DE102017119640A1

DE102017119640A1 - Gasanalysator

Info

Publication number: DE102017119640A1
Application number: DE102017119640.4A
Authority: DE
Inventors: Alfons Dehe; Christoph Glacer; David Tumpold
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2016-08-31
Filing date: 2017-08-28
Publication date: 2018-03-01
Also published as: US20180059066A1; CN107796762B; CN107796762A; US10352910B2

Abstract

Ein Gasanalysator (100) ist bereitgestellt. Der Gasanalysator (100) kann Folgendes beinhalten: ein rohrförmiges Gehäuse (102) mit einer Gehäusewand (103), die sich entlang einer axialen Richtung des rohrförmigen Gehäuses (102) erstreckt und eine Gaskammer (104), die zum Empfangen eines darin zu analysierenden Gases konfiguriert ist, umschließt, ein Anregungselement (106), das an einem ersten axialen Ende (108) des rohrförmigen Gehäuses (102) positioniert ist und zum selektiven Anregen von Gasmolekülen eines spezifischen Typs, der im in der Gaskammer (104) empfangenen Gas detektiert werden soll, auf eine zeitlich veränderliche Weise konfiguriert ist, wodurch akustische Wellen erzeugt werden, und einen Sensor (110), der an einem zweiten axialen Ende (112) des rohrförmigen Gehäuses (102) positioniert ist und zum Detektieren der durch das Anregungselement (106) erzeugten akustischen Wellen konfiguriert ist.

Description

Verschiedene Ausführungsformen betreffen allgemein einen Gasanalysator.
Gasanalysatoren, die entweder als photoakustische Gasdetektoren oder als nichtdispersive Spektrometer konfiguriert sind, stellen eine einfache Weise zum Analysieren der Zusammensetzung von Gasen bereit. Da die Analyse der Zusammensetzung von Umgebungsluft, z.B. aufgrund von Verschmutzung, zunehmend an Bedeutung gewinnt, ist es wünschenswert, einen Gasanalysator mit einer kompakten, flexibel verwendbaren Struktur bereitzustellen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist ein Gasanalysator bereitgestellt. Der Gasanalysator kann Folgendes beinhalten: ein rohrförmiges Gehäuse mit einer Gehäusewand, die sich entlang einer axialen Richtung des rohrförmigen Gehäuses erstreckt und eine Gaskammer, die zum Empfangen eines darin zu analysierenden Gases konfiguriert ist, umschließt, ein Anregungselement, das an einem ersten axialen Ende des rohrförmigen Gehäuses positioniert ist und zum selektiven Anregen von Gasmolekülen eines spezifischen Typs, der im in der Gaskammer empfangenen Gas detektiert werden soll, auf eine zeitlich veränderliche Weise konfiguriert ist, wodurch akustische Wellen erzeugt werden, und einen Sensor, der an einem zweiten axialen Ende des rohrförmigen Gehäuses positioniert ist und zum Detektieren der durch das Anregungselement erzeugten akustischen Wellen konfiguriert ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist ein Gasanalysator bereitgestellt. Der Gasanalysator kann Folgendes beinhalten: ein rohrförmiges Gehäuse mit einer Gehäusewand, die sich entlang einer axialen Richtung des rohrförmigen Gehäuses erstreckt und eine Gaskammer, die zum Empfangen eines darin zu analysierenden Gases konfiguriert ist, umschließt, eine Strahlungsquelle, die an einem ersten axialen Ende des rohrförmigen Gehäuses positioniert ist und konfiguriert ist zum Emittieren von elektromagnetischer Strahlung, die zum selektiven Anregen von Gasmolekülen eines spezifischen Typs, der im in der Gaskammer empfangenen Gas detektiert werden soll, konfiguriert ist, und einen Sensor, der an einem zweiten axialen Ende des rohrförmigen Gehäuses positioniert ist und zum Detektieren der durch die Strahlungsquelle emittierten elektromagnetischen Strahlung konfiguriert ist.
In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen durchweg durch die unterschiedlichen Ansichten auf die gleichen Teile. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, der Schwerpunkt wird stattdessen allgemein auf eine Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung gelegt. In der folgenden Beschreibung sind verschiedene Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die folgende Zeichnung beschrieben, in der:
1 eine schematische Ansicht eines Gasanalysators darstellt.
Die folgende ausführliche Beschreibung bezieht sich auf die begleitende Zeichnung, die spezifische Einzelheiten und Ausführungsformen, in denen die Erfindung umgesetzt werden kann, zur Veranschaulichung darstellt.
Der Begriff „beispielhaft“ wird vorliegend als „als ein Beispiel, eine Instanz oder eine Veranschaulichung dienend“ bedeutend verwendet. Jegliche Ausführungsform oder jegliches Design, die bzw. das vorliegend als „beispielhaft“ beschrieben ist, ist nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Ausführungsformen oder Designs anzusehen.
1 stellt eine schematische Ansicht eines Gasanalysators 100 dar. Der Gasanalysator 100 kann als ein photoakustischer Gasanalysator konfiguriert sein, der ein rohrförmiges Gehäuse 102 mit einer Gehäusewand 103, die sich entlang einer axialen Richtung A des rohrförmigen Gehäuses 102 erstreckt und eine zum Empfangen eines darin zu analysierenden Gases konfigurierte Gaskammer 104 definiert, beinhaltet. Der photoakustische Gasanalysator 100 kann ferner ein Anregungselement 106 beinhalten, das an einem ersten axialen Ende 108 des rohrförmigen Gehäuses 102 positioniert ist und zum selektiven Anregen von Gasmolekülen eines spezifischen Typs, der im in der Gaskammer 104 empfangenen Gas detektiert werden soll, auf eine zeitlich veränderliche Weise konfiguriert ist. Das Anregungselement 106 kann zum Induzieren eines spezifischen atomaren oder molekularen Übergangs in den Gasmolekülen des zu detektierenden Typs und/oder zum Anregen verschiedener Schwingungs- und/oder Drehmoden der Gasmoleküle konfiguriert sein. Während der anschließenden Entregung der somit erregten Moleküle wird Wärme erzeugt, was zu einer lokalen Ausdehnung des Gases führt, was einen positiven Druckimpuls bewirkt.
Die auf diese Weise erzeugte übermäßige Wärme entweicht anschließend in einen Kühlkörper, was zu einer Kontraktion des Gases führt, was einen negativen Druckimpuls bewirkt. Ein Kühlkörper kann durch einen Halter bereitgestellt werden, der sich in physischem Kontakt mit dem photoakustischen Gasanalysator 100 befindet.
Da die Gasmoleküle des zu detektierenden Typs auf eine zeitlich veränderliche Weise, z.B. periodisch, angeregt werden, wird eine zeitlich veränderliche, z.B. periodische, Druckschwankung im Gas, das den Typ von zu detektierenden Molekülen enthält, erzeugt. Somit werden auf diese Weise akustische Wellen erzeugt, die durch einen Sensor 110, der an einem zweiten axialen Ende des rohrförmigen Gehäuses 102 positioniert ist, detektiert werden können.
Hier soll angemerkt werden, dass die akustischen Wellen, die durch die Anregung der Moleküle des zu detektierenden Typs erzeugt werden und durch den Sensor 110 detektierbar sind, nicht notwendigerweise im in der Gaskammer 104 empfangenen Gas induziert werden, sondern stattdessen in einer Referenzgaskammer, die im Folgenden ausführlich beschrieben wird, erzeugt werden können.
Der photoakustische Gasanalysator 100 kann zum Überwachen der Zusammensetzung von Umgebungsluft verwendet werden, z.B. zum Bestimmen des CO₂- und/oder Giftgasgehalts, wie etwa CO in der Umgebungsluft. Methan und/oder Wassermoleküle (Feuchtigkeit) in der Umgebungsluft können auch auf diese Weise detektiert werden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der photoakustische Gasanalysator 100 als ein Atemanalysator konfiguriert sein und dazu verwendet werden, den Alkohol- und/oder Acetongehalt zu messen, der den Blutzuckerspiegel angibt.
Das Anregungselement 106 kann eine Strahlungsquelle 114, die zum Emittieren von Strahlung konfiguriert ist, beinhalten oder als diese konfiguriert sein. Die durch die Strahlungsquelle 114 emittierte Strahlung kann dazu geeignet sein, Gasmoleküle eines spezifischen Typs, die im zu analysierenden Gas detektiert werden sollen, selektiv auf eine zeitlich veränderliche Weise anzuregen, wodurch akustische Wellen auf die zuvor besprochene Weise erzeugt werden.
Die Strahlungsquelle 114 kann zum Emittieren von elektromagnetischer Strahlung, z.B. im infraroten und/oder im sichtbaren und/oder im ultravioletten Frequenzbereich, konfiguriert sein. Infrarotlicht ist zum Anregen von molekularen Schwingungsmoden geeignet. Beispielsweise ist Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von etwa 4,25 µm zum Anregen von Schwingungsmoden eines CO₂-Moleküls geeignet.
Die Strahlungsquelle 114 kann einen Schwarzkörperstrahler und/oder eine Photodiode und/oder einen Laser beinhalten. Stromversorgungsleitungen 116 einer derart konfigurierten Strahlungsquelle 114 sind in 1 dargestellt.
Ein Schwarzkörperstrahler ist zum Emittieren von elektromagnetischer Strahlung gemäß dem Planck’schen Gesetz konfiguriert, was bedeutet, dass das durch ihn emittierte Spektrum durch seine Temperatur und nicht durch seine Form oder Zusammensetzung bestimmt wird. Die Strahlungsquelle 114 kann einen Schwarzkörperstrahler beinhalten, der als ein elektrisch erwärmbarer Körper konfiguriert ist, wie etwa eine Membran. Der Schwarzkörperstrahler kann im Betrieb auf bis zu mehrere hundert Grad Celsius, z.B. bis auf etwa 600°C, erwärmt werden.
Der Sensor 110 kann einen kapazitiven Akustikwellensensor mit zwei räumlich voneinander getrennten Membranen, die einen Kondensator zwischen ihnen definieren, beinhalten oder als dieser konfiguriert sein. Eine der Membranen kann feststehend sein und die jeweils andere kann durch die zu detektierenden akustischen Wellen verschiebbar sein. Eine Verschiebung der verschiebbaren Membran gibt Eigenschaften der zu detektierenden akustischen Wellen an und induziert eine Änderung der Kapazität des Kondensators, die durch eine geeignete Ausleseschaltung, die ein elektrisches Signal liefert, das Eigenschaften der zu detektierenden akustischen Wellen angibt, wie etwa des akustischen Drucks, detektiert werden kann.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann der Sensor 110 einen piezoelektrischen Akustikwellensensor mit einem piezoelektrischen Dünnfilm, der durch zu detektierende akustische Wellen verformbar ist, beinhalten oder als dieser konfiguriert sein. Eine Verformung des piezoelektrischen Dünnfilms erzeugt eine elektrische Spannung darin, die Eigenschaften der zu detektierenden akustischen Wellen angibt. Die induzierte elektrische Spannung kann durch eine geeignete Ausleseschaltung, die ein elektrisches Signal liefert, das Eigenschaften der zu detektierenden akustischen Wellen angibt, wie etwa des akustischen Drucks, ausgelesen werden.
Der photoakustische Gasanalysator 100 kann eine Anregungseinheit 118 beinhalten, in der das Anregungselement 106 untergebracht ist. Die Anregungseinheit 118 kann zumindest teilweise in das erste axiale Ende 108 des rohrförmigen Gehäuses 102 eingefügt sein.
Die Anregungseinheit 118 kann einen plattenförmigen unteren Abschnitt 120 der Anregungseinheit beinhalten, der außerhalb des rohrförmigen Gehäuses 102 positioniert ist und einen Außendurchmesser D_E aufweist, der größer als ein Innendurchmesser D₁ des ersten axialen Endes 108 des rohrförmigen Gehäuses 102 ist. Wie in 1 angegeben, kann der untere Abschnitt 120 der Anregungseinheit in physischem Kontakt mit einer axialen Endfläche 122 des ersten axialen Endes 108 des rohrförmigen Gehäuses 102 stehen. Auf diese Weise kann der untere Abschnitt 120 der Anregungseinheit als ein Positionierungsmittel zum genauen Positionieren des Anregungselements 106 bezüglich des rohrförmigen Gehäuses 102 dienen.
Wie in 1 dargestellt, kann die Strahlungsquelle 114 am unteren Abschnitt 120 der Anregungseinheit montiert sein und deren Stromversorgungsleitungen 116 können sich durch den unteren Abschnitt 120 der Anregungseinheit erstrecken. Die Strahlungsquelle 114 kann derart am unteren Abschnitt 120 der Anregungseinheit montiert sein, dass sie Strahlung in die axiale Richtung A des rohrförmigen Gehäuses 102 emittiert.
Die Anregungseinheit 118 kann ferner einen Einfügeabschnitt 124 der Anregungseinheit beinhalten, der sich vom unteren Abschnitt 120 der Anregungseinheit in die axiale Richtung des ersten axialen Endes 108 des rohrförmigen Gehäuses 102 erstreckt und in das erste axiale Ende 108 des rohrförmigen Gehäuses 102 eingefügt wird.
Die Außenfläche des Einfügeabschnitts 124 der Anregungseinheit kann in physischem Kontakt mit einer Innenfläche des ersten axialen Endes 108 des rohrförmigen Gehäuses 102 stehen und daran, z.B. durch Kleben, befestigt sein.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Außendurchmesser d_E des Einfügeabschnitts 124 der Anregungseinheit mit zunehmendem Abstand vom unteren Abschnitt 120 der Anregungseinheit abnehmen. Auf diese Weise kann die Einfügung des Einfügeabschnitts 124 der Anregungseinheit in das erste axiale Ende 108 auf eine einfache Weise durchgeführt werden. In dieser Hinsicht ist es auch vorstellbar, den Einfügeabschnitt 124 der Anregungseinheit an einem axialen Ende angrenzend zum unteren Abschnitt 120 der Anregungseinheit mit einem Außendurchmesser d_E bereitzustellen, der etwas größer oder gleich dem Innendurchmesser D₁ des ersten axialen Endes 108 des rohrförmigen Gehäuses 102 ist. Auf diese Weise kann der Einfügeabschnitt 124 der Anregungseinheit in einen Reibeingriff mit der Innenfläche des ersten axialen Endes 108 des rohrförmigen Gehäuses 102 gebracht werden, um die Anregungseinheit 118 daran zu befestigen.
Wie in 1 dargestellt, kann der photoakustische Gasanalysator 100 ferner ein Anregungseinheitsfenster 126 beinhalten, das an einem axialen Ende des Einfügeabschnitts 124 der Anregungseinheit gegenüber dem unteren Abschnitt 120 der Anregungseinheit positioniert ist.
Das Anregungseinheitsfenster 126 kann zum Übertragen der durch die Strahlungsquelle 114 emittierten Strahlung konfiguriert sein. Das Anregungseinheitsfenster 126 kann als ein Filter konfiguriert sein. Mittels des Filters 126 kann das Strahlungsspektrum der Strahlungsquelle 114 auf ein schmales Energieband begrenzt sein, um sicherzustellen, dass nur Moleküle eines einzigen Typs zu einem gegebenen Zeitpunkt angeregt werden, d.h., dass Moleküle anderer Typen als die, die detektiert werden sollen, nicht auch unbeabsichtigt angeregt werden, was die Messgenauigkeit verschlechtern kann.
Falls nur ein einziger Typ von Gasmolekülen im zu analysierenden Gas detektiert werden soll, kann das Filter 126 dazu konfiguriert sein, feste Übertragungseigenschaften aufzuweisen. Alternativ dazu, falls Gasmoleküle unterschiedlicher Typen mit unterschiedlichen Anregungsenergien im zu analysierenden Gas detektiert werden sollen, kann ein abstimmbares Filter 126 mit abstimmbaren Übertragungseigenschaften eingesetzt werden. Im Betrieb können die Übertragungseigenschaften des Filters 126 variiert werden, um Moleküle verschiedener Typen anzuregen. Das Filter 126 kann ein plasmonisches Filter und/oder ein Fabry-Pérot-Interferometer beinhalten oder als diese konfiguriert sein.
Der untere Abschnitt 120 der Anregungseinheit, der Einfügeabschnitt 124 der Anregungseinheit und das Anregungseinheitsfenster 126 können ein im Wesentlichen gasdichtes Volumen 127 definieren, in dem das Anregungselement 106 untergebracht ist und das mit einem Inertgas, wie etwa Stickstoff oder einem Edelgas, gefüllt ist. Die Oxidation eines Anregungselements 106, das als ein Schwarzkörperstrahler konfiguriert ist, kann effizient mittels des Inertgases vermieden werden.
Wie in 1 dargestellt, kann der photoakustische Gasanalysator 100 eine Sensoreinheit 128 beinhalten, in der der Sensor 110 untergebracht ist. Die Sensoreinheit 128 kann zumindest teilweise in das zweite axiale Ende 112 des rohrförmigen Gehäuses 102 eingefügt sein.
Die Sensoreinheit 128 kann einen plattenförmigen unteren Abschnitt 130 der Sensoreinheit beinhalten, der außerhalb des rohrförmigen Gehäuses 102 positioniert ist und einen Außendurchmesser D_S aufweist, der größer als ein Innendurchmesser D₂ des zweiten axialen Endes 112 des rohrförmigen Gehäuses 102 ist. Wie in 1 angegeben, kann der untere Abschnitt 130 der Sensoreinheit in physischem Kontakt mit einer axialen Endfläche 132 des zweiten axialen Endes 112 des rohrförmigen Gehäuses 102 stehen. Auf diese Weise kann der untere Abschnitt 130 der Sensoreinheit als ein Positionierungsmittel zum genauen Positionieren des Sensors 110 bezüglich des rohrförmigen Gehäuses 102 dienen.
Die Sensoreinheit 128 kann ferner einen Einfügeabschnitt 134 der Sensoreinheit beinhalten, der sich vom unteren Abschnitt 130 der Sensoreinheit in die axiale Richtung des zweiten axialen Endes 112 des rohrförmigen Gehäuses 102 erstreckt und in das zweite axiale Ende 112 des rohrförmigen Gehäuses 102 eingefügt ist.
Die Außenfläche des Einfügeabschnitts 134 der Sensoreinheit kann in physischem Kontakt mit einer Innenfläche des zweiten axialen Endes 112 des rohrförmigen Gehäuses 102 stehen und kann daran, z.B. durch Kleben, befestigt sein.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Außendurchmesser d_S des Einfügeabschnitts 134 der Sensoreinheit mit zunehmendem Abstand vom unteren Abschnitt 130 der Sensoreinheit abnehmen. Auf diese Weise kann die Einfügung des Einfügeabschnitts 134 der Sensoreinheit in das zweite axiale Ende 112 des rohrförmigen Gehäuses 102 auf eine einfache Weise durchgeführt werden. Es ist auch vorstellbar, den Einfügeabschnitt 134 der Sensoreinheit an einem axial äußersten Ende angrenzend zum unteren Abschnitt 130 der Sensoreinheit mit einem Durchmesser d_S bereitzustellen, der etwas größer oder gleich dem Innendurchmesser D₂ des zweiten axialen Endes 112 des rohrförmigen Gehäuses 102 ist. Auf diese Weise kann der Einfügeabschnitt 134 der Sensoreinheit in einen Reibeingriff mit der Innenfläche des zweiten axialen Endes 112 des rohrförmigen Gehäuses 102 gebracht werden, um die Sensoreinheit 128 daran zu befestigen.
Die Gaskammer 104 kann zwischen der Anregungseinheit 118 und der Sensoreinheit 128 definiert sein. Wie in 1 dargestellt, kann die Gehäusewand 103 des rohrförmigen Gehäuses 102 mehrere Durchgangslöcher 136a, 136b beinhalten, die als Einlässe/Auslässe für das zu analysierende Gas dienen. Auf diese Weise kann die Gaskammer 104 in permanenter Fluidstromkommunikation mit ihrer Umgebung stehen. Infolgedessen kann auf diese Weise eine permanente Überwachung der Zusammensetzung des Gases, das den photoakustischen Gasanalysator 100 umgibt, umgesetzt werden.
Bei einem (in 1 nicht dargestellten) Ausführungsbeispiel kann ein Direktdetektionsschema eingesetzt werden, d.h. der Sensor 110 kann in der Gaskammer 104 positioniert sein, um akustische Wellen, die durch angeregte Gasmoleküle in der Gaskammer 104 mittels des Anregungselements 106 erzeugt werden, zu detektieren. Bei einem derartigen Direktdetektionsschema würde das Ansprechverhalten des Sensors 110 mit zunehmendem Gehalt von Molekülen eines gegebenen Typs, die selektiv durch das Anregungselement 106 angeregt werden, zunehmen.
Alternativ dazu, wie in 1 dargestellt, kann der Sensor 110 außerhalb der Gaskammer 104 in einer im Wesentlichen gasdichten Referenzgaskammer 138, die durch den unteren Abschnitt 130 der Sensoreinheit, den Einfügeabschnitt 134 der Sensoreinheit und ein Sensoreinheitsfenster 140 definiert ist, positioniert sein. Die Referenzgaskammer 138 kann mit einem Referenzgas gefüllt sein, das einen oder mehrere Typen von Gas enthält, der bzw. die im zu analysierenden Gas in der Gaskammer 104 detektiert werden soll bzw. sollen. Das Sensoreinheitsfenster 140 kann für durch die Strahlungsquelle 114 emittierte Strahlung transparent sein, um Moleküle des Referenzgases in der Referenzgaskammer 138 anzuregen.
Durch diesen Aufbau wird ein Differenzdetektionsschema umgesetzt. Falls keine Gasmoleküle des zu detektierenden Typs in der Gaskammer 104 vorhanden sind, regt die durch die Strahlungsquelle 114 emittierte Strahlung nur Gasmoleküle in der Referenzgaskammer 138 an. Wie zuvor beschrieben, werden akustische Wellen infolge dieser Anregung erzeugt, die durch den Sensor 110 detektierbar sind. Das Sensoransprechverhalten ist maximal, falls keine Gasmoleküle des zu detektierenden Typs in der Gaskammer 104 vorhanden sind. Mit zunehmendem Gehalt von Gasmolekülen des Typs, der im in der Gaskammer 104 empfangenen Gas detektiert werden soll, nimmt das Sensoransprechverhalten im Vergleich zum maximalen Sensoransprechverhalten ab, da ein Teil der durch die Strahlungsquelle 114 emittierten Strahlung in der Gaskammer 104 absorbiert wird, so dass die Strahlungsleistung in der Referenzgaskammer 138 verringert wird. Diese Verringerung des Sensoransprechverhaltens gibt den Gehalt von Gasmolekülen des Typs von Interesse in der Gaskammer 104 an.
Das Sensoreinheitsfenster 140 kann ein Filter, das zum selektiven Übertragen der durch die Strahlungsquelle 114 emittierten Anregungsstrahlung konfiguriert ist, beinhalten oder als dieses konfiguriert sein. Falls nur ein einziger Typ von Gasmolekülen im zu analysierenden Gas detektiert werden soll, kann das Filter dazu konfiguriert sein, feststehende Übertragungseigenschaften aufzuweisen. Alternativ dazu, falls Gasmoleküle unterschiedlicher Typen mit unterschiedlichen Anregungsenergien im zu analysierenden Gas detektiert werden sollen, kann ein abstimmbares Filter mit abstimmbaren Übertragungseigenschaften eingesetzt werden. Im Betrieb können die Übertragungseigenschaften des Filters variiert werden, um Moleküle verschiedener Typen anzuregen. Das Filter kann ein plasmonisches Filter und/oder einen Fabry-Pérot-Interferometer beinhalten oder als diese konfiguriert sein.
Beginnend mit dem in 1 dargestellten Aufbau kann ein Direktdetektionsschema bereitgestellt werden, indem das Sensoreinheitsfenster 140 ausgelassen wird. Auf diese Weise würde der Innenbereich der Sensoreinheit 128 einen Teil der Gaskammer 104 bilden, so dass durch die selektive Anregung der Gasmoleküle erzeugte akustische Wellen direkt durch den Sensor 110 detektierbar sein würden, was bedeutet, dass das Sensoransprechverhalten mit zunehmender Konzentration der Gasmoleküle von Interesse im zu analysierenden Gas zunimmt.
Der Sensor 110 kann am unteren Abschnitt 130 der Sensoreinheit montiert sein und kann Strom- und/oder Signalleitungen 142, die den unteren Abschnitt 130 der Sensoreinheit durchlaufen, beinhalten. Zusätzlich dazu kann auch eine mit dem Sensor 110 gekoppelte Ausleseschaltung 144 am unteren Abschnitt 130 der Sensoreinheit montiert sein, z.B. an dessen Oberfläche, die zum Innenbereich der Sensoreinheit 128 zeigt. Die Ausleseschaltung 144 kann zum Analysieren von Signalen, die durch den Sensor 110 ausgegeben werden, und zum Bestimmen des Gehalts von Gasmolekülen eines gegebenen Typs im zu analysierenden Gas konfiguriert sein. Die Ausleseschaltung 144 kann eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) beinhalten.
Wie in 1 dargestellt, können die Strahlungsquelle 114 und der Sensor 110 in einer einander zugewandten Beziehung bezüglich zueinander positioniert sein. Auf diese Weise wird die durch die Strahlungsquelle 114 emittierte Strahlung zum Sensor 110 hin emittiert. Somit wird auf diese Weise ein Aufbau bereitgestellt, der eine hocheffiziente Anregung von Gasmolekülen in der Gaskammer 104 oder in der Referenzgaskammer 138 ermöglicht.
Die Anregungseffizienz kann erhöht werden, indem ein Reflektor 146 an der Gehäusewand 103 des rohrförmigen Gehäuses 102 bereitgestellt wird. Wie in 1 angegeben, kann die Gehäusewand 103 des rohrförmigen Gehäuses 102 eine Schichtstruktur mit einer radial inneren Schicht 148, die für die Anregungsstrahlung transparent ist, und einer radial äußeren Schicht, die als der Reflektor 146 konfiguriert ist, aufweisen. Die radial innere Isolierschicht 148 kann aus einem thermisch isolierenden Material hergestellt sein. Die thermische Leitfähigkeit des Materials des thermisch isolierenden Materials kann weniger als 20 W/(m·K), weniger als 10 W/(m·K) oder noch weniger als 5 W/(m·K) betragen.
Wie in 1 dargestellt, kann nur die radial innere Schicht 148 in physischem Kontakt mit der Anregungseinheit 118 und/oder der Sensoreinheit 128 stehen. Daher können das Anregungselement 106 und der Sensor 110 auf diese Weise voneinander thermisch entkoppelt sein, falls die radial innere Schicht 148 aus einem thermisch isolierenden Material hergestellt ist.
Der Reflektor 146 kann als ein dünner Metallfilm konfiguriert sein. Der Reflektor 146 kann einen Reflexionsgrad im infraroten und/oder im sichtbaren und/oder im ultravioletten Frequenzbereich von mindestens 20% oder von mindestens 50% oder sogar mindestens 80% aufweisen.
Durch den in der Gehäusewand 103 des rohrförmigen Gehäuses 102 bereitgestellten Reflektor 146 agiert das rohrförmige Gehäuse 102 wie eine optische Faser, was eine hocheffiziente Anregung von Molekülen des zu detektierenden Typs ermöglicht. Zusätzlich dazu kann der Reflektor 146 verhindern, dass externe Strahlung, wie etwa Umgebungslicht, in die Gaskammer 104 eintritt. Auf diese Weise kann eine unbeabsichtigte Anregung von Molekülen in der Gaskammer 104 vermieden werden.
Obwohl die Gehäusewand 103 des rohrförmigen Gehäuses 102 in 1 mit einer im Wesentlichen kreisförmigen zylindrischen Form dargestellt ist, ist ihre Form nicht darauf eingeschränkt. Andere Formen, z.B. mit einer rechteckigen oder polygonalen Querschnittskonfiguration, sind auch vorstellbar. Zusätzlich dazu sind auch Gehäusewände 103 mit einer nichtgeradlinigen axialen Verlängerung vorstellbar.
Die Anregungseinheit 118 und/oder die Sensoreinheit 128 kann bzw. können als vorgefertigte Einheiten bereitgestellt sein. Auf diese Weise kann die Herstellung des photoakustischen Gasanalysators 100 auf eine einfache Weise durchgeführt werden, indem die Anregungseinheit 118 und/oder die Sensoreinheit 128 einfach in jeweilige axiale Enden des rohrförmigen Gehäuses 102 eingefügt und sie daran, z.B. durch Reibeingriff, befestigt wird bzw. werden.
Die Anregungseinheit 118 und/oder die Sensoreinheit 128 kann bzw. können als Transistorkontur(TO)-Cans konfiguriert sein.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann der photoakustische Gasanalysator 100 eine Länge von etwa 20 mm und einen Durchmesser von etwa 5 mm aufweisen. Diese beispielhaften Außenabmessungen des photoakustischen Gasanalysators 100 zeigen, dass er leicht in eine Mobileinrichtung, wie etwa ein Mobiltelefon, montiert werden kann. Es ist zu beachten, dass der Gasanalysator 100 alternativ dazu als ein nichtdisperiver Detektor, wie etwa ein nichtdisperiver Infrarotdetektor (NDIR), konfiguriert sein kann. Von daher kann er auch die zuvor beschriebe Struktur des photoakustischen Gasanalysators 100 aufweisen, außer, dass der Sensor 110 nicht als ein Akustikwellensensor konfiguriert sein würde, sondern als ein Strahlungsdetektor, der zum Detektieren von Strahlung, die durch die Strahlungsquelle 114 emittiert und durch das zu analysierende Gas übertragen wird, konfiguriert ist. Ähnlich zum zuvor beschriebenen photoakustischen Gasanalysator 100 kann die durch die Strahlungsquelle 114 emittierte Strahlung zum selektiven Anregen von Molekülen eines spezifischen Typs im zu analysierenden Gas konfiguriert sein. Der Absorptionsgrad des zu analysierenden Gases wird mit dem Gehalt der Moleküle des gegebenen Typs im zu analysierenden Gas korreliert. Genauer gesagt, je höher die Konzentration der Moleküle des gegebenen Typs im zu analysierenden Gas ist, desto höher wird der Absorptionsgrad sein und desto niedriger wird das Ansprechverhalten des Sensors 110 sein. Infolgedessen gibt das Ansprechverhalten des Strahlungssensors eines derart konfigurierten Gasanalysators den Gehalt der Moleküle des gegebenen Typs an.
Im Folgenden werden verschiedene Aspekte der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
Beispiel 1 ist ein Gasanalysator. Der Gasanalysator kann Folgendes beinhalten: ein rohrförmiges Gehäuse mit einer Gehäusewand, die sich entlang einer axialen Richtung des rohrförmigen Gehäuses erstreckt und eine Gaskammer, die zum Empfangen eines darin zu analysierenden Gases konfiguriert ist, umschließt, ein Anregungselement, das an einem ersten axialen Ende des rohrförmigen Gehäuses positioniert ist und zum selektiven Anregen von Gasmolekülen eines spezifischen Typs, der im in der Gaskammer empfangenen Gas detektiert werden soll, auf eine zeitlich veränderliche Weise konfiguriert ist, wodurch akustische Wellen erzeugt werden, und einen Sensor, der an einem zweiten axialen Ende des rohrförmigen Gehäuses positioniert ist und zum Detektieren der durch das Anregungselement erzeugten akustischen Wellen konfiguriert ist.
In Beispiel 2 kann der Gegenstand von Beispiel 1 optional ferner beinhalten, dass das Anregungselement eine Strahlungsquelle, die zum Emittieren von Strahlung konfiguriert ist, beinhaltet oder als diese konfiguriert ist. Die Strahlung kann zum selektiven Anregen des Typs von zu detektierenden Gasmolekülen auf eine zeitlich veränderliche Weise ausgelegt sein.
In Beispiel 3 kann der Gegenstand von Beispiel 2 optional ferner beinhalten, dass die Strahlungsquelle zum Emittieren von elektromagnetischer Strahlung konfiguriert ist.
In Beispiel 4 kann der Gegenstand von Beispiel 3 optional ferner beinhalten, dass die Strahlungsquelle zum Emittieren von elektromagnetischer Strahlung im infraroten und/oder im sichtbaren und/oder im ultravioletten Frequenzbereich konfiguriert ist.
In Beispiel 5 kann der Gegenstand von Beispiel 4 optional ferner beinhalten, dass die Strahlungsquelle einen Schwarzkörperstrahler und/oder eine Photodiode und/oder einen Laser beinhaltet.
In Beispiel 6 kann der Gegenstand von Beispiel 5 optional ferner beinhalten, dass die Strahlungsquelle einen Schwarzkörperstrahler beinhaltet, der als ein elektrisch erwärmbarer Körper, wie etwa eine Membran, konfiguriert ist.
In Beispiel 7 kann der Gegenstand von einem beliebigen der Beispiele 2 bis 6 optional ferner ein Filter beinhalten, das zum selektiven Übertragen von durch die Strahlungsquelle emittierter Strahlung mit einer vorbestimmten Energie konfiguriert ist.
In Beispiel 8 kann der Gegenstand von Beispiel 7 optional ferner beinhalten, dass das Filter als ein abstimmbares Filter mit abstimmbaren Übertragungseigenschaften konfiguriert ist.
In Beispiel 9 kann der Gegenstand von einem beliebigen der Beispiele 7 oder 8 optional ferner beinhalten, dass das Filter ein plasmonisches Filter und/oder ein Fabry-Pérot-Interferometer beinhaltet oder als diese konfiguriert ist.
In Beispiel 10 kann der Gegenstand von einem beliebigen der Beispiele 1 bis 9 optional ferner eine Anregungseinheit beinhalten, in der das Anregungselement untergebracht ist. Die Anregungseinheit kann zumindest teilweise in das erste axiale Ende des rohrförmigen Gehäuses eingefügt sein.
In Beispiel 11 kann der Gegenstand von Beispiel 10 optional ferner beinhalten, dass die Anregungseinheit Folgendes beinhaltet: einen plattenförmigen unteren Abschnitt der Anregungseinheit, der außerhalb des rohrförmigen Gehäuses positioniert ist und einen Außendurchmesser aufweist, der größer als ein Innendurchmesser des ersten axialen Endes des rohrförmigen Gehäuses ist, und einen Einfügeabschnitt der Anregungseinheit, der sich vom unteren Abschnitt der Anregungseinheit in die axiale Richtung des ersten axialen Endes erstreckt. Der Einfügeabschnitt der Anregungseinheit kann in das erste axiale Ende des rohrförmigen Gehäuses eingefügt sein.
In Beispiel 12 kann der Gegenstand von Beispiel 11 optional ferner beinhalten, dass der Außendurchmesser des Einfügeabschnitts der Anregungseinheit mit zunehmendem Abstand vom unteren Abschnitt der Anregungseinheit abnimmt.
In Beispiel 13 kann der Gegenstand von einem beliebigen der Beispiele 11 oder 12 optional ferner ein Anregungseinheitsfenster beinhalten, das an einem axialen Ende des Einfügeabschnitts der Anregungseinheit gegenüber dem unteren Abschnitt der Anregungseinheit positioniert ist.
In Beispiel 14 kann der Gegenstand von Beispiel 13 und einem beliebigen der Beispiele 2 bis 9 optional ferner beinhalten, dass das Anregungseinheitsfenster zum Übertragen der durch die Strahlungsquelle emittierten Strahlung konfiguriert ist.
In Beispiel 15 kann der Gegenstand von Beispiel 14 und einem beliebigen der Beispiele 7 bis 9 optional ferner beinhalten, dass das Anregungseinheitsfenster als ein Filter konfiguriert ist.
In Beispiel 16 kann der Gegenstand von einem beliebigen der Beispiele 13 bis 15 optional ferner beinhalten, dass der untere Abschnitt der Anregungseinheit, der Einfügeabschnitt der Anregungseinheit und das Anregungseinheitsfenster ein im Wesentlichen gasdichtes Volumen definieren, in dem das Anregungselement untergebracht ist und das mit einem Inertgas, wie etwa Stickstoff oder einem Edelgas, gefüllt ist.
In Beispiel 17 kann der Gegenstand von einem beliebigen der Beispiele 11 bis 16 optional ferner beinhalten, dass das Anregungselement am unteren Abschnitt der Anregungseinheit montiert ist.
In Beispiel 18 kann der Gegenstand von einem beliebigen der Beispiele 1 bis 17 optional ferner eine Sensoreinheit, in der der Sensor untergebracht ist, beinhalten. Die Sensoreinheit kann zumindest teilweise in das zweite axiale Ende des rohrförmigen Gehäuses eingefügt sein.
In Beispiel 19 kann der Gegenstand von Beispiel 18 optional ferner beinhalten, dass die Sensoreinheit Folgendes beinhaltet: einen plattenförmigen unteren Abschnitt der Sensoreinheit, der außerhalb des rohrförmigen Gehäuses positioniert ist und einen Außendurchmesser aufweist, der größer als ein Innendurchmesser des zweiten axialen Endes des rohrförmigen Gehäuses ist, und einen Einfügeabschnitt der Sensoreinheit, der sich vom unteren Abschnitt der Sensoreinheit in die axiale Richtung des zweiten axialen Endes erstreckt. Der Einfügeabschnitt der Sensoreinheit kann in das zweite axiale Ende des rohrförmigen Gehäuses eingefügt sein.
In Beispiel 20 kann der Gegenstand von Beispiel 19 optional ferner beinhalten, dass der Außendurchmesser des Einfügeabschnitts der Sensoreinheit mit zunehmendem Abstand vom unteren Abschnitt der Sensoreinheit abnimmt.
In Beispiel 21 kann der Gegenstand von einem beliebigen der Beispiele 19 oder 20 optional ferner ein Sensoreinheitsfenster beinhalten, das an einem axialen Ende des Einfügeabschnitts der Sensoreinheit gegenüber dem unteren Abschnitt der Sensoreinheit positioniert ist.
In Beispiel 22 kann der Gegenstand von Beispiel 21 und einem beliebigen der Beispiele 2 bis 9 optional ferner beinhalten, dass das Sensoreinheitsfenster zum Übertragen der durch die Strahlungsquelle emittierten Strahlung konfiguriert ist.
In Beispiel 23 kann der Gegenstand von Beispiel 22 und einem beliebigen der Beispiele 7 bis 9 optional ferner beinhalten, dass das Sensoreinheitsfenster als ein Filter konfiguriert ist.
In Beispiel 24 kann der Gegenstand von einem beliebigen der Beispiele 21 bis 23 optional ferner beinhalten, dass der Sensoreinheitsunterseitenteil, der Einfügeabschnitt der Sensoreinheit und das Sensoreinheitsfenster ein im Wesentlichen gasdichtes Volumen definieren, in dem der Sensor untergebracht ist und das mit einem Gas des zu detektierenden Typs gefüllt ist.
In Beispiel 25 kann der Gegenstand von einem beliebigen der Beispiele 18 bis 23 optional ferner beinhalten, dass der Innenbereich der Sensoreinheit zumindest einen Teil der Gaskammer definiert.
In Beispiel 26 kann der Gegenstand von Beispiel 25 optional ferner beinhalten, dass der Innenbereich der Sensoreinheit in permanenter Gasstromkommunikation mit der Außenseite des Gasanalysators steht.
In Beispiel 27 kann der Gegenstand von einem beliebigen der Beispiele 19 bis 26 optional ferner beinhalten, dass der Sensor am unteren Abschnitt der Sensoreinheit montiert ist.
In Beispiel 28 kann der Gegenstand von einem beliebigen der Beispiele 10 bis 17 und einem beliebigen der Beispiele 18 bis 27 optional ferner beinhalten, dass sich zumindest ein Teil der Gaskammer zwischen der Anregungseinheit und der Sensoreinheit in der axialen Richtung des rohrförmigen Gehäuses befindet und in der radialen Richtung des rohrförmigen Gehäuses durch die Gehäusewand abgegrenzt wird.
In Beispiel 29 kann der Gegenstand von Beispiel 28 optional ferner beinhalten, dass der Teil der Gehäusewand des rohrförmigen Gehäuses, der die Gaskammer abgrenzt, mindestens ein Durchgangsloch beinhaltet, das dort hindurch gebildet wird und einen Gasdurchlass zwischen der Gaskammer und der Außenseite des Gasanalysators bereitstellt.
In Beispiel 30 kann der Gegenstand von einem beliebigen der Beispiele 2 bis 29 optional ferner beinhalten, dass zumindest ein Teil oder sogar die gesamte Gehäusewand des rohrförmigen Gehäuses, die die Gaskammer umschließt, mit einem Reflektor ausgestattet ist, der zum Reflektieren der durch die Strahlungsquelle emittierten Strahlung konfiguriert ist.
In Beispiel 31 kann der Gegenstand von Beispiel 30 optional ferner beinhalten, dass der Reflektor einen Reflexionsgrad im infraroten und/oder im sichtbaren und/oder im ultravioletten Frequenzbereich von mindestens 20% oder von mindestens 50% oder sogar von mindestens 80% aufweist.
In Beispiel 32 kann der Gegenstand von einem beliebigen der Beispiele 30 oder 31 optional ferner beinhalten, dass die Gehäusewand des rohrförmigen Gehäuses eine Schichtstruktur einschließlich einer radial inneren Schicht, die für die durch die Strahlungsquelle emittierte Strahlung transparent ist, und einer radial äußeren Schicht, die als der Reflektor konfiguriert ist, aufweist.
In Beispiel 33 kann der Gegenstand von Beispiel 32 optional ferner beinhalten, dass die radial innere Schicht aus einem thermisch isolierenden Material hergestellt ist.
Beispiel 34 ist ein Gasanalysator. Der Gasanalysator kann ein rohrförmiges Gehäuse mit einer Gehäusewand, die sich entlang einer axialen Richtung des rohrförmigen Gehäuses erstreckt und eine Gaskammer, die zum Empfangen eines darin zu analysierenden Gases konfiguriert ist, umschließt, eine Strahlungsquelle, die an einem ersten axialen Ende des rohrförmigen Gehäuses positioniert ist und zum Emittieren von elektromagnetischer Strahlung konfiguriert ist, die zum selektiven Anregen von Gasmolekülen eines spezifischen Typs, der im in der Gaskammer empfangenen Gas detektiert werden soll, konfiguriert ist, und einen Sensor, der an einem zweiten axialen Ende des rohrförmigen Gehäuses positioniert ist und zum Detektieren von durch die Strahlungsquelle emittierter elektromagnetischer Strahlung konfiguriert ist, beinhalten.
In Beispiel 35 kann der Gegenstand von Beispiel 34 optional ferner beinhalten, dass die Strahlungsquelle zum Emittieren von elektromagnetischer Strahlung im infraroten und/oder im sichtbaren und/oder im ultravioletten Frequenzbereich konfiguriert ist.
In Beispiel 36 kann der Gegenstand von Beispiel 35 optional ferner beinhalten, dass die Strahlungsquelle einen Schwarzkörperstrahler und/oder eine Photodiode und/oder einen Laser beinhaltet.
In Beispiel 37 kann der Gegenstand von Beispiel 36 optional ferner beinhalten, dass die Strahlungsquelle einen Schwarzkörperstrahler beinhaltet, der als ein elektrisch erwärmbarer Körper, wie etwa eine Membran, konfiguriert ist.
In Beispiel 38 kann der Gegenstand von einem beliebigen der Beispiele 34 bis 37 optional ferner ein Filter beinhalten, das zum selektiven Übertragen von durch die Strahlungsquelle emittierter Strahlung mit einer vorbestimmten Energie konfiguriert ist.
In Beispiel 39 kann der Gegenstand von Beispiel 38 optional ferner beinhalten, dass das Filter als ein abstimmbares Filter mit abstimmbaren Übertragungseigenschaften konfiguriert ist.
In Beispiel 40 kann der Gegenstand von einem beliebigen der Beispiele 38 oder 39 optional ferner beinhalten, dass das Filter ein plasmonisches Filter und/oder einen Fabry-Pérot-Interferometer beinhaltet oder als diese konfiguriert ist.
In Beispiel 41 kann der Gegenstand von einem beliebigen der Beispiele 34 bis 40 optional ferner eine Anregungseinheit beinhalten, in der die Strahlungsquelle untergebracht ist. Die Anregungseinheit kann zumindest teilweise in das erste axiale Ende des rohrförmigen Gehäuses eingefügt sein.
In Beispiel 42 kann der Gegenstand von Beispiel 41 optional ferner beinhalten, dass die Anregungseinheit Folgendes beinhaltet: einen plattenförmigen unteren Abschnitt der Anregungseinheit, der außerhalb des rohrförmigen Gehäuses positioniert ist und einen Außendurchmesser aufweist, der größer als ein Innendurchmesser des ersten axialen Endes des rohrförmigen Gehäuses ist, und einen Einfügeabschnitt der Anregungseinheit, der sich vom unteren Abschnitt der Anregungseinheit in die axiale Richtung des ersten axialen Endes erstreckt. Der Einfügeabschnitt der Anregungseinheit kann in das erste axiale Ende des rohrförmigen Gehäuses eingefügt sein.
In Beispiel 43 kann der Gegenstand von Beispiel 42 optional ferner beinhalten, dass der Außendurchmesser des Einfügeabschnitts der Anregungseinheit mit zunehmendem Abstand vom unteren Abschnitt der Anregungseinheit abnimmt.
In Beispiel 44 kann der Gegenstand von einem beliebigen der Beispiele 42 oder 43 optional ferner ein Anregungseinheitsfenster beinhalten, das an einem axialen Ende des Einfügeabschnitts der Anregungseinheit gegenüber dem unteren Abschnitt der Anregungseinheit positioniert ist.
In Beispiel 45 kann der Gegenstand von Beispiel 44 optional ferner beinhalten, dass das Anregungseinheitsfenster zum Übertragen der durch die Strahlungsquelle emittierten Strahlung konfiguriert ist.
In Beispiel 46 kann der Gegenstand von Beispiel 45 und einem beliebigen der Beispiele 38 bis 40 optional ferner beinhalten, dass das Anregungseinheitsfenster als ein Filter konfiguriert ist.
In Beispiel 47 kann der Gegenstand von einem beliebigen der Beispiele 44 bis 46 optional ferner beinhalten, dass der untere Abschnitt der Anregungseinheit, der Einfügeabschnitt der Anregungseinheit und das Anregungseinheitsfenster ein im Wesentlichen gasdichtes Volumen definieren, in dem die Strahlungsquelle untergebracht ist und das mit einem Inertgas, wie etwa Stickstoff oder einem Edelgas, gefüllt ist.
In Beispiel 48 kann der Gegenstand von einem beliebigen der Beispiele 42 bis 47 optional ferner beinhalten, dass die Strahlungsquelle am unteren Abschnitt der Anregungseinheit montiert ist.
In Beispiel 49 kann der Gegenstand von einem beliebigen der Beispiele 34 bis 48 optional ferner eine Sensoreinheit, in der der Sensor untergebracht ist, beinhalten. Die Sensoreinheit kann zumindest teilweise in das zweite axiale Ende des rohrförmigen Gehäuses eingefügt sein.
In Beispiel 50 kann der Gegenstand von Beispiel 49 optional ferner beinhalten, dass die Sensoreinheit Folgendes beinhaltet: einen plattenförmigen unteren Abschnitt der Sensoreinheit, der außerhalb des rohrförmigen Gehäuses positioniert ist und einen Außendurchmesser aufweist, der größer als ein Innendurchmesser des zweiten axialen Endes des rohrförmigen Gehäuses ist, und einen Einfügeabschnitt der Sensoreinheit, der sich vom unteren Abschnitt der Sensoreinheit in die axiale Richtung des zweiten axialen Endes erstreckt. Der Einfügeabschnitt der Sensoreinheit kann in das zweite axiale Ende des rohrförmigen Gehäuses eingefügt sein.
In Beispiel 51 kann der Gegenstand von Beispiel 50 optional ferner beinhalten, dass der Außendurchmesser des Einfügeabschnitts der Sensoreinheit mit zunehmendem Abstand vom unteren Abschnitt der Sensoreinheit abnimmt.
In Beispiel 52 kann der Gegenstand von einem beliebigen der Beispiele 50 oder 51 optional ferner ein Sensoreinheitsfenster beinhalten, das an einem axialen Ende des Einfügeabschnitts der Sensoreinheit gegenüber dem unteren Abschnitt der Sensoreinheit positioniert ist.
In Beispiel 53 kann der Gegenstand von Beispiel 52 optional ferner beinhalten, dass das Sensoreinheitsfenster zum Übertragen der durch die Strahlungsquelle emittierten Strahlung konfiguriert ist.
In Beispiel 54 kann der Gegenstand von Beispiel 53 und einem beliebigen der Beispiele 38 bis 40 optional ferner beinhalten, dass das Sensoreinheitsfenster als ein Filter konfiguriert ist.
In Beispiel 55 kann der Gegenstand von einem beliebigen der Beispiele 49 bis 54 optional ferner beinhalten, dass der Innenbereich der Sensoreinheit zumindest einen Teil der Gaskammer definiert.
In Beispiel 56 kann der Gegenstand von Beispiel 55 optional ferner beinhalten, dass der Innenbereich der Sensoreinheit in permanenter Gasstromkommunikation mit der Außenseite des Gasanalysators steht.
In Beispiel 57 kann der Gegenstand von einem beliebigen der Beispiele 50 bis 56 optional ferner beinhalten, dass der Sensor am unteren Abschnitt der Sensoreinheit montiert ist.
In Beispiel 58 kann der Gegenstand von einem beliebigen der Beispiele 41 bis 48 und einem beliebigen der Beispiele 49 bis 57 optional ferner beinhalten, dass sich zumindest ein Teil der Gaskammer zwischen der Anregungseinheit und der Sensoreinheit in der axialen Richtung des rohrförmigen Gehäuses befindet und in der radialen Richtung des rohrförmigen Gehäuses durch die Gehäusewand abgegrenzt wird.
In Beispiel 59 kann der Gegenstand von Beispiel 58 optional ferner beinhalten, dass der Teil der Gehäusewand des rohrförmigen Gehäuses, der die Gaskammer abgrenzt, mindestens ein Durchgangsloch beinhaltet, das dort hindurch gebildet wird und einen Gasdurchlass zwischen der Gaskammer und der Außenseite des Gasanalysators bereitstellt.
In Beispiel 60 kann der Gegenstand von einem beliebigen der Beispiele 34 bis 59 optional ferner beinhalten, dass der Sensor als eine Photodiode und/oder ein Thermoelement konfiguriert ist oder diese beinhaltet.
In Beispiel 61 kann der Gegenstand von einem beliebigen der Beispiele 34 bis 60 optional ferner beinhalten, dass zumindest ein Teil oder die gesamte Gehäusewand des rohrförmigen Gehäuses, die die Gaskammer umschließt, mit einem Reflektor, der zum Reflektieren der durch die Strahlungsquelle emittierten Strahlung konfiguriert ist, ausgestattet ist.
In Beispiel 62 kann der Gegenstand von Beispiel 61 optional ferner beinhalten, dass der Reflektor einen Reflexionsgrad im infraroten und/oder im sichtbaren und/oder im ultravioletten Frequenzbereich von mindestens 20% oder von mindestens 50% oder sogar von mindestens 80% aufweist.
Beispiel 63 ist eine Mobileinrichtung, die einen Gasanalysator nach einem beliebigen der Beispiele 1 bis 62 beinhaltet.
In Beispiel 64 kann die Mobileinrichtung von Beispiel 63 als ein Mobiltelefon konfiguriert sein.
Obwohl die Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden ist, sollten Fachleute verstehen, dass verschiedene Änderungen an der Form und an den Einzelheiten daran vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und Schutzumfang der Erfindung, wie durch die angehängten Ansprüche definiert, abzuweichen. Der Schutzumfang der Erfindung wird somit durch die angehängten Ansprüche angegeben und es ist beabsichtigt, dass alle Änderungen, die innerhalb der Bedeutung und des Äquivalenzumfangs der Ansprüche fallen, inbegriffen sind.

Claims

Gasanalysator (100), umfassend: ein rohrförmiges Gehäuse (102) mit einer Gehäusewand (103), die sich entlang einer axialen Richtung des rohrförmigen Gehäuses (102) erstreckt und eine Gaskammer (104), die zum Empfangen eines darin zu analysierenden Gases konfiguriert ist, umschließt; ein Anregungselement (106), das an einem ersten axialen Ende (108) des rohrförmigen Gehäuses (102) positioniert ist und zum selektiven Anregen von Gasmolekülen eines spezifischen Typs, der im in der Gaskammer (104) empfangenen Gas detektiert werden soll, auf eine zeitlich veränderliche Weise konfiguriert ist, wodurch akustische Wellen erzeugt werden; und einen Sensor (110), der an einem zweiten axialen Ende (112) des rohrförmigen Gehäuses (102) positioniert ist und zum Detektieren der durch das Anregungselement (106) erzeugten akustischen Wellen konfiguriert ist.
Gasanalysator (100) nach Anspruch 1, wobei das Anregungselement (106) eine Strahlungsquelle (114), die zum Emittieren von Strahlung konfiguriert ist, umfasst oder als diese konfiguriert ist, wobei die Strahlung zum selektiven Anregen des zu detektierenden Typs von Gasmolekülen auf eine zeitlich veränderliche Weise ausgelegt ist.
Gasanalysator (100) nach Anspruch 2, wobei die Strahlungsquelle (114) zum Emittieren von elektromagnetischer Strahlung konfiguriert ist.
Gasanalysator (100) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Strahlungsquelle (114) zum Emittieren von elektromagnetischer Strahlung im infraroten und/oder im sichtbaren und/oder im ultravioletten Frequenzbereich konfiguriert ist.
Gasanalysator (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Strahlungsquelle (114) einen Schwarzkörperstrahler und/oder eine Photodiode und/oder einen Laser beinhaltet.
Gasanalysator (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Strahlungsquelle (114) einen Schwarzkörperstrahler beinhaltet, der als ein elektrisch erwärmbarer Körper konfiguriert ist.
Gasanalysator (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, der ferner ein Filter umfasst, das zum selektiven Übertragen von durch die Strahlungsquelle (114) emittierter Strahlung mit einer vorbestimmten Energie konfiguriert ist.
Gasanalysator (100) nach Anspruch 7, wobei das Filter als ein abstimmbares Filter mit abstimmbaren Übertragungseigenschaften konfiguriert ist.
Gasanalysator (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, der eine Anregungseinheit (118) umfasst, in der das Anregungselement (106) untergebracht ist, wobei die Anregungseinheit (118) zumindest teilweise in das erste axiale Ende (108) des rohrförmigen Gehäuses (102) eingefügt ist.
Gasanalysator (100) nach Anspruch 9, wobei die Anregungseinheit (118) Folgendes umfasst: einen plattenförmigen unteren Abschnitt (120) der Anregungseinheit (118), der außerhalb des rohrförmigen Gehäuses (102) positioniert ist und einen Außendurchmesser aufweist, der größer als ein Innendurchmesser des ersten axialen Endes (108) des rohrförmigen Gehäuses (102) ist, und einen Einfügeabschnitt der Anregungseinheit (118), der sich vom unteren Abschnitt (120) der Anregungseinheit (118) in die axiale Richtung des ersten axialen Endes (108) erstreckt, wobei der Einfügeabschnitt der Anregungseinheit (118) in das erste axiale Ende (108) des rohrförmigen Gehäuses (102) eingefügt ist.
Gasanalysator (100) nach Anspruch 10, der ferner ein Anregungseinheitsfenster umfasst, das an einem axialen Ende des Einfügeabschnitts der Anregungseinheit (118) gegenüber dem unteren Abschnitt (120) der Anregungseinheit (118) positioniert ist.
Gasanalysator (100) nach Anspruch 11, wobei das Anregungseinheitsfenster als ein Filter konfiguriert ist, das zum selektiven Übertragen von durch die Strahlungsquelle (114) emittierter Strahlung mit einer vorbestimmten Energie konfiguriert ist.
Gasanalysator (100) nach Anspruch 11 oder 12, wobei der untere Abschnitt (120) der Anregungseinheit (118), der Einfügeabschnitt der Anregungseinheit (118) und das Anregungseinheitsfenster ein im Wesentlichen gasdichtes Volumen definieren, in dem das Anregungselement (106) untergebracht ist und das mit einem Inertgas, wie etwa Stickstoff oder einem Edelgas, gefüllt ist.
Gasanalysator (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, der eine Sensoreinheit, in der der Sensor (110) untergebracht ist, umfasst, wobei die Sensoreinheit zumindest teilweise in das zweite axiale Ende (112) des rohrförmigen Gehäuses (102) eingefügt ist.
Gasanalysator (100) nach Anspruch 14, wobei die Sensoreinheit Folgendes umfasst: einen plattenförmigen unteren Abschnitt der Sensoreinheit, der außerhalb des rohrförmigen Gehäuses (102) positioniert ist und einen Außendurchmesser aufweist, der größer als ein Innendurchmesser des zweiten axialen Endes (112) des rohrförmigen Gehäuses (102) ist, und einen Einfügeabschnitt der Sensoreinheit, der sich vom unteren Abschnitt der Sensoreinheit in die axiale Richtung des zweiten axialen Endes (112) erstreckt, wobei der Einfügeabschnitt der Sensoreinheit in das zweite axiale Ende (112) des rohrförmigen Gehäuses (102) eingefügt ist.
Gasanalysator (100) nach Anspruch 15, der ferner ein Sensoreinheitsfenster umfasst, das an einem axialen Ende des Einfügeabschnitts der Sensoreinheit gegenüber dem unteren Abschnitt der Sensoreinheit positioniert ist.
Gasanalysator (100) nach Anspruch 16, wobei das Sensoreinheitsfenster als ein Filter konfiguriert ist, das zum Übertragen von durch die Strahlungsquelle (114) emittierter Strahlung konfiguriert ist.
Gasanalysator (100) nach Anspruch 16 oder 17, wobei der untere Abschnitt der Sensoreinheit, der Einfügeabschnitt der Sensoreinheit und das Sensoreinheitsfenster ein im Wesentlichen gasdichtes Volumen definieren, in dem der Sensor (110) untergebracht ist und das mit einem Gas des zu detektierenden Typs gefüllt ist.
Gasanalysator (100) nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei der Innenbereich der Sensoreinheit zumindest einen Teil der Gaskammer (104) definiert.
Gasanalysator (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, der eine Anregungseinheit (118), in der das Anregungselement (106) untergebracht ist, wobei die Anregungseinheit (118) zumindest teilweise in das erste axiale Ende (108) des rohrförmigen Gehäuses (102) eingefügt ist, und eine Sensoreinheit, in der der Sensor (110) untergebracht ist, wobei die Sensoreinheit zumindest teilweise in das zweite axiale Ende (112) des rohrförmigen Gehäuses (102) eingefügt ist, umfasst, wobei sich zumindest ein Teil der Gaskammer (104) zwischen der Anregungseinheit (118) und der Sensoreinheit in der axialen Richtung des rohrförmigen Gehäuses (102) befindet und in der radialen Richtung des rohrförmigen Gehäuses (102) durch die Gehäusewand (103) abgegrenzt wird.
Gasanalysator (100) nach Anspruch 20, wobei der Teil der Gehäusewand (103) des rohrförmigen Gehäuses (102), der die Gaskammer (104) abgrenzt, mindestens ein Durchgangsloch umfasst, das dort hindurch gebildet wird und einen Gasdurchlass zwischen der Gaskammer (104) und der Außenseite des Gasanalysators (100) bereitstellt.
Gasanalysator (100) nach Anspruch 20 oder 21, wobei zumindest ein Teil oder sogar die gesamte Gehäusewand (103) des rohrförmigen Gehäuses (102), die die Gaskammer (104) umschließt, mit einem Reflektor ausgestattet ist, der zum Reflektieren der durch die Strahlungsquelle (114) emittierten Strahlung konfiguriert ist.
Gasanalysator (100) nach Anspruch 22, wobei die Gehäusewand (103) des rohrförmigen Gehäuses (102) eine Schichtstruktur einschließlich einer radial inneren Schicht, die für die durch die Strahlungsquelle (114) emittierte Strahlung transparent ist, und einer radial äußeren Schicht, die als der Reflektor konfiguriert ist, aufweist.
Gasanalysator (100) nach Anspruch 23, wobei die radial innere Schicht aus einem thermisch isolierenden Material hergestellt ist.
Gasanalysator (100), umfassend: ein rohrförmiges Gehäuse (102) mit einer Gehäusewand (103), die sich entlang einer axialen Richtung des rohrförmigen Gehäuses (102) erstreckt und eine Gaskammer (104), die zum Empfangen eines darin zu analysierenden Gases konfiguriert ist, umschließt; eine Strahlungsquelle (114), die an einem ersten axialen Ende (108) des rohrförmigen Gehäuses (102) positioniert ist und zum Emittieren von elektromagnetischer Strahlung konfiguriert ist, die zum selektiven Anregen von Gasmolekülen eines spezifischen Typs, der im in der Gaskammer (104) empfangenen Gas detektiert werden soll, konfiguriert ist; und einen Sensor (110), der an einem zweiten axialen Ende (112) des rohrförmigen Gehäuses (102) positioniert ist und zum Detektieren von durch die Strahlungsquelle (114) emittierter elektromagnetischer Strahlung konfiguriert ist.