem Reflektor geschickt, der das Licht wieder zurück durch die optische Messstrecke zum Spektrometer lenkt. Auf diese Weise sind die Lichtquelle und das Spektrometer auf derselben Seite der optischen Messstrecke angeordnet und können zum Beispiel in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein.
Bezugszeichenliste

10: Spektrometer
12: Lichteintrittsöffnung
14: eintretendes Licht
16: Eintrittsspalt
18: Spektrometergehäuse
20: Beugungsgitter
21: gebeugtes Licht
22: Detektor
23: gebeugtes Licht
24: Detektor
25: Fotodiode
26: detektorfreier Bereich
30: Lichtquelle
32: optische Messstrecke

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10137428 A1 [0009]
US 2014/00784921 A1 [0010]

Claims

Spektrometer (10) mit einer Eintrittsapertur, insbesondere einem Eintrittsspalt (16), zur Einkopplung von zu spektroskopierender elektromagnetischer Strahlung (14), einem refraktiven oder diffraktiven optischen Element (20), das derart angeordnet ist, dass elektromagnetische Strahlung (14), die durch die Eintrittsapertur eingekoppelt wird, auf das refraktive oder diffraktive optische Element (20) fällt um dort spektral aufgespalten zu werden, und wenigstens zwei individuelle Detektoren (22, 24), die sich zur Detektion unterschiedlicher spektraler Bereiche der aufgespaltenen elektromagnetischen Strahlung (21, 23) in deren Strahlengang befinden und in der Richtung der spektralen Aufspaltung der elektromagnetischen Strahlung nebeneinander angeordnet sind.
Spektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem optischen Element zur spektralen Aufspaltung um ein diffraktives optischen Element, insbesondere um ein Beugungsgitter (20), handelt.
Spektrometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Beugungsgitter (20) um ein ebenes Gitter mit konstanter Gitterkonstante handelt.
Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Detektoren (22, 24) in der Richtung der spektralen Aufspaltung derart beabstandet zueinander angeordnet sind, dass elektromagnetische Strahlung in einem vorbestimmten Spektralbereich nicht auf einen der Detektoren fällt.
Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Detektoren (22, 24) derart angeordnet ist, dass elektromagnetische Strahlung aus einem vorbestimmten ultravioletten Wellenlängenbereich, vorzugsweise einem Bereich zwischen 190 nm und 250 nm, von dem refraktiven oder diffraktiven optischen Element auf ihn gelenkt wird, und ein zweiter Detektor derart angeordnet ist, dass elektromagnetische Strahlung aus einem vorbestimmten blauen Wellenlängenbereich, vorzugsweise einem Bereich zwischen 410 nm und 460 nm, von dem refraktiven oder diffraktiven optischen Element auf ihn gelenkt wird, wobei elektromagnetische Strahlung aus dem Zwischenwellenlängenbereich zwischen dem vorbestimmten ultravioletten Wellenbereich und dem vorbestimmten blauen Wellenlängenbereich nicht detektiert wird.
Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei individuellen Detektoren (22, 24) auf unterschiedlichen Detektortechnologien beruhen.
Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei individuellen Detektoren (22, 24) unter einem Winkel zueinander angeordnet sind, der sich in der Ebene der spektralen Aufspaltung aufspannt.
Gasanalysator mit einem Spektrometer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einer Lichtquelle (30) und einer zwischen der Lichtquelle und dem Eingangsspalt (16) des Spektrometers (10) angeordneten optischen Messstrecke (32) für mit dem Gasanalysator spektral zu untersuchendes Gas oder zu untersuchende Gase.
Verfahren zur Bestimmung der Anwesenheit und/oder der Konzentration eines oder mehrerer Gase mit einem Gasanalysator nach Anspruch 8, wobei mit dem Spektrometer (10) des Gasanalysators die in der optischen Messstrecke (32) des Gasanalysators stattfindende Absorption spektral aufgelöst bestimmt wird und aus dem Absorptionsspektrum die Anwesenheit und/oder die Konzentration eines oder mehrerer Gase bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gase, deren Anwesenheit und/oder Konzentration in der optischen Messstrecke (32) bestimmt werden soll, NO, SO₂, NH₃ und/oder NO₂ umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsparameter der wenigstens zwei individuellen Detektoren (22, 24), insbesondere deren Auslesezeiten beim Betreib des Gasanalysators unterschiedlich gewählt werden.