DE102017205974A1 - Optical sensor device for measuring a fluid concentration and using the optical sensor device - Google Patents

Optical sensor device for measuring a fluid concentration and using the optical sensor device Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine optische Sensorvorrichtung zum Messen einer Fluidkonzentration und Verwendungen der optischen Sensorvorrichtung. Die optische Sensorvorrichtung ist ausgebildet mit einem zumindest teilweise geschlossenen Probenraum (PB) zum Aufnehmen eines zu analysierenden Fluids; einer Strahlungsquelle (Q) zum Aussenden von einem Messstrahl in den Probenraum (PB); und einer Detektoreinrichtung (D) zum Detektieren des Messstrahl nach Durchqueren des Probenraums (PB); und einer zwischen der Strahlungsquelle (Q) und der Detektoreinrichtung (D) angeordneten beweglichen steuerbaren Strahlablenkeinrichtung (MS), durch die der Messstrahl derart ablenkbar ist, dass er mehrere unterschiedliche Absorptionswege (AS1, AS2) im Probenraum (PB) durchqueren kann.

Figure DE102017205974A1_0000
The present invention provides an optical sensor device for measuring fluid concentration and uses of the optical sensor device. The optical sensor device is formed with an at least partially closed sample space (PB) for receiving a fluid to be analyzed; a radiation source (Q) for emitting a measurement beam into the sample space (PB); and a detector device (D) for detecting the measuring beam after passing through the sample space (PB); and a movable controllable beam deflection device (MS) arranged between the radiation source (Q) and the detector device (D), by means of which the measuring beam can be deflected in such a way that it can traverse several different absorption paths (AS1, AS2) in the sample space (PB).
Figure DE102017205974A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Sensorvorrichtung zum Messen einer Fluidkonzentration und eine Verwendung der optischen Sensorvorrichtung.The present invention relates to an optical sensor device for measuring a fluid concentration and a use of the optical sensor device.

Stand der TechnikState of the art

Optische Sensorvorrichtungen zum Messen von Fluidkonzentrationen, also Flüssigkeits- oder Gaskonzentrationen, z.B. der Konzentration von Kohlendioxidgas, haben vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise zur Überwachung der Luftgüte oder in der Sicherheitstechnik. In der optischen Spektroskopie sind inzwischen Sensorvorrichtungen verfügbar, die sehr kompakt und kosteneffizient realisiert werden können.Optical sensor devices for measuring fluid concentrations, ie liquid or gas concentrations, e.g. The concentration of carbon dioxide gas, have a variety of applications, for example, to monitor the air quality or in safety technology. In optical spectroscopy, sensor devices are now available which can be realized in a very compact and cost-efficient manner.

6 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung einer beispielhaften optischen Sensorvorrichtung. 6 shows a schematic cross-sectional view for explaining an exemplary optical sensor device.

In 6 bezeichnet Bezugszeichen Q eine Lichtquelle, beispielsweise eine Laserlichtquelle. Der von der Lichtquelle Q ausgesandte Lichtstrahl wird durch einen Absorptionsbereich A mit einem zu detektierenden Fluid geleitet und von dem Absorptionsbereich A weiter durch ein optisches Filter F und anschließend auf eine Detektoreinrichtung D, welche mit einer Auswerteelektronik E verbunden ist. Im einfachsten Fall kann die Auswerteelektronik E anhand des Intensitätsverlusts des von der Lichtquelle Q ausgesandten Lichts eine Fluidkonzentration des zu detektierenden Fluids in dem Absorptionsbereich A ermitteln.In 6 Reference symbol Q designates a light source, for example a laser light source. The light beam emitted by the light source Q is guided through an absorption region A with a fluid to be detected and from the absorption region A through an optical filter F and subsequently to a detector device D, which is connected to a transmitter E. In the simplest case, the evaluation electronics E can determine a fluid concentration of the fluid to be detected in the absorption region A on the basis of the loss of intensity of the light emitted by the light source Q.

Dabei ist der Absorptionsbereich A ein fester optischer Pfad mit definierter optischer Weglänge. Diese optische Weglänge wird gemäß der jeweiligen Applikationsanforderung bezüglich Art und Auflösung der zu untersuchenden Fluide ausgelegt. Müssen beispielsweise unterschiedliche Stoffe mit unterschiedlicher Konzentration gemessen werden, so werden dazu zwei unterschiedliche feste optische Pfade und entsprechende Sensorkomponenten benötigt.In this case, the absorption area A is a fixed optical path with a defined optical path length. This optical path length is designed in accordance with the respective application requirement with regard to the type and resolution of the fluids to be examined. If, for example, different substances with different concentrations have to be measured, then two different solid optical paths and corresponding sensor components are required.

Starre Optiken mit festen optischen Pfaden erlauben nur eine bedingte Feinjustage der Empfindlichkeit (Absorptionsparameter) einer derartigen optischen Sensorvorrichtung. Weiterhin wird typischerweise ein deutlich größerer Bauraum benötigt, um mehrere optische Pfade mit zugehörigen optischen Komponenten zu realisieren.Rigid optics with fixed optical paths only allow a conditional fine adjustment of the sensitivity (absorption parameter) of such an optical sensor device. Furthermore, a significantly larger space is typically required to realize multiple optical paths with associated optical components.

Soll eine derartige optische Sensorvorrichtung in Verbindung mit einem linearen Filter verwendet werden, welcher typischerweise mehrere Quadratmillimeter groß ist, wobei ein wellenlängenselektives Sensorarray verwendet wird, muss die Leistung der optischen Quelle über die gesamte Fläche verteilt werden. Damit ist typischerweise eine Quelle mit einem hohen Öffnungswinkel und einer hohen Leistung notwendig bzw. sind mehrere Lichtquellen notwendig, um diese notwendige optische Leistung über alle Messpixel des Sensorarrays zur Verfügung zu stellen.When such an optical sensor device is to be used in conjunction with a linear filter which is typically several square millimeters in size, using a wavelength-selective sensor array, the power of the optical source must be distributed over the entire area. This typically requires a source with a high aperture angle and high power, or multiple light sources are necessary to provide this necessary optical power across all the sensing pixels of the sensor array.

Aus der WO 2005/045404 A1 ist ein Infrarot-Gassensor bekannt, welcher eine Gaskonzentration messen kann, indem Infrarotstrahlung, welche durch eine mit dem zu messenden Gas gefüllte Absorptionsstrecke propagiert ist, durch ein erstes Filter hindurch von einer ersten Erfassungseinheit detektiert wird und durch ein zweites Filter hindurch von einer zweiten Erfassungseinheit detektiert wird, wobei eine Konzentration des Gases anhand einer Differenz der Intensitäten der detektierten Strahlung gemessen wird.From the WO 2005/045404 A1 An infrared gas sensor is known which can measure a gas concentration by detecting infrared radiation propagated through an absorption path filled with the gas to be measured through a first filter by a first detection unit and through a second filter by a second detection unit is detected, wherein a concentration of the gas is measured by a difference of the intensities of the detected radiation.

Die DE 10 2004 044 145 B3 offenbart ein Reflektormodul für einen fotometrischen Gassensor mit einer Strahlungsquelle, einem ersten Reflektor zur Umlenkung einer von der Strahlungsquelle herkommenden Strahlung zu einem zweiten Reflektor, einem zweiten Reflektor zur Umlenkung der von dem ersten Reflektor herkommenden Strahlung zu einem Detektor.The DE 10 2004 044 145 B3 discloses a reflector module for a photometric gas sensor having a radiation source, a first reflector for deflecting a radiation coming from the radiation source to a second reflector, a second reflector for deflecting the radiation coming from the first reflector to a detector.

Weitere optische Sensorvorrichtungen zum Messen einer Fluidkonzentration mit festen optischen Pfaden unter Verwendung von Reflektoren sind aus der DE 103 60 215 A1 und der DE 10 2015 212 870 A1 bekannt.Other optical sensor devices for measuring a fluid concentration with fixed optical paths using reflectors are known from US-A-5,439,791 DE 103 60 215 A1 and the DE 10 2015 212 870 A1 known.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung offenbart eine optische Sensorvorrichtung zum Messen einer Fluidkonzentration mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine Verwendungen der optischen Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13.The present invention discloses an optical sensor device for measuring a fluid concentration having the features of claim 1 and a uses of the optical sensor device having the features of claim 13.

Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.Preferred developments are the subject of the respective subclaims.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee basiert auf der Verwendung eines beweglichen Mikrospiegels, welcher in die Absorptionsstrecke einer optischen Sensorvorrichtung angebracht ist, um damit unterschiedliche optische Wege bzw. Strahlengänge mit damit verbundenen unterschiedlichen Absorptionslängen zu realisieren. Durch die Bewegung des Spiegels wird durch entsprechende Reflexionen an entsprechenden Reflektoroberflächen im Strahlengang die effektive Weglänge im zu detektierenden Fluid variiert. Damit wird das Absorptions- bzw. Transmissionsverhalten des Fluids variiert. Das Absorptions- bzw. Transmissionsverhalten wird in einfachster Form durch das Lambert-Beer-Bouguer-Gesetz beschrieben, welches beispielsweise für CO2 in der Luft folgenden Zusammenhang für die wegabhängige Intensität beschreibt: I ( x ) = I ( 0 ) × e k ( λ ) × C × I

Figure DE102017205974A1_0001
wobei k(λ) der wellenlängenabhängige Extensionskoeffizient des Fluids, C die Konzentration des Gases und I die Absorptionsstrecke ist. Aus diesem Zusammenhang wird ersichtlich, dass für den Fall, dass die Konzentration im zu detektierenden Fluid konstant bleibt, eine Änderung der Transmission durch die Änderung der Strecke im Fluid bewirkt werden kann. Damit kann die Auflösung der optischen Sensorvorrichtung an die Stoffkonzentration des Fluids angepasst werden.The idea underlying the present invention is based on the use of a movable micromirror, which is mounted in the absorption path of an optical sensor device in order to realize different optical paths or beam paths with different absorption lengths associated therewith. Due to the movement of the mirror, the effective path length in the fluid to be detected is varied by appropriate reflections at corresponding reflector surfaces in the beam path. This will be the Absorption or transmission behavior of the fluid varies. The absorption or transmission behavior is described in the simplest form by the Lambert-Beer-Bouguer law, which describes, for example for CO2 in the air, the following relationship for the path-dependent intensity: I ( x ) = I ( 0 ) × e - k ( λ ) × C × I
Figure DE102017205974A1_0001
where k (λ) is the wavelength-dependent coefficient of expansion of the fluid, C is the concentration of the gas and I is the absorption distance. From this connection it can be seen that in the event that the concentration in the fluid to be detected remains constant, a change in the transmission can be effected by the change of the distance in the fluid. Thus, the resolution of the optical sensor device can be adapted to the substance concentration of the fluid.

Die Variabilität des Strahlengangs wird erfindungsgemäß durch ein oder mehrere bewegliche Reflexions- bzw. Transmissionselemente im Strahlengang der optischen Sensorvorrichtung realisiert. Diese beweglichen Elemente können entweder direkt oder in Verbindung mit weiteren optischen Reflexions- bzw. Transmissionsflächen die Einstellung der optischen Länge im Fluid erlauben. Dabei können viele Variationen für die unterschiedlichen Anwendungen realisiert werden.The variability of the beam path is realized according to the invention by one or more movable reflection or transmission elements in the beam path of the optical sensor device. These movable elements may allow adjustment of the optical length in the fluid either directly or in conjunction with other optical reflection or transmission surfaces. Many variations can be realized for the different applications.

Die Erfindung ermöglicht insbesondere eine flexible Auslegung des Strahlengangs bzw. optischen Pfades einer optischen Sensorvorrichtung zum Messen einer Fluidkonzentration, wobei ein optischer Pfad mit einem beweglichen Element genügt, um unterschiedliche Anforderungen an Stoffart und Messauflösung umsetzen zu können.In particular, the invention enables a flexible design of the optical path or optical path of an optical sensor device for measuring a fluid concentration, wherein an optical path with a movable element is sufficient to be able to implement different requirements for material type and measurement resolution.

Die optischen Pfade können auch dynamisch und je nach Bedarf verändert werden, wobei beispielsweise bei Verwendung eines linearen Filters die Wellenlänge durch die entsprechende Position des optischen Pfades gewählt werden kann.The optical paths can also be changed dynamically and as required, wherein, for example, when using a linear filter, the wavelength can be selected by the corresponding position of the optical path.

Weiterhin können Selbstdiagnosefunktionen realisiert werden, welche mit festen optischen Pfaden nicht möglich sind. Dazu wird der nichtlineare Zusammenhang des Lambert-Beer-Bouguer-Gesetzes ausgenutzt. So können zusätzliche Stützstellen für die Selbstdiagnose geschaffen werden. Bewegliche Mikrospiegel können schnelle und präzise Pfadänderungen herbeiführen, für die es jeweilige Pfadkalibriermöglichkeiten gibt. Durch Verwendung von teilreflektierenden bzw. teiltransmittierenden Oberflächen können mehrere optische Pfade gleichzeitig umgesetzt werden.Furthermore, self-diagnostic functions can be realized, which are not possible with fixed optical paths. For this purpose, the nonlinear relationship of the Lambert-Beer-Bouguer law is exploited. Thus, additional support points for the self-diagnosis can be created. Moving micromirrors can provide fast and accurate path changes for which there are respective path calibration options. By using partially reflecting or partially transmitting surfaces, a plurality of optical paths can be implemented simultaneously.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist im Probenraum eine erste feststehende Reflektoreinrichtung angeordnet, von der von der Strahlungsquelle ausgesandte Messstrahl auf die Detektoreinrichtung reflektierbar ist und wobei die bewegliche Strahlablenkeinrichtung derart gestaltet ist, dass sie den Messstrahl auf mehrere unterschiedliche Oberflächenbereiche auf der ersten feststehenden Reflektoreinrichtung entsprechend den mehreren unterschiedlichen Absorptionswege richten kann. So können kontinuierliche oder diskrete optische Pfade realisiert werden, wobei für die unterschiedlichen Pfade ein sehr kompakter Aufbau ermöglicht wird.According to a preferred embodiment, a first fixed reflector device is arranged in the sample chamber, from the emitted from the radiation source measuring beam is reflected on the detector device and wherein the movable beam deflector is designed such that it the measuring beam to a plurality of different surface areas on the first fixed reflector device corresponding to the plurality can direct different absorption paths. Thus, continuous or discrete optical paths can be realized, whereby a very compact structure is made possible for the different paths.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die erste feststehende Reflektoreinrichtung eine gekrümmte Oberfläche auf, auf der eine Reflexionsbeschichtung angeordnet ist und die die mehreren unterschiedlichen Oberflächenbereiche festlegen. So lassen sich die optischen Pfade kontinuierlich variieren.According to a further preferred embodiment, the first fixed reflector device has a curved surface on which a reflection coating is arranged and which define the several different surface areas. This allows the optical paths to be varied continuously.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die gekrümmte Oberfläche derart gestaltet, dass der Messstrahl unabhängig vom Oberflächenbereich auf die Detektoreinrichtung richtbar ist. So lässt sich eine kompakte Detektoreinrichtung realisieren.According to a further preferred embodiment, the curved surface is designed such that the measuring beam can be directed onto the detector device independently of the surface area. Thus, a compact detector device can be realized.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die erste feststehende Reflektoreinrichtung eine gekrümmte Oberfläche mit stufenförmigen Aussparungen mit dazwischenliegenden gekrümmten Abschnitten auf, auf denen die Reflexionsbeschichtung angeordnet ist und die die mehreren unterschiedlichen Oberflächenbereiche festlegen. So lassen sich die optischen Pfade diskret variieren.According to a further preferred embodiment, the first fixed reflector device has a curved surface with step-shaped recesses with intermediate curved sections on which the reflection coating is arranged and which define the several different surface regions. This allows the optical paths to be discreetly varied.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die erste feststehende Reflektoreinrichtung einen Hohlraum auf, wobei der Messstrahl auf einen im Hohlraum liegenden Oberflächenbereich derart richtbar ist, dass eine Mehrfachreflexion des Messstrahls an weiteren Oberflächenbereichen im Hohlraum auftritt, bevor der Messstrahl zur Detektoreinrichtung gelangt. So lässt sich der optische Pfad stark vergrößern.According to a further preferred embodiment, the first stationary reflector device has a cavity, wherein the measuring beam can be directed onto a surface region lying in the cavity such that a multiple reflection of the measuring beam occurs on further surface regions in the cavity before the measuring beam reaches the detector device. Thus, the optical path can be greatly increased.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist im Probenraum mindestens eine zweite feststehende Reflektoreinrichtung angeordnet, wobei der Messstrahl derart auf die mehreren unterschiedlichen Oberflächenbereiche richtbar ist, dass eine Mehrfachreflexion des Messtrahls an der mindestens einen zweiten feststehenden Reflektoreinrichtung und an mindestens einem weiteren Oberflächenbereich der ersten feststehenden Reflektoreinrichtung auftritt, bevor der Messstrahl zur Detektoreinrichtung gelangt. Auch dies erhöht die Länge des optischen Pfades, wobei die Kompaktheit beibehalten werden kann.In accordance with a further preferred embodiment, at least one second fixed reflector device is arranged in the sample space, wherein the measurement beam can be directed to the plurality of different surface regions such that a multiple reflection of the measurement beam occurs at the at least one second fixed reflector device and at at least one further surface region of the first stationary reflector device before the measuring beam reaches the detector device. This also increases the length of the optical path, wherein the compactness can be maintained.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die bewegliche Strahlablenkeinrichtung im Probenraum abgeordnet, wobei die Detektoreinrichtung ein Detektorarray aufweist, welches mit dem Messstrahl mittels der beweglichen Strahlablenkeinrichtung entsprechend den mehreren unterschiedlichen Absorptionswege scannbar ist. So lässt sich ein Detektorarry implementieren, ohne dass die Leistung des Messstrahls erhöht werden muss.According to a further preferred embodiment, the movable beam deflection device is seconded in the sample space, wherein the detector device has a detector array which can be scanned with the measurement beam by means of the movable beam deflection device corresponding to the several different absorption paths. Thus, a detector array can be implemented without the power of the measuring beam having to be increased.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein wellenlängenselektives Filter, insbesondere ein linear variables Filter, auf dem Detektorarray aufgebracht. Dabei kann der bewegliche Mikrospiegel das Problem der Leistungsverteilung über die Fläche eines linearen wellenlängenselektiven Filters lösen. In diesem Fall wird mit dem Mikrospiegel die Fläche des Filters gescannt und damit die Leistung punktuell nach Bedarf verteilt, ohne dass die ganze Fläche mit der gleichen Leistung beaufschlagt werden muss. Weiterhin kann dieses Scannen die optischen Parameter des Systems verbessern und neue Optionen bei der Detektion mehrerer Eigenschaften des zu detektierenden Fluids ermöglichen.According to a further preferred embodiment, a wavelength-selective filter, in particular a linearly variable filter, is applied to the detector array. In this case, the movable micromirror can solve the problem of power distribution over the surface of a linear wavelength-selective filter. In this case, the micromirror is used to scan the area of the filter and thus distribute the power selectively as needed, without having to apply the same power to the entire surface. Furthermore, this scanning can improve the optical parameters of the system and allow new options in the detection of multiple properties of the fluid to be detected.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Strahlungsquelle und der beweglichen Strahlablenkeinrichtung eine zweite feststehende Reflektoreinrichtung angeordnet, welche den von der Strahlungsquelle ausgesandten Messstrahl auf der beweglichen Strahlablenkeinrichtung bündelt. So lässt sich der Messstrahl effizient bündeln.According to a further preferred embodiment, a second fixed reflector device is arranged between the radiation source and the movable beam deflection device, which bundles the measuring beam emitted by the radiation source on the movable beam deflection device. This allows the measuring beam to be bundled efficiently.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die bewegliche Strahlablenkeinrichtung eine MEMS-Mikrospiegeleinrichtung. So lässt sich eine sehr kompakte bewegliche Strahlablenkeinrichtung realisieren.According to a further preferred embodiment, the movable beam deflection device is a MEMS micromirror device. This makes it possible to realize a very compact movable beam deflection device.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Strahlungsquelle und die Detektoreinrichtung in einem Trägersubstrat angeordnet, welches durch ein optisches Fenster vom Probenraum getrennt ist. So sind die Strahlungsquelle und die Detektoreinrichtung vor dem zu analysierenden Fluid geschützt.According to a further preferred embodiment, the radiation source and the detector device are arranged in a carrier substrate which is separated from the sample space by an optical window. Thus, the radiation source and the detector device are protected from the fluid to be analyzed.

Figurenlistelist of figures

Es zeigen:

  • 1a), b) schematische Querschnittsansichten zur Erläuterung einer optischen Sensorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung einer optischen Sensorvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3 eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung einer optischen Sensorvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 4 eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung einer optischen Sensorvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 5 eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung einer optischen Sensorvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
  • 6 eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung einer beispielhaften optischen Sensorvorrichtung.
Show it:
  • 1a b) are schematic cross-sectional views for explaining an optical sensor device according to a first embodiment of the present invention;
  • 2 a schematic cross-sectional view for explaining an optical sensor device according to a second embodiment of the present invention;
  • 3 a schematic cross-sectional view for explaining an optical sensor device according to a third embodiment of the present invention;
  • 4 a schematic cross-sectional view for explaining an optical sensor device according to a fourth embodiment of the present invention;
  • 5 a schematic cross-sectional view for explaining an optical sensor device according to a fifth embodiment of the present invention; and
  • 6 a schematic cross-sectional view for explaining an exemplary optical sensor device.

In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen - sofern nichts anderes angegeben ist - mit denselben Bezugszeichen versehen.In all figures, the same or functionally identical elements and devices - unless otherwise stated - provided with the same reference numerals.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

1a),b) sind schematische Querschnittsansichten zur Erläuterung einer optischen Sensorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche verschiedene Einstellungen der beweglichen steuerbaren Strahlablenkeinrichtung zeigen. 1a ), b) are schematic cross sectional views for explaining an optical sensor device according to a first embodiment of the present invention, showing various settings of the movable controllable beam deflecting device.

In 1a),b) bezeichnet Bezugszeichen 1 allgemein eine optische Sensorvorrichtung zum Messen einer Fluidkonzentration, beispielsweise einer CO2-Gaskonzentration. Das zu analysierende Fluid, hier CO2-Gas, befindet sich in einem zumindest teilweise geschlossenen Probenraum PB, welcher durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist.In 1a ), b) denotes reference numerals 1 in general, an optical sensor device for measuring a fluid concentration, for example, a CO 2 gas concentration. The fluid to be analyzed, here CO 2 gas, is located in an at least partially closed sample space PB, which is indicated by a dashed line.

Eine Strahlungsquelle Q, beispielsweise eine Laserstrahlungsquelle, und eine Detektoreinrichtung D sind in einem Trägersubstrat S angeordnet, welches durch ein optisches Fenster F vom Probenraum PB getrennt ist.A radiation source Q, for example a laser radiation source, and a detector device D are arranged in a carrier substrate S, which is separated from the sample space PB by an optical window F.

Die Strahlungsquelle Q dient zum Aussenden von einem Messstrahl in den Probenraum PB, und die Detektoreinrichtung D dient zum Detektieren des Messstrahls nach Durchqueren des Probenraums PB.The radiation source Q is used to emit a measurement beam into the sample space PB, and the detector device D is used to detect the measurement beam after passing through the sample space PB.

Zwischen der Strahlungsquelle Q und einer beweglichen Strahlablenkungseinrichtung MS in Form eines MEMS-Mikrospiegels ist eine Reflektoreinrichtung in Form eines starren Spiegels S1 angeordnet, welche den von der Strahlungsquelle Q ausgesandten Messstrahl auf die bewegliche Strahlablenkeinrichtung MS bündelt. Ebenfalls im Substrat S vorgesehen ist die bewegliche, durch eine Antriebseinrichtung MA steuerbare Strahlablenkeinrichtung MS, durch die der Messstrahl durch einen Eintrittsbereich EF des optischen Fensters F in den Probenraum PB ablenkbar ist. Im Probenraum PB befindet sich eine feststehende Reflektoreinrichtung R, von der der Messstrahl auf die Detektoreinrichtung D reflektierbar ist, wobei der Messstrahl den Probenraum durch einen Austrittsbereich AF des optischen Fensters verlässt.Between the radiation source Q and a movable beam deflection device MS in the form of a MEMS micromirror is a reflector device in the form of a rigid mirror S1 arranged, which bundles the emitted from the radiation source Q measuring beam to the movable beam deflection device MS. Also provided in the substrate S is the movable, controllable by a drive device MA beam deflection device MS, through which the measuring beam is deflected through an entrance region EF of the optical window F in the sample chamber PB. A fixed reflector device R, from which the measuring beam can be reflected onto the detector device D, is located in the sample space PB, the measuring beam leaving the sample space through an exit area AF of the optical window.

Bezugszeichen AS1 bezeichnet einen Absorptionsweg, der zwischen dem Eintrittsbereich EF und dem Austrittsbereich AF liegt, innerhalb dessen das zu analysierende Fluid Energie des Messstrahls absorbieren kann. Der Absorptionsweg AS1 entspricht einer ersten Stellung der beweglichen steuerbaren Strahlablenkeinrichtung MS. In 1b) ist eine zweite Einstellung der beweglichen steuerbaren Strahlablenkeinrichtung MS dargestellt, wobei der Messstrahl durch den Eintrittsbereich EF' in den Probenraum PB gelangt und nach Reflexion an der feststehenden Reflektoreinrichtung R durch den Austrittsbereich AF' auf die Detektoreinrichtung D gelangt.Reference symbol AS1 denotes an absorption path which lies between the inlet region EF and the outlet region AF, within which the fluid to be analyzed can absorb energy of the measuring beam. The absorption path AS1 corresponds to a first position of the movable controllable beam deflection device MS. In 1b ), a second setting of the movable controllable beam deflecting device MS is shown, wherein the measuring beam passes through the inlet region EF 'in the sample space PB and after reflection at the fixed reflector means R through the exit area AF' reaches the detector device D.

Die feststehende Reflektoreinrichtung R weist eine gekrümmte Oberfläche auf, auf der eine Reflexionsbeschichtung RB angeordnet ist. Die bewegliche steuerbare Strahlablenkeinrichtung MS kann die gekrümmte Oberfläche mit der Reflexionsbeschichtung RB scannen, wobei durch die Krümmung der Oberfläche der Absorptionsweg variabel ist, hier schematisch dargestellt durch den Absorptionsweg AS1 in 1a) und den Absorptionsweg AS1' in 1b).The fixed reflector device R has a curved surface on which a reflection coating RB is arranged. The movable controllable beam deflection device MS can scan the curved surface with the reflection coating RB, wherein the absorption path is variable by the curvature of the surface, shown here schematically by the absorption path AS1 in FIG 1a ) and the absorption path AS1 'in 1b ).

Insbesondere trifft der Messstrahl gemäß 1a) auf einen ersten Oberflächenbereich O1 der Reflexionsbeschichtung RB, wohingegen der Messstrahl gemäß 1b) auf einen zweiten Oberflächenbereich 02 der Reflexionsbeschichtung RB trifft.In particular, the measuring beam according to 1a ) on a first surface area O1 of the reflection coating RB, whereas the measuring beam according to FIG 1b ) on a second surface area 02 the reflection coating RB hits.

Die Krümmung der Oberfläche der Reflektoreinrichtung R ist dabei so gestaltet, dass der Messstrahl unabhängig von dem Oberflächenbereich O1, O2 auf die Detektoreinrichtung D richtbar ist.The curvature of the surface of the reflector device R is designed such that the measuring beam can be directed onto the detector device D independently of the surface region O1, O2.

Wie aus 1a) und 1b) erkennbar, ist der Absorptionsweg AS1 länger als der Absorptionsweg AS1'. Diese erste Ausführungsform eignet sich besonders bei Verwendung von einem MEMS-Strahler oder einem Laser als Strahlungsquelle Q, wobei der Öffnungswinkel typischerweise kleiner als 20° ist.How out 1a ) and 1b), the absorption path AS1 is longer than the absorption path AS1 '. This first embodiment is particularly suitable when using a MEMS radiator or a laser as the radiation source Q, wherein the opening angle is typically less than 20 °.

Die Krümmung der feststehenden Reflektoreinrichtung S1 und der beweglichen steuerbaren Strahlablenkeinrichtung MS können derart gewählt werden, dass die optische Leistung des Messstrahls möglichst effizient gebündelt ist.The curvature of the fixed reflector device S1 and the movable controllable beam deflection device MS can be chosen such that the optical power of the measuring beam is bundled as efficiently as possible.

Der Betrieb der optischen Sensorvorrichtung 1 kann entweder statisch bei verschiedenen diskreten Messpunkten oder dynamisch durch ein kontinuierliches Scannen der gekrümmten Oberfläche, beispielsweise im Resonanzbetrieb der beweglichen steuerbaren Strahlablenkeinrichtung MS in Form des Mikrospiegels erfolgen.The operation of the optical sensor device 1 can be done either statically at different discrete measuring points or dynamically by a continuous scanning of the curved surface, for example in resonance mode of the movable controllable beam deflecting device MS in the form of the micromirror.

Die Auswertung des Absorptionsverhaltens erfolgt entweder in einer (nicht dargestellten) Auswerteeinrichtung, welche z.B. in der Detektoreinrichtung vorgesehen ist oder welche ein separates Bauteil ist.The evaluation of the absorption behavior is carried out either in an evaluation device (not shown), which comprises e.g. is provided in the detector device or which is a separate component.

2 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung einer optischen Sensorvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 FIG. 12 is a schematic cross-sectional view for explaining an optical sensor device according to a second embodiment of the present invention. FIG.

Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform durch eine unterschiedliche Ausgestaltung der feststehenden Reflektoreinrichtung R' innerhalb des Probenraums PB. Die optische Sensorvorrichtung ist hier mit Bezugszeichen la bezeichnet.The second embodiment differs from the first embodiment by a different configuration of the fixed reflector device R 'within the sample space PB. The optical sensor device is denoted by reference numeral la.

Die feststehende Reflektoreinrichtung R' weist bei der zweiten Ausführungsform eine gekrümmte Oberfläche mit vier stufenförmigen Aussparungen A1, A2, A3, A4 auf, wobei gekrümmte Abschnitte zwischen jeweils zwei Aussparungen liegen. Zumindest auf den gekrümmten Abschnitten ist die Reflexionsbeschichtung RB vorgesehen. Die gekrümmten Abschnitte legen die Oberflächenbereiche O1', O2', O3', O4' fest, auf die der Messstrahl durch die bewegliche steuerbare Strahlablenkeinrichtung MS in Form des MEMS-Mikrospiegels richtbar ist. Damit entstehen mehrere unterschiedliche Absorptionswege AS2, AS2', AS2" und AS2"', welche quasi voneinander getrennt sind. Trifft der Messstrahl auf einen Bereich der Aussparung A1, A2, A3, A4, wird er nicht oder zumindest nicht auf die Detektoreinrichtung D reflektiert, wie hier durch einen schematisch angedeuteten Fehlstrahl FS angedeutet.The fixed reflector device R 'in the second embodiment has a curved surface with four stepped recesses A1, A2, A3, A4, wherein curved portions lie between each two recesses. At least on the curved portions, the reflection coating RB is provided. The curved sections define the surface areas O1 ', O2', O3 ', O4' to which the measuring beam can be directed by the movable controllable beam deflection device MS in the form of the MEMS micromirror. This results in several different absorption paths AS2, AS2 ', AS2 "and AS2"', which are quasi separated. If the measuring beam strikes a region of the recess A1, A2, A3, A4, it is not reflected, or at least not reflected, on the detector device D, as indicated here by a schematically indicated error beam FS.

Somit wird die zweite Ausführungsform der optischen Sensorvorrichtung la gemäß 2 vorzugsweise in quasi statischem Betrieb betrieben und nicht im Scanbetrieb.Thus, the second embodiment of the optical sensor device 1a according to 2 preferably operated in quasi-static operation and not in the scan mode.

Wie auch bei der ersten Ausführungsform lassen sich somit Absorptionswege AS2, AS2', AS2", AS2'" definieren, welche eine unterschiedliche Länge aufweisen.As with the first embodiment, it is therefore possible to define absorption paths AS2, AS2 ', AS2 ", AS2'", which have a different length.

3 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung einer optischen Sensorvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining an optical Sensor device according to a third embodiment of the present invention.

Die dritte Ausführungsform, bei der die optische Sensorvorrichtung mit Bezugszeichen 1b bezeichnet ist, unterscheidet sich wiederum von der ersten bzw. zweiten Ausführungsform durch den Aufbau der feststehenden Reflektoreinrichtung R".The third embodiment, in which the optical sensor device with reference numerals 1b is again different from the first or second embodiment by the structure of the fixed reflector device R ".

Bei dieser Ausführungsform ist der Messstrahl einerseits auf die gekrümmten Abschnitte wie bei der zweiten Ausführungsform richtbar und andererseits auf einen in einem Hohlraum H der Reflektoreinrichtung R" liegenden Oberflächenbereich 02".In this embodiment, the measuring beam can be directed, on the one hand, at the curved sections as in the second embodiment and, on the other hand, at a surface area located in a cavity H of the reflector device R " 02 " ,

Ein gekrümmter Bereich entsprechend einem ersten Absorptionsweg AS3 ist mit Bezugszeichen O1" bezeichnet.A curved region corresponding to a first absorption path AS3 is designated by reference O1 ".

Der Absorptionsweg AS3' verläuft über den im Hohlraum H liegenden Oberflächenbereich 02". Ausgehend von dem Oberflächenbereich 02" findet eine Mehrfachreflexion des Messstrahls an weiteren Oberflächenbereichen 02"a, 02"b, 02"c im Hohlraum H statt, bevor der Messstrahl durch den Austrittsbereich AF' zur Detektoreinrichtung D gelangt.The absorption path AS3 'extends over the surface area lying in the cavity H. 02 " , Starting from the surface area 02 " a multiple reflection of the measuring beam at further surface areas 02 "a, 02" b, 02 "c takes place in the cavity H before the measuring beam passes through the exit area AF 'to the detector device D.

Bei dieser Ausführungsform kann eine Kombination aus kurzen Absorptionswegen AS3 und langen Absorptionswegen AS3' realisiert werden. Diese Kombination ist bei Gassensoren vorteilhaft, um eine hohe und eine niedrige Gaskonzentration mit hoher Genauigkeit zu messen und auflösen zu können. Diese Funktion ist u.a. bei einem CO2-Gassensor notwendig, welcher sowohl für Sicherheitsfunktionen, wie Leck- oder Branderkennung (Messbereich bis 100 % CO2), und gleichzeitig für eine Komfortfunktion (Messbereich 0 bis 0,2 % CO2) verwendet werden soll.In this embodiment, a combination of short absorption paths AS3 and long absorption paths AS3 'can be realized. This combination is advantageous in gas sensors to measure and resolve high and low gas concentrations with high accuracy. This function is necessary, among other things, for a CO2 gas sensor, which is suitable both for safety functions such as leak or fire detection (measuring range up to 100% CO2) and at the same time for a comfort function (measuring range 0 to 0.2% CO2) should be used.

4 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung einer optischen Sensorvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 FIG. 12 is a schematic cross-sectional view for explaining an optical sensor device according to a fourth embodiment of the present invention. FIG.

Bei der vierten Ausführungsform, bei der die Sensoreinrichtung allgemein mit Bezugszeichen 1c bezeichnet ist, entspricht die feststehende Reflektoreinrichtung R'" in ihrem Aufbau der feststehenden Reflektoreinrichtung R' der zweiten Ausführungsform, jedoch ist die Strahlführung des Messstrahls unterschiedlich.In the fourth embodiment, in which the sensor device is generally denoted by reference numerals 1c is designated, corresponds to the fixed reflector means R '"in their construction of the fixed reflector means R' of the second embodiment, however, the beam guidance of the measuring beam is different.

Bei der vierten Ausführungsform ist eine weitere feststehende Reflektoreinrichtung in Form zweier ebener Spiegel S2, S3 im optischen Fenster F zwischen Trägersubstrat S und Probenraum PB vorgesehen. Der Messstrahl ist derart auf die Oberflächenbereiche O1"', O2'" etc. der feststehenden Reflektoreinrichtung R'" richtbar, dass eine Mehrfachreflexion des Messstrahls an der feststehenden Reflektoreinrichtung S2, S3 in Form der Spiegel und an mindestens einem weiteren Oberflächenbereich O1"'a bzw. 02"'a auftritt, bevor der Messstrahl durch den Austrittsbereich AF bzw. AF' zur Detektoreinrichtung D gelangt.In the fourth embodiment, a further fixed reflector device in the form of two planar mirrors S2, S3 is provided in the optical window F between the carrier substrate S and the sample space PB. The measuring beam can be directed onto the surface areas O1 ", O2 '" etc. of the fixed reflector device R' "such that a multiple reflection of the measuring beam at the stationary reflector device S2, S3 in the form of the mirrors and at at least one further surface region O1" 'a or 02 "'a occurs before the measuring beam passes through the exit region AF or AF' to the detector device D.

Die verschieden langen Absorptionswege AS4 und AS4' entsprechen den Oberflächenbereichen O1"' bzw. O2'" der feststehenden Reflektoreinrichtung R'". Bei dieser dritten Ausführungsform kann der Absorptionsweg durch die Mehrfachreflexion effektiver ausgebildet werden, beispielsweise kann damit der Abstand zwischen Detektoreinrichtung D und Strahlungsquelle Q besser genutzt werden, wobei zusätzlich die gesamten Dimensionen der Sensorvorrichtung 1c reduziert werden können. Weiterhin können diese zusätzlichen Reflektoreinrichtungen Sl, S2 dazu genutzt werden, um die optische Strahlführung zu verbessern. Dazu können diese Reflektoreinrichtungen Sl, S2 entsprechend hinsichtlich Größe, Krümmung, Facetten usw. gestaltet werden, um etwaige optische Fehler zu korrigieren.The absorption paths of different length AS4 and AS4 'correspond to the surface areas O1 "' and O2 '" of the fixed reflector device R'. "In this third embodiment, the absorption path can be formed more effectively by the multiple reflection, for example, the distance between detector device D and radiation source Q are used better, in addition to the entire dimensions of the sensor device 1c can be reduced. Furthermore, these additional reflector devices Sl, S2 can be used to improve the optical beam guidance. For this purpose, these reflector devices Sl, S2 can be designed according to size, curvature, facets, etc., in order to correct any optical errors.

5 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung einer optischen Sensorvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5 FIG. 12 is a schematic cross-sectional view for explaining an optical sensor device according to a fifth embodiment of the present invention. FIG.

Bei der fünften Ausführungsform, bei der die optische Sensorvorrichtung mit Bezugszeichen 1b bezeichnet ist, ist die bewegliche Strahlablenkeinrichtung MS' in Form des Mikrospiegels mit der zugehörigen Antriebseinrichtung MA' im Probenraum an einem Sockel SR angebracht. Hier tritt der Messstrahl direkt durch den Eintrittsbereich EF des optischen Fensters F von der Quelle auf die bewegliche Strahlablenkeinrichtung MF' und wird von dort je nach Einstellung der beweglichen Strahlablenkeinrichtung MS' auf die Detektoreinrichtung D' gelenkt. Die Detektoreinrichtung D' weist hier ein Detektorarray mit einer Mehrzahl von Detektionspixeln auf, welche eine ortsauflösende Detektion ermöglichen. AS5 bezeichnet einen ersten Absorptionsweg gemäß einer ersten Einstellung der beweglichen Strahlablenkeinrichtung MS', und AS5' bezeichnet einen zweiten Absorptionsweg gemäß einer weiteren Einstellung der beweglichen Strahlablenkeinrichtung AS'. Ein wellenlängenselektives Filter F, insbesondere ein variables Filter, ist auf dem Detektorarray angebracht, wodurch nicht nur eine Ortsauflösung, sondern auch eine Wellenlängenauflösung ermöglicht wird. Mit dieser optischen Sensorvorrichtung 1d kann eine Fluideigenschaft dynamisch und nach Bedarf gemessen werden. Hier wird die Leistung der Strahlungsquelle Q nur auf den selektierten begrenzten Bereich verteilt und nicht statisch über das gesamte Detektorarray.In the fifth embodiment, wherein the optical sensor device with reference numerals 1b is designated, the movable beam deflecting means MS 'in the form of the micromirror with the associated drive means MA' is mounted in the sample space to a base SR. Here, the measuring beam passes directly through the entrance region EF of the optical window F from the source to the movable beam deflecting device MF 'and is directed from there to the detector device D' depending on the setting of the movable beam deflecting device MS '. The detector device D 'here has a detector array with a plurality of detection pixels, which enable a spatially resolving detection. AS5 denotes a first absorption path according to a first setting of the movable beam deflection device MS ', and AS5' denotes a second absorption path according to a further adjustment of the movable beam deflection device AS '. A wavelength-selective filter F, in particular a variable filter, is mounted on the detector array, thereby enabling not only spatial resolution but also wavelength resolution. With this optical sensor device 1d For example, a fluid property can be measured dynamically and as needed. Here, the power of the radiation source Q is distributed only to the selected limited area and not static over the entire detector array.

Zusätzlich können bei dieser Ausführungsform Optionen für eine Selbstdiagnose realisiert werden, z.B. Referenzierung auf eine Wellenlänge durch Selektion eines bestimmten Referenzbereichs, in dem eine bestimmte Stelle des Detektorarrays bzw. Filters F angesteuert wird.In addition, in this embodiment, options for self-diagnosis can be realized be, for example, referencing to a wavelength by selecting a specific reference range in which a particular point of the detector array or filter F is driven.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.Although the present invention has been fully described above with reference to preferred embodiments, it is not limited thereto but is modifiable in a variety of ways.

Obwohl bei den oben beschriebenen Ausführungsformen die Strahlungsquelle und die Detektoreinrichtung im Trägersubstrat befindlich dargestellt wurden, können bei entsprechenden Anwendungen diese bzw. sämtliche Komponenten auch innerhalb des Probenraums angeordnet sein.Although in the embodiments described above, the radiation source and the detector device have been shown in the carrier substrate, in appropriate applications, these or all components can also be arranged within the sample space.

Obwohl die obigen Ausführungsformen hinsichtlich eines CO2-Gassensors beschrieben wurden, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern für beliebige Fluidsensoren bzw. Mehrfachfluidsensoren geeignet., wobei als Fluide auch Flüssigkeiten in Betracht kommen. Denkbar ist auch ein Einsatz mit Feststoffzusätzen, welche in Transmissionsverfahren gemessen werden können.Although the above embodiments have been described in terms of a CO 2 gas sensor, the invention is not limited thereto, but suitable for any fluid or multi-fluid sensors. Fluids may also be liquids. It is also conceivable use with solid additives, which can be measured in transmission methods.

Auch die Geometrie der Reflektoreinrichtung ist nur beispielhaft und beliebig variierbar, wie auch die Anzahl und Ausgestaltung möglicher weiterer Strahlkomponenten.The geometry of the reflector device is only exemplary and arbitrarily variable, as well as the number and design of possible other beam components.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (15)

Optische Sensorvorrichtung (1; 1a; 1b; 1c; 1d) zum Messen einer Fluidkonzentration mit: einem zumindest teilweise geschlossenen Probenraum (PB) zum Aufnehmen eines zu analysierenden Fluids; einer Strahlungsquelle (Q) zum Aussenden von einem Messstrahl in den Probenraum (PB); und einer Detektoreinrichtung (D; D') zum Detektieren des Messstrahl nach Durchqueren des Probenraums (PB); und einer zwischen der Strahlungsquelle (Q) und der Detektoreinrichtung (D; D') angeordneten beweglichen steuerbaren Strahlablenkeinrichtung (MS; MS'), durch die der Messstrahl derart ablenkbar ist, dass er mehrere unterschiedliche Absorptionswege (AS1, AS1'; AS2-AS2'"; AS3, AS3'; AS4, AS4'; AS5, AS5') im Probenraum (PB) durchqueren kann.Optical sensor device (1; 1a; 1b; 1c; 1d) for measuring a fluid concentration with: an at least partially closed sample space (PB) for receiving a fluid to be analyzed; a radiation source (Q) for emitting a measurement beam into the sample space (PB); and a detector device (D; D ') for detecting the measurement beam after passing through the sample space (PB); and a movable controllable beam deflection device (MS; MS ') arranged between the radiation source (Q) and the detector device (D; D'), by means of which the measuring beam can be deflected in such a way that it has a plurality of different absorption paths (AS1, AS1 ', AS2-AS2'). "AS3, AS3", AS4, AS4 ', AS5, AS5') in the sample space (PB) can traverse. Optische Sensorvorrichtung (1; 1a; 1b; 1c; 1d) nach Anspruch 1, wobei im Probenraum (PB) eine erste feststehende Reflektoreinrichtung (R; R'; R"; R'") angeordnet ist, von der von der Strahlungsquelle (Q) ausgesandte Messstrahl auf die Detektoreinrichtung (D) reflektierbar ist und wobei die bewegliche Strahlablenkeinrichtung (MS) derart gestaltet ist, dass sie den Messstrahl auf mehrere unterschiedliche Oberflächenbereiche (O1, O2; O1'-O4'; O1", O2"; O1"', O2'") auf der ersten feststehenden Reflektoreinrichtung (R) entsprechend den mehreren unterschiedlichen Absorptionswege (AS1, AS1'; AS2-AS2'"; AS3, AS3'; AS4, AS4') richten kann.Optical sensor device (1; 1a; 1b; 1c; 1d) according to Claim 1 , wherein in the sample space (PB) a first fixed reflector means (R; R '; R ";R'") is arranged, from which of the radiation source (Q) emitted measuring beam to the detector device (D) is reflected and wherein the movable beam deflecting device (MS) is designed such that it measures the measurement beam onto a plurality of different surface areas (O1, O2; O1'-O4 ', O1 ", O2"; O1 "', O2 '") on the first fixed reflector device (R) corresponding to FIG several different absorption paths (AS1, AS1 ', AS2-AS2'", AS3, AS3 ', AS4, AS4') can judge. Optische Sensorvorrichtung (1; 1a; 1b; 1c; 1d) nach Anspruch 2, wobei die erste feststehende Reflektoreinrichtung (R; R') eine gekrümmte Oberfläche aufweist, auf der eine Reflexionsbeschichtung (RB) angeordnet ist und die die mehreren unterschiedlichen Oberflächenbereiche (O1, 02) festlegen.Optical sensor device (1; 1a; 1b; 1c; 1d) according to Claim 2 wherein the first fixed reflector means (R; R ') has a curved surface on which a reflection coating (RB) is arranged and which define the plurality of different surface areas (O1, 02). Optische Sensorvorrichtung (1; 1a; 1b; 1c; 1d) nach Anspruch 3, wobei die gekrümmte Oberfläche derart gestaltet ist, dass der Messstrahl unabhängig vom Oberflächenbereich (O1, 02; O1'-O4'; O1" 02"; O1'", O2"') auf die Detektoreinrichtung (D) richtbar ist.Optical sensor device (1; 1a; 1b; 1c; 1d) according to Claim 3 , wherein the curved surface is designed in such a way that the measuring beam can be directed onto the detector device (D) independently of the surface region (O1, O2; O1'-O4 '; O1 "O2";O1'",O2"'). Optische Sensorvorrichtung (1; 1a; 1b; 1c; 1d) nach Anspruch 3, wobei die erste feststehende Reflektoreinrichtung (R') eine gekrümmte Oberfläche mit stufenförmigen Aussparungen (A1-A4) mit dazwischenliegenden gekrümmten Abschnitten aufweist, auf denen die Reflexionsbeschichtung (RB) angeordnet ist und die die mehreren unterschiedlichen Oberflächenbereiche (O1'-O4') festlegen.Optical sensor device (1; 1a; 1b; 1c; 1d) according to Claim 3 wherein the first fixed reflector means (R ') has a curved surface with stepped recesses (A1-A4) with intermediate curved portions on which the reflection coating (RB) is arranged and which define the plurality of different surface areas (O1'-O4') , Optische Sensorvorrichtung (1; 1a; 1b; 1c; 1d) nach Anspruch 3 oder 5, wobei die erste feststehende Reflektoreinrichtung (R") einen Hohlraum (H) aufweist und wobei der Messstrahl auf einen im Hohlraum (H) liegenden Oberflächenbereich (02") derart richtbar ist, dass eine Mehrfachreflexion des Messtrahls an weiteren Oberflächenbereichen (02"a, 02"b, 02"c) im Hohlraum (H) auftritt, bevor der Messstrahl zur Detektoreinrichtung (D) gelangt.Optical sensor device (1; 1a; 1b; 1c; 1d) according to Claim 3 or 5 wherein the first stationary reflector device (R ") has a cavity (H) and wherein the measuring beam can be directed onto a surface region (02") lying in the cavity (H) in such a way that a multiple reflection of the measurement beam at further surface regions (02 "a, 02 "b, 02" c) occurs in the cavity (H) before the measuring beam reaches the detector device (D). Optische Sensorvorrichtung (1; 1a; 1b; 1c; 1d) nach einem der Ansprüche 3, 6 oder 7, wobei im Probenraum (PB) mindestens eine zweite feststehende Reflektoreinrichtung (S2, S3) angeordnet ist und wobei der Messstrahl derart auf die mehreren unterschiedlichen Oberflächenbereiche (O1"', O2'") richtbar ist, dass eine Mehrfachreflexion des Messtrahls an der mindestens einen zweiten feststehenden Reflektoreinrichtung (S2, S3) und an mindestens einem weiteren Oberflächenbereich (O1"'a, O2"'a) der ersten feststehenden Reflektoreinrichtung (R; R'; R"; R'") auftritt, bevor der Messstrahl zur Detektoreinrichtung (D) gelangt.Optical sensor device (1; 1a; 1b; 1c; 1d) according to one of the Claims 3 . 6 or 7 , wherein in the sample space (PB) at least one second fixed reflector means (S2, S3) is arranged and wherein the measuring beam on such a plurality of different surface areas (O1 "', O2'") is directable that a multiple reflection of the measuring beam at the at least one second fixed reflector device (S2, S3) and at least one further surface region (O1 "'a, O2"' a) of the first stationary reflector device (R; R '; R ";R'") occurs before the measuring beam is directed to the detector device ( D) arrives. Optische Sensorvorrichtung (1; 1a; 1b; 1c; 1d) nach Anspruch 1, wobei die bewegliche Strahlablenkeinrichtung (MS') im Probenraum (PB) abgeordnet ist und die Detektoreinrichtung (D') ein Detektorarray aufweist, welches mit dem Messstrahl mittels der beweglichen Strahlablenkeinrichtung (MS; MS') entsprechend den mehreren unterschiedlichen Absorptionswege (AS5, AS5') scannbar ist.Optical sensor device (1; 1a; 1b; 1c; 1d) according to Claim 1 , wherein the movable beam deflection device (MS ') is seconded in the sample space (PB) and the detector device (D') has a detector array which communicates with the measurement beam by means of the movable beam deflection device (MS; MS ') corresponding to the several different absorption paths (AS5, AS5 ') is scannable. Optische Sensorvorrichtung (1; 1a; 1b; 1c; 1d) nach Anspruch 8, wobei ein wellenlängenselektives Filter (F), insbesondere ein linear variables Filter, auf dem Detektorarray aufgebracht ist.Optical sensor device (1; 1a; 1b; 1c; 1d) according to Claim 8 , wherein a wavelength-selective filter (F), in particular a linearly variable filter, is applied to the detector array. Optische Sensorvorrichtung (1; 1a; 1b; 1c; 1d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen der Strahlungsquelle (Q) und der beweglichen Strahlablenkeinrichtung (MS) eine zweite feststehende Reflektoreinrichtung (S1) angeordnet ist, welche den von der Strahlungsquelle (Q) ausgesandten Messstrahl auf der beweglichen Strahlablenkeinrichtung (MS) bündelt.An optical sensor device (1; 1a; 1b; 1c; 1d) according to one of the preceding claims, wherein a second stationary reflector device (S1) is arranged between the radiation source (Q) and the movable beam deflection device (MS), which device detects the radiation emitted by the radiation source (Q ) emitted measuring beam on the movable beam deflector (MS) bundles. Optische Sensorvorrichtung (1; 1a; 1b; 1c; 1d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die bewegliche Strahlablenkeinrichtung (MS; MS') eine MEMS-Mikrospiegeleinrichtung ist.An optical sensor device (1; 1a; 1b; 1c; 1d) according to any one of the preceding claims, wherein the movable beam deflector (MS; MS ') is a MEMS micro-mirror device. Optische Sensorvorrichtung (1; 1a; 1b; 1c; 1d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strahlungsquelle (Q) und die Detektoreinrichtung (D; D') in einem Trägersubstrat (S) angeordnet sind, welches durch ein optisches Fenster (F) vom Probenraum (PB) getrennt ist.Optical sensor device (1; 1a; 1b; 1c; 1d) according to one of the preceding claims, wherein the radiation source (Q) and the detector device (D; D ') are arranged in a carrier substrate (S) which is guided through an optical window (F ) is separated from the sample space (PB). Verwendung einer optischen Sensorvorrichtung (1; 1a; 1b; 1c; 1d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die bewegliche Strahlablenkeinrichtung (MS; MS') derart angesteuert wird, dass der Messstrahl die mehreren unterschiedlichen Absorptionswege (AS1, AS1'; AS2-AS2'"; AS3, AS3'; AS4, AS4'; AS5, AS5') im Probenraum (PB) dynamisch durchqueren kann.Use of an optical sensor device (1; 1a; 1b; 1c; 1d) according to one of the preceding claims, wherein the movable beam deflection device (MS; MS ') is controlled in such a way that the measuring beam is the several different ones Absorption paths (AS1, AS1 ', AS2-AS2'", AS3, AS3 ', AS4, AS4', AS5, AS5 ') in the sample space (PB) can pass dynamically. Verwendung einer optischen Sensorvorrichtung (1; 1a; 1b; 1c; 1d) nach Anspruch 13, wobei als die bewegliche Strahlablenkeinrichtung (MS; MS') eine MEMS-Mikrospiegeleinrichtung verwendet wird, die resonant angetrieben wird.Use of an optical sensor device (1; 1a; 1b; 1c; 1d) according to Claim 13 wherein, as the movable beam deflection device (MS; MS '), a MEMS micromirror device is used, which is driven in a resonant manner. Verwendung einer optischen Sensorvorrichtung (1; 1a; 1b; 1c; 1d) nach Anspruch 13 oder 14, wobei als die die Detektoreinrichtung (D') ein Detektorarray verwendet wird, welches mit dem Messstrahl mittels der beweglichen Strahlablenkeinrichtung (MS; MS') entsprechend den mehreren unterschiedlichen Absorptionswege (AS5, AS5') gescannt wird.Use of an optical sensor device (1; 1a; 1b; 1c; 1d) according to Claim 13 or 14 in which the detector device (D ') is a detector array which is scanned with the measuring beam by means of the movable beam deflection device (MS; MS') corresponding to the several different absorption paths (AS5, AS5 ').
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