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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung jeweils zum Bestimmen mindestens einer Substanzkonzentration in einem Gasraum.
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Die Kenntnis der Konzentration einer oder mehrerer Substanzen in einem Gas ist für verschiedene Anwendungen von Bedeutung. Insbesondere in der Raumfahrt kann das Wissen beispielsweise um eine Heliumkonzentration in einem Gasraum eines mit flüssigem Wasserstoff gefüllten Tanks in verschiedenen Höhen dazu dienen, eine Modellbildung von Stoff- und wärmetransport an der Grenzschicht zwischen Flüssigkeit und Gasraum zu verfeinern. Damit kann insbesondere der Wärmehaushalt im Tank und damit die zeitliche Entwicklung des Druckverlaufs im Tank besser modelliert werden.
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Eine Gaskonzentrationsmessung unter Verwendung von Glasfasern wird dabei herkömmlicherweise beispielsweise mittels spektroskopischer Methoden durchgeführt, siehe z.B. den Artikel „Fiber-Optic Determination of N2, O2, and Fuel Vapor in the Ullage of Liquid-Fuel Tanks“ von Quang-Viet Nguyen (Glenn Research Center, 1. Mai 2008). In der Schrift „Nanostructured Pd-Au based fiber optic sensors for probing hydrogen concentrations in gas mixtures" von R. J. Westerwaal et al. (Inter. J. Hydrogen. Energy, pp 4201-4212, 2013, 38) ist eine Messung mittels chemisch aktivierter Oberflächenbehandlung eines faseroptischen Sensors offenbart.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative und vereinfachte Technik zum Ermitteln der Konzentration mindestens einer Substanz in einem Gas bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 7. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Figur offenbart.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient der Bestimmung der Konzentration einer Substanz oder der jeweiligen Konzentration mehrerer (insbesondere zweier) Substanzen in einem Gasraum (also in einem Raum, der ein Gas enthält).
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Dem erfindungsgemäßen Verfahren zufolge wird (mindestens) ein Lichtsignal durch einen Lichtleiter gesandt. Dieser Lichtleiter weist dabei (mindestens) einen Lichtaustrittsbereich auf, an den der Gasraum angrenzt und durch den das (jeweilige) Lichtsignal teilweise in den Gasraum austreten kann. Von einem anderen, am Lichtaustrittsbereich (bzw. im Übergang zwischen Lichtaustrittsbereich und Gasraum) reflektierten Teil des (jeweiligen) Lichtsignals hingegen wird dem erfindungsgemäßen Verfahren zufolge von einer entsprechenden Einheit, insbesondere von einer Ansteuer- und Auswerteelektronik die Lichtintensität erfasst. Aus ihr, einer Lichtintensität des ausgesandten (eingespeisten) Lichtsignals, einer im Gasraum (insbesondere am Lichtaustrittsbereich) herrschenden Temperatur sowie einem (vorbekannten) Brechungsindex des Lichtleiters wird ein Brechungsindex eines an den (mindestens einen) Lichtaustrittsbereich des Lichtleiters angrenzenden Gases bestimmt. Zur leichteren Unterscheidbarkeit wird im Folgenden der Brechungsindex des Lichtleiters als „Lichtleiter-Brechungsindex“ und der Brechungsindex des genannten Gases als „Gas-Brechungsindex“ bezeichnet.
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Aus dem berechneten Gas-Brechungsindex wird gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren die (jeweilige) Konzentration der mindestens einen Substanz in dem an den Lichtaustrittsbereich des Lichtleiters angrenzenden Gasraum bestimmt, beispielsweise mittels einer (z.B. vorgespeicherten) Tabelle oder sonstigen Datenbank.
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Die Berechnung des Gas-Brechungsindexes erfolgt mittels Auswertung der Fresnel-Reflexion, die beispielsweise im Lehrbuch „Principles of Optics: Electromagnetic Theory of Propagation, Interference and Diffraction of Light“ von Max Born und Emil Wolf (Cambridge University Press, 7. Auflage, 1999) beschrieben ist und deren Verwendung zur Messung von Konzentrationen in Flüssigkeiten beispielsweise in den Druckschriften „A Fresnel Reflection-Based Optical Fiber Sensor System for Remote Refractive Index Measurement Using an OTDR“ von Jianying Yuan et al. (Photonic Sensors, pp 48-52, Vol. 4, No. 1, 2014) und
CN 10413912 A offenbart ist.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst (mindestens) einen Lichtleiter mit (mindestens) einem Lichtaustrittsbereich, durch den Licht austreten kann, sowie eine Ansteuer- und Auswerteelektronik, an die der mindestens eine Lichtleiter angeschlossen ist oder werden kann.
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Die Ansteuer- und Auswerteelektronik ist dazu eingerichtet, (mindestens) ein Lichtsignal durch den mindestens einen Lichtleiter zu senden sowie eine Lichtintensität eines am Lichtaustrittsbereich des Lichtleiters reflektierten Teils des (jeweiligen) Lichtsignals zu erfassen. Weiterhin ist die Ansteuer- und Auswerteelektronik dazu eingerichtet, einen Gas-Brechungsindex eines an den Lichtaustrittsbereich des Lichtleiters (in einer jeweiligen Situation) angrenzenden Gases auf Grundlage der erfassten (reflektierten) Lichtintensität, einer im Gasraum (insbesondere am Lichtaustrittsbereich) herrschenden Temperatur und eines Lichtleiter-Brechungsindexes des Lichtleiters zu berechnen und eine jeweilige Substanzkonzentration in dem an den Lichtaustrittsbereich des (mindestens einen) Lichtleiters angrenzenden Gas aus dem berechneten Gas-Brechungsindex zu bestimmen.
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Die vorliegende Erfindung bietet somit eine Möglichkeit, auf einfache, schnelle und leicht zu wiederholende Weise eine Substanzkonzentration in einem Gasraum zu bestimmen. Dabei muss lediglich ein Teil des Lichtleiters, nämlich dessen Lichtaustrittsbereich im Kontakt zum Gas angeordnet sein, wohingegen beispielsweise die Ansteuer- und Auswerteelektronik außerhalb des Gasraums angeordnet sein kann.
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Die Lichtintensität des ausgesandten (eingespeisten) Lichtsignals kann durch beim Aussenden vorliegende bzw. ausgewählte Parameter (der Ansteuer- und Auswerteelektronik mit einer entsprechenden Lichtquelle) bestimmt sein, so dass also das Lichtsignal mit der vorbestimmten Lichtintensität ausgesandt wird. Alternativ kann ein erfindungsgemäßes Verfahren ein Erfassen der Lichtintensität umfassen bzw. die Ansteuer- und Auswertungsdes einer erfindunggemäßen Vorrichtung kann dazu eingerichtet sein, diese Lichtintensität zu erfassen.
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Es versteht sich, dass bei einem erfindungsgemäßen Verfahren und von einer erfindungsgemäßen Vorrichtung jeweils insbesondere mehrere Lichtsignale versendet werden können und die jeweilige Lichtintensität zur Berechnung eines jeweiligen Gas-Brechungsindexes verwendet werden kann sowie dass mehrere Lichtleiter und/oder mehrere Lichtaustrittsbereiche involviert sein können. Lediglich zur besseren Lesbarkeit wird auf die Angabe „mindestens ein“ in dieser Schrift teilweise verzichtet.
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Die Substanzkonzentration kann beispielsweise als eine Teilchendichte oder als eine Stoffmengen-, Massen-, Äquivalent- oder Volumenkonzentration bestimmt werden. Insbesondere kann mit einem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. einer erfindungsgemäßen Vorrichtung die Konzentration als eine Teilchendichte eines reinen (ungemischten) Gases in dem Gasraum bestimmt werden (in diesem Falle ist die Substanz das Gas selbst), oder es können die jeweiligen Konzentrationen von Komponenten des Gases, insbesondere die Zusammensetzung einer binären Mischung im Gasraum bestimmt werden.
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Die bei der Berechnung des Gas-Brechungsindexes berücksichtigte Temperatur kann aus zugrundeliegenden Bedingungen heraus bekannt sein bzw. geschlossen werden.
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Alternativ kann ein erfindungsgemäßes Verfahren ein Messen der im Gasraum herrschenden Temperatur mittels mindestens eines Temperatursensors umfassen. Ein derartiger Temperatursensor kann dabei vom Lichtleiter getrennt im Gasraum angeordnet sein bzw. werden, oder er kann am Lichtleiter befestigt sein; im letzteren Fall kann der Temperatursensor besonders präzise die Temperatur am Lichtaustrittsbereich messen, so dass die Berechnung des Gas-Brechungsindexes besonders genau wird. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann analog mindestens einen Temperatursensor umfassen, und ein solcher Temperatursensor kann separat vom Lichtleiter oder an ihm befestigt sein.
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Gemäß vorteilhaften Ausführungsformen umfasst ein erfindungsgemäßes Verfahren ein Messen der im Gasraum herrschenden Temperatur mittels eines in den Lichtleiter integrierten Faser-Bragg-Gitters; analog umfasst mindestens ein Lichtleiter einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß vorteilhaften Ausführungsvarianten ein integriertes Faser-Bragg-Gitter. Dies ermöglicht jeweils eine genaue Messung der Temperatur am Lichtaustrittsbereich bei zugleich besonders guter Einführbarkeit in einen Behälter; insbesondere kann auf eine separate Öffnung zum Einführen eines Temperatursensors verzichtet werden.
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Der Gasraum kann insbesondere im Inneren eines (vorzugsweise abgeschlossenen) Behälters angeordnet sein, der von einer entsprechenden Behälterwand umgeben sein kann. Dabei kann zusätzlich zum Gas noch mindestens eine Flüssigkeit in dem Behälter enthalten sein; diese kann insbesondere das Gas in dessen flüssigem Zustand sein oder enthalten. Alternativ oder zusätzlich kann zusätzlich ein weiteres Gas wie insbesondere Helium in den Behälter eingebracht sein. Speziell kann ein derartiger Behälter als ein Tank eines Fluggeräts, beispielsweise einer Rakete ausgebildet sein. Er kann kryogenen Treibstoff und/oder kryogenen Oxidator enthalten bzw. dazu vorgesehen sein.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann einen derartigen Behälter (sowie ggf. eine enthaltene Flüssigkeit wie insbesondere kryogenen Treibstoff oder kryogenen Oxidator) umfassen.
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Vorzugsweise ist der mindestens eine Lichtaustrittsbereich an einem Ende des Lichtleiters ausgebildet. Bezogen auf eine Längserstreckung des (beispielsweise kabelartigen) Lichtleiters kann der mindestens eine Lichtaustrittsbereich beispielsweise mindestens einen Teil einer Endfläche und/oder einen Teil einer Seitenfläche des Lichtleiters umfassen.
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Der mindestens eine Lichtaustrittsbereich kann (insbesondere beim Senden des Lichtsignals) im Inneren des Gasraums angeordnet sein. In Ausführungsformen, bei denen der Gasraum wie erwähnt im Inneren eines Behälters angeordnet ist, kann der Lichtleiter insbesondere mit dem mindestens eine Lichtaustrittsbereich in den Behälter (also in einen Innenraum des Behälters) hineinragen. Eine damit realisierbare Bestimmung der Substanzkonzentration kann Einflüsse durch eine Behälterwand minimieren.
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Alternativ kann der Lichtaustrittsbereich beim Senden in eine innere Oberfläche des Behälters integriert sein, beispielsweise so, dass er eine Öffnung im Behälter mindestens teilweise schließt; bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der mindestens eine Lichtleiter entsprechend angeordnet oder anzuordnen sein. An einer derartigen Position des Lichtaustrittsbereichs kann die Bestimmung unter Vermeidung einer Einflussnahme des Lichtleiters erfolgen, insbesondere kann eine Durchmischung des Gases im Gasraum infolge eines Einbringens des Lichtleiters (bzw. eines Teils desselben) verhindert oder zumindest minimiert werden.
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Insbesondere kann ein erfindungsgemäßes Verfahren vor dem Senden des Lichtsignals ein Einführen eines Teils des Lichtleiters in den Gasraum umfassen oder ein Zuführen des Lichtleiters an eine Begrenzung des Gasraums (so dass beispielsweise der mindestens eine Lichtaustrittsbereich wie erwähnt in eine Begrenzungswand des Gasraums integriert ist). Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren ein Umpositionieren des Lichtaustrittsbereichs in eine geänderte Position im Gasraum sowie ein Wiederholen des Sendens, Erfassens, Berechnens und Bestimmens mit dem an der geänderten Position befindlichen Lichtaustrittsbereich umfassen. So kann auf einfache Weise die mindestens eine Substanzkonzentration an verschiedenen Stellen im Gasraum bestimmt werden.
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Gemäß vorteilhaften Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einer erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der Lichtleiter mehrere Lichtaustrittsbereiche auf. Mit den obigen Bezeichnungen ist dann der genannte Lichtaustrittsbereich ein erster Lichtaustrittsbereich des Lichtleiters, und dieser Lichtleiter weist noch (mindestens) einen zweiten Lichtaustrittsbereich derart auf. Insbesondere kann ein derartiger zweiter Lichtaustrittsbereich so am Lichtleiter angeordnet sein, dass das/ein Lichtsignal von seiner Einspeisung bis zum Austritt aus dem ersten Lichtaustrittsbereich eine Strecke anderer Länge zurücklegt als von seiner Einspeisung bis zum Austritt aus dem zweiten Lichtaustrittsbereich. Im Falle eines zylindrisch geformten bzw. kabelartigen Lichtleiters kann beispielsweise der (mindestens eine) erste Lichtaustrittsbereich an einer Endfläche des Lichtleiters und der (mindestens eine) zweite Lichtaustrittsbereich an einer Seiten- bzw. Mantelfläche des Lichtleiters angeordnet sein: Die Lichtstrecke von einer/der am anderen Ende vorzugsweise angeschlossenen und das Lichtsignal einspeisenden Ansteuer- und Auswerteelektronik ist dann bis zur Endfläche länger als bis zum zweiten Lichtaustrittsbereich an der Seiten- bzw. Mantelfläche. Alternativ können der erste und der (mindestens eine) zweite Lichtaustrittsbereich an verschiedenen Stellen und in verschiedenen (am Lichtleiter entlang gemessenen) Abständen an der Seiten- bzw. Mantelfläche des Lichtleiter angeordnet sein.
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Das ausgesandte Signal wird bei derartigen Ausführungsformen auch vom zweiten Lichtaustrittsbereich teilweise reflektiert, und es wird eine Lichtintensität des reflektierten Lichtsignals erfasst. Das Berechnen des Gas-Brechungsindexes des am ersten Lichtaustrittsbereich des Lichtleiters angrenzenden Gases sowie ein Berechnen mindestens eines zweiten Gas-Brechungsindexes eines am mindestens zweiten Lichtaustrittsbereich angrenzenden Gases erfolgt dann vorzugsweise unter Berücksichtigung einer jeweiligen Signallaufzeit des (reflektierten) Lichtsignals (bzw. einer Erfassungszeit, zu der ein reflektiertes Lichtsignal erfasst wird): Insbesondere kann dabei eine erfasste Lichtintensität eines reflektierten Signals abhängig von einer jeweiligen Erfassungszeit entweder dem ersten oder dem mindestens einen zweiten Lichtaustrittsbereich zugeordnet werden. Daraus (sowie aus der (bzw. einer jeweiligen) Temperatur und dem Lichtleiter-Brechungsindex) kann dann der jeweils am ersten bzw. am zweiten Lichtaustrittsbereich vorliegende Gas-Brechungsindex berechnet werden. Aus diesem wird dann vorzugsweise wiederum mindestens eine Substanzkonzentration in der jeweiligen Umgebung (d.h. am ersten oder zweiten Lichtaustrittsbereich) bestimmt.
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So kann lokal aufgelöst an verschiedenen Stellen im Gasraum das Gas analysiert, d.h. die jeweilige Substanzkonzentration bestimmt werden, ohne dass dafür der Lichtleiter bewegt werden muss.
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Alternativ oder zusätzlich können mehrere Lichtleiter mit jeweils mindestens einem Lichtaustrittsbereich verwendet werden, um eine jeweilige Substanzkonzentration an unterschiedlichen Stellen des Gasraums zu bestimmen. Diese mehreren Lichtleiter können an verschiedene oder an eine gemeinsame Ansteuer- und Auswertungselektronik angeschlossen sein. Im letzteren Fall weisen die zugehörigen Lichtaustrittsbereiche vorzugsweise unterschiedliche entlang dem jeweiligen Lichtleiter gemessene Abstände von der Ansteuer- und Auswertungselektronik auf. Die Berechnung der jeweiligen Gas-Brechungsindizes (des an den jeweiligen Lichtaustrittsbereich angrenzenden Gases) erfolgt dann analog zum Obigen vorzugsweise unter Berücksichtigung der jeweiligen Signallaufzeiten der (reflektierten) Lichtsignale. So kann auf einfache Weise die jeweilige Substanzkonzentration für die mehreren Lichtleiter mit ihren jeweiligen Lichtaustrittsbereichen (bzw. für das an sie jeweils angrenzende Gas) simultan oder annähernd simultan erfolgen.
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Analog zum oben für den (ersten) Lichtleiter Beschriebenen kann der mindestens eine Lichtaustrittsbereich eines derartigen weiteren Lichtleiters (beim Senden des/eines Lichtsignals) in einem Innenraum eines Behälters angeordnet sein, der den Gasraum begrenzt, oder er kann selbst eine Begrenzung des Gasraums sein (so dass er beispielsweise in eine Begrenzungswand des Gasraums integriert ist). Insbesondere können der/ein Lichtaustrittsbereich des ersten Lichtleiters im Inneren und der/ ein Lichtaustrittsbereich an einer Begrenzung des Behälters bzw. Gasraums angeordnet sein, oder es können beide im Inneren bzw. beide an einer Begrenzung angeordnet sein.
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Die Ansteuer- und Auswerteelektronik kann in Form eines einzelnen Geräts oder in Form mehrerer Geräte ausgebildet sein, für die ein Datenaustausch möglich ist. Insbesondere kann die Ansteuer- und Auswerteelektronik eine erste Einheit umfassen, die dazu eingerichtet ist, den jeweiligen Gas-Brechungsindex zu berechnen und an eine weitere Einheit der Ansteuer- und Auswerteelektronik (drahtlos oder kabelgebunden) zu übermitteln. Die weitere Einheit kann dann dazu eingerichtet sein, die mindestens eine Substanzkonzentration aus dem jeweils erhaltenen Gas-Brechungsindex zu bestimmen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante kann die Ansteuer- und Auswerteelektronik eine erste Einheit umfassen, die dazu eingerichtet ist, die Lichtintensität des reflektierten Teils eines jeweiligen Lichtsignals zu erfassen und an eine zweite Einheit zu senden, die dann die Berechnung des Gas-Brechungsindexes vornehmen kann. Ein ggf. umfasster Temperatursensor kann dann dazu eingerichtet sein, die jeweils gemessene Temperatur direkt an die andere Einheit zu übermitteln, oder die Temperatur kann (vom Temperatursensor oder einem ggf. vom Lichtleiter umfassten Faser-Bragg-Gitter) zunächst an die erste Einheit der Ansteuer- und Auswerteelektronik übertragen und von dieser dann (drahtlos oder kabelgebunden) an die andere Einheit übermittelt werden. Die Bestimmung der mindestens einen Substanzkonzentration kann dann ebenfalls durch die zweite Einheit erfolgen, oder durch eine dritte Einheit, an die die zweite Einheit den berechneten Gas-Brechungsindex übermitteln kann.
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Derartige Ausführungsformen ermöglichen insbesondere im Falle mehrerer Behälter (die z.B. in verschiedenen Bereichen einer Einrichtung, insbesondere einer Rakete angeordnet sein können), dass die jeweiligen Substanzkonzentrationen in einer gemeinsamen Einheit bestimmt und ggf. miteinander verglichen werden können.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es versteht sich, dass einzelne Elemente und Komponenten auch anders kombiniert werden können als dargestellt. Es versteht sich zudem, dass reale Größenverhältnisse von den dargestellten abweichen können.
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Es zeigt schematisch:
- 1: eine exemplarische Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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In 1 ist ein Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform vereinfacht dargestellt. Die Vorrichtung 1 ist insbesondere dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
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Die Vorrichtung 1 umfasst einen Lichtleiter 11, der an seinem einen Ende an eine Ansteuer- und Auswerteelektronik 12 angeschlossen ist. Die Ansteuer- und Auswerteelektronik 12 ist dazu eingerichtet, Lichtsignale wie insbesondere das dargestellte Lichtsignal S in den Lichtleiter 11 einzuspeisen.
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An seinem anderen Ende ragt der Lichtleiter 11 in der dargestellten Situation in einen Behälter 13 hinein, in dem eine Flüssigkeit F sowie ein Gasraum G angeordnet ist. Die Flüssigkeit F und das Gas in dem Gasraum G können insbesondere dieselbe(n) Substanz(en) in verschiedenen Aggregatzuständen sein oder zumindest enthalten. An seinem in den Behälter 13, insbesondere in den Gasraum hineinragenden Ende weist der Lichtleiter 11 einen Lichtaustrittsbereich 11a auf, durch den ein Teil des Lichtsignals S aus dem Lichtleiter in den Gasraum G austreten kann (nicht dargestellt). Ein anderer Teil R des Lichtsignals S wird am Lichtaustrittsbereich 11a reflektiert.
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Die Ansteuer- und Auswerteelektronik 12 ist dazu eingerichtet, eine Lichtintensität des reflektierten Teils R des Lichtsignals S zu erfassen und daraus sowie aus einer Lichtintensität des Lichtsignals S im Gasraum herrschenden Temperatur und einem Lichtleiter-Brechungsindexes des Lichtleiters einen Gas-Brechungsindex eines an den Lichtaustrittsbereich des Lichtleiters angrenzenden Gases zu berechnen. Die Lichtintensität des Lichtsignals S kann sich dabei aus gegebenen (ggf. eingestellten) Parametern der Ansteuer- und Auswerteelektronik 12 ergeben und entsprechend vorbekannt sein oder bestimmt werden, oder sie kann beim Aussenden erfasst werden. Aus dem Gas-Brechungsindex bestimmt die Ansteuer- und Auswertungselektronik 12 dann mindestens eine Substanzkonzentration, also eine (jeweilige) Konzentration mindestens einer Substanz im Gasraum G. Das Bestimmen kann beispielsweise durch Vergleich des berechneten Gas-Brechungsindexes mit Einträgen einer Tabelle oder sonstigen Datenbank erfolgen.
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Zur Ermittlung der bei der Berechnung des Gas-Brechungsindexes berücksichtigten Temperatur weist die dargestellte Vorrichtung 1 einen separaten Temperatursensor 14 auf, der vorliegend getrennt vom Lichtleiter teilweise in den Behälter 13 eingeführt ist und der dazu eingerichtet ist, jeweils erfasste Temperaturen an die Ansteuer- und Auswerteelektronik 12 zu übermitteln (vorliegend mittels einer Übertragungsleitung). Alternativ oder zusätzlich könnte der Lichtleiter 11 ein integriertes Faser-Bragg-Gitter zur Bestimmung der Temperatur umfassen (nicht dargestellt).
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Behälter 13 ein Tank eines Weltraumfahrzeugs, insbesondere einer Rakete. Die Flüssigkeit F bzw. das im Gasraum enthaltene Gas kann insbesondere ein kryogener Treibstoff oder ein kryogener Oxidator sein.
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Die Ansteuer- und Auswerteelektronik 12 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als eine Einheit ausgebildet. Gemäß alternativen Ausführungsvarianten kann sie - wie oben erwähnt - mehrere Einzelgeräte umfassen, zwischen denen eine (drahtlose oder kabelgebundene) Datenübertragung möglich ist.
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Wie oben beschrieben, kann weiterhin der Lichtleiter 11 mindestens einen weiteren (nicht dargestellten) Lichtaustrittsbereich aufweisen, insbesondere an einer Seiten- bzw. Mantelfläche des Lichtleiters, wobei die Signallaufzeiten von der Ansteuer- und Auswerteelektronik zum weiteren Lichtaustrittsbereich bzw. zurück kürzer ist als beim Lichtaustrittsbereich 11a. Vermöge einer Berücksichtigung der Signallaufzeiten kann dann die Ansteuer- und Auswerteelektronik ein eingehendes reflektiertes Lichtsignal dem jeweiligen Lichtaustrittsbereich zuordnen und so eine zugehörige Substanzkonzentration im an den jeweiligen Lichtaustrittsbereich angrenzenden Gas bestimmen.
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Zusätzlich zum gezeigten Lichtleiter 11 kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens einen weiteren Lichtleiter umfassen (in der 1 nicht dargestellt), der ebenfalls an die Ansteuer- und Auswerteelektronik 12 angeschlossen sein kann und der analog zum Lichtleiter 11 dazu einsetzbar sein kann, eine Substanzkonzentration im Gasraum, insbesondere in einem Bereich des Gasraums, der an einen zum weiteren Lichtleiter gehörigen weiteren Lichtaustrittsbereich angrenzt, zu bestimmen.
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Offenbart ist ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Substanzkonzentration in einem Gasraum G. Dabei wird ein Lichtsignal S durch einen Lichtleiter 11 gesendet und dessen Intensität erfasst. Dieser weist einen Lichtaustrittsbereich 11a auf, an den der Gasraum angrenzt und durch den das Lichtsignal teilweise in den Gasraum austreten kann. Von einem im Übergang zwischen Lichtaustrittsbereich und Gasraum reflektierten Teil R wird eine Lichtintensität erfasst. Aus dieser, der Intensität des Lichtsignals S sowie einer im Gasraum herrschenden Temperatur und einem Lichtleiter-Brechungsindex wird ein Gas-Brechungsindex eines an den Lichtaustrittsbereich des Lichtleiters angrenzenden Gases berechnet. Daraus wird die mindestens einen Substanzkonzentration bestimmt.
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Offenbart ist ferner eine Vorrichtung 1 zur Bestimmung mindestens einer Substanzkonzentration in einem Gasraum G. Die Vorrichtung umfasst mindestens einen Lichtleiter 11 und eine Ansteuer- und Auswerteelektronik 12.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 11
- Lichtleiter
- 11a
- Lichtaustrittsbereich
- 12
- Ansteuer- und Auswerteelektronik
- 13
- Behälter
- 14
- Temperatursensor
- F
- Flüssigkeit
- G
- Gasraum
- S
- Lichtsignal
- R
- reflektierter Teil des Lichtsignals
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Glenn Research Center, 1. Mai 2008). In der Schrift „Nanostructured Pd-Au based fiber optic sensors for probing hydrogen concentrations in gas mixtures“ von R. J. Westerwaal et al. (Inter. J. Hydrogen. Energy, pp 4201-4212, 2013, 38) [0003]
