DE102021128460A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Detektieren eines Gases, insbesondere eines Kohlenwasserstoffs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gas-Detektionsvorrichtung zum Detektieren eines Zielgases sowie ein Verfahren zum Überwachen eines Bereichs auf das Zielgas. Eine Strahlungsquelle emittiert elektromagnetische Strahlung (50). Die Strahlung (50) durchdringt den Bereich und trifft auf eine Filter-Anordnung (15, 25) auf. Die Filter-Anordnung (15, 25) verteilt die auftreffende Strahlung (50) auf einen ersten Gas-Photosensor (35), einen zweiten Gas-Photosensor (37) und einen Referenz-Photosensor (36). Dadurch ist der erste Gas-Photosensor (35) nur sensitiv für Strahlung in einem ersten Wellenlängen-Bereich, der zweite Gas-Photosensor (37) nur sensitiv für Strahlung in einem zweiten Wellenlängen-Bereich und der Referenz-Photosensor (36) nur sensitiv für Strahlung in einem Referenz-Wellenlängen-Bereich. Die drei Wellenlängen-Bereiche sind voneinander beabstandet. Eine Auswerteeinheit (10) wertet Signale [Sig(35), Sig(36), Sig(37)] von den drei Photosensoren (35, 36, 37) aus und führt hierbei drei Paarvergleiche durch, um zu entscheiden, ob das Zielgas vorliegt oder nicht.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Gas-Detektionsvorrichtung zum Detektieren eines Gases in einem zu überwachenden Bereich, wobei die Gas-Detektionsvorrichtung mehrere Photosensoren und eine Filter-Anordnung umfasst. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Überwachen eines Bereichs auf ein Gas unter Verwendung einer solchen Gas-Detektionsvorrichtung. Das zu detektierende Gas wird oft auch als „Zielgas“ bezeichnet.
  • In einer Raffinerie oder einer sonstigen Produktionsanlage oder Lagerhalle oder Transportfahrzeug muss das in der Regel unerwünschte Ereignis detektiert werden, dass ein explosives Gas, insbesondere Methan oder ein sonstiges Gas mit kurzkettigen Alkanen, oder ein toxisches Gas austritt. Das Ereignis, dass ein explosives oder toxisches Gas ausgetreten ist, muss rasch und zuverlässig detektiert werden, um unverzüglich eine geeignete Maßnahme auslösen zu können und damit insbesondere eine Explosion oder einen Brand oder eine Vergiftung eines Lebewesens zu vermeiden.
  • Oft wird photoelektrisch arbeitende Gas-Detektionsvorrichtung eingesetzt, um ein explosives Zielgas zu detektieren. Eine solche Gas-Detektionsvorrichtung umfasst typischerweise eine Strahlungsquelle, die elektromagnetische Strahlung in einen zu überwachenden Bereich hinein emittiert, sowie mindestens einen Photosensor, auf den ein Teil der emittierten Strahlung auftrifft, nachdem die Strahlung den Bereich durchdrungen hat, wobei der Photosensor abhängig von der Intensität von auftreffender elektromagnetischer Strahlung ein Signal erzeugt. Eine Auswerteeinheit wertet das jeweilige Signal von dem oder jedem Photosensor der Gas-Detektionsvorrichtung aus und erzeugt ein Detektionsergebnis, beispielsweise einen Alarm, falls das Zielgas vorhanden ist, oder eine Schätzung für die Konzentration des Zielgases. Auch die erfindungsgemäße Gas-Detektionsvorrichtung arbeitet auf diese Weise.
  • Viele aus dem Stand der Technik bekannte Gas-Detektionsvorrichtungen nutzen folgendes Prinzip: Ein Zielgas in dem zu überwachenden Bereich, welches detektiert werden soll, schwächt in mindestens einem vorab bekannten und vorgegebenen Wellenlängen-Bereich die emittierte elektromagnetische Strahlung ab oder absorbiert sie sogar vollständig. Diese Abschwächung oder vollständige Absorption führt zu einem veränderten Signal des oder eines Photosensors - verglichen mit einem Zustand ohne dem zu detektierenden Zielgas. Die Auswerteeinheit entdeckt automatisch diese Veränderungen in dem Signal. Die erfindungsgemäße Gas-Detektionsvorrichtung arbeitet ebenfalls nach diesem Prinzip.
  • Möglich ist, dass die erfindungsgemäße Gas-Detektionsvorrichtung einen Raum in einem Gebäude überwacht. In einer möglichen Anwendung der erfindungsgemäßen Gas-Detektionsvorrichtung ist der zu überwachende Bereich hingegen nicht im Inneren eines Gebäudes angeordnet und oft nicht einmal überdacht, sondern befindet sich im Freien und ist daher verschiedenen sich verändernden Umgebungsbedingungen ausgesetzt, insbesondere Regen, Schnee, Nebel, Rauch und Staub (open path application). Nicht nur das zu detektierende Zielgas, sondern auch Wassertropfen und andere Partikel in der Luft können elektromagnetische Strahlung abschwächen. Gewünscht wird, die Abschwächung aufgrund von Wasser von der Abschwächung aufgrund eines zu detektierenden Zielgases zu unterscheiden, um zuverlässig das Zielgas zu detektieren und um außerdem eine hohe Anzahl von Fehlalarmen (false positive) zu verhindern.
  • Verschiedene Gas-Detektionsvorrichtungen, welche elektromagnetische Strahlung emittieren und Signale auswerten, die von Photodetektoren generiert worden sind, sind bekannt geworden.
  • WO 2014 / 113287 A1 zeigt eine Gas-Detektionsvorrichtung (open path gas detection system), die in einem Bereich (area 109) ein Zielgas zu entdecken vermag. Eine Strahlungsquelle (transmitter unit 105 with radiation source 114) emittiert eine Strahlung in den Bereich 109 hinein. Ein optischer Interferenzfilter, beispielsweise ein wavelength-division multiplexing filter oder ein beam splitter, teilt auftreffende Strahlung auf zwei Wellenlängen-Bereiche auf. Mehrere solche optischen Komponenten können kaskadiert angeordnet sein. Strahlung im ersten Wellenlängen-Bereich wird reflektiert, Strahlung im zweiten Wellenlängen-Bereich transmittiert. Zwei Detektoren 128a, 128b sowie optional zusätzliche Photodioden vermögen abhängig von der Intensität von auftreffender Strahlung jeweils ein Signal zu erzeugen.
  • Das Gas-Detektorsystem von DE 10 2012 007 561 A1 umfasst einen Sender 1 mit einer Lichtquelle 3, einen Referenzfilter 49', einen Analysefilter 43', einen Empfänger-Detektor 65, einen Referenz-Detektor 45 und einen Analyse-Detektor 39, vgl. 5. Der Referenzfilter 49' lässt denjenigen Wellenlängen-Bereich passieren, in dem ein Zielgas elektromagnetische Strahlung absorbiert, sowie einen Bereich mit kleineren Wellenlängen, und reflektiert den übrigen Teil des Lichts. Das vom Referenzfilter 49' reflektierte Licht trifft auf den Empfänger-Detektor 65 auf. Das transmittierte Licht trifft auf den Referenz-Detektor 45 auf.
  • Die Gas-Detektionsvorrichtung (non-dispersive infrared spectrophotometer) von US 2003 / 0 205 673 A1 umfasst eine Strahlungsquelle (source 11 for infrared energy), drei Photodetektoren 55, 57 und 59, mehrere Filter (dicroic mirrors 31, 33, narrow band pass filters 43, 45, 47) und eine Auswerteeinheit (signal processor). Der Bandpassfilter 43 vor dem Photodetektor 55 lässt Wellenlängen in einem ersten Bereich (carbon dioxide pass band 43f) passieren, der Bandpassfilter 45 vor dem Photodetektor 57 Wellenlängen in einem zweiten Bereich (nitrous oxide pass band 45f) und der Bandpassfilter 47 vor dem Photodetektor 59 Wellenlängen in einem Referenzbereich (reference pass band 47f).
  • Die Gas-Detektionsvorrichtung von DE 10 2016 108 544 A1 umfasst eine IR-Strahlungsquelle S, welche ein Strahlenbündel mit einem kontinuierlichen Spektrum aussendet, fünf Detektoren D1 bis D5 sowie einen Referenzdetektor 9 und fünf Bandpass-Interferenzfilter F1 bis F5. Ein zu überwachendes Gas dringt durch einen Gaseinlass 4 in einen Messbereich ein, der von der IR-Strahlung zickzackförmig durchdrungen wird, und verlässt den Bereich durch einen Gasauslass 5.
  • Die Vorrichtung von DE 20 2011 102 765 U1 umfasst eine Strahlungsquelle 4, die Licht in einem Infrarot-Wellenlängen-Bereich abstrahlt, einen Messdetektor 21, zwei Referenzdetektoren 25 und 27, ein Messwellenlängen-Filterelement 22 vor dem Messdetektor 21, zwei Referenzwellenlängen-Filterelemente 26 und 28 vor den Referenzdetektoren 25 bzw. 27, eine Auswerteeinrichtung 8, eine Alarmierungseinrichtung 18 und eine Anzeigeeinrichtung 15.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gas-Detektionsvorrichtung zum Detektieren eines Zielgases in einem zu überwachenden Bereich sowie ein Verfahren zum Überwachen eines Bereichs auf ein Zielgas bereitzustellen, wobei die Gas-Detektionsvorrichtung sowie das Verfahren zuverlässiger als bekannte Gas-Detektionsvorrichtungen und Verfahren ein bestimmtes vorgegebenes Zielgas zu detektieren vermögen.
  • Die Aufgabe wird durch eine Gas-Detektionsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gas-Detektionsvorrichtung sind, soweit sinnvoll, auch Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und umgekehrt.
  • Die erfindungsgemäße Gas-Detektionsvorrichtung umfasst
    • - eine Strahlungsquelle,
    • - einen ersten Gas-Photosensor,
    • - einen zweiten Gas-Photosensor,
    • - einen Referenz-Photosensor,
    • - eine Filter-Anordnung und
    • - eine signalverarbeitende Auswerteeinheit, die bevorzugt einen Prozessor und mindestens einen Datenspeicher umfasst.
  • Vorgegeben werden ein erster Wellenlängen-Bereich, ein zweiter Wellenlängen-Bereich und ein Referenz-Wellenlängen-Bereich. Zwischen dem ersten und dem zweiten Wellenlängen-Bereich tritt ein Abstand auf. Zwischen dem Referenz-Wellenlängen-Bereich und dem ersten Wellenlängen-Bereich sowie zwischen dem Referenz-Wellenlängen-Bereich und dem zweiten Referenz-Wellenlängen-Bereich tritt ebenfalls jeweils ein Abstand auf. Die Wellenlängen-Bereiche überlappen sich also nicht. Die Wellenlängen-Bereiche werden abhängig vom zu detektierenden Zielgas wie folgt vorgegeben: Das zu detektierende Zielgas schwächt elektromagnetische Strahlung sowohl im ersten Wellenlängen-Bereich als auch im zweiten Wellenlängen-Bereich stärker ab als Strahlung im Referenz-Wellenlängen-Bereich, und zwar mindestens dann, wenn die Konzentration des Zielgases oberhalb einer Nachweisgrenze liegt.
  • Die Strahlungsquelle vermag elektromagnetische Strahlung zu emittieren, beispielsweise Licht im sichtbaren Bereich oder ultraviolette oder InfrarotStrahlung. Die Wellenlängen der emittierten Strahlung überdecken alle drei Wellenlängen-Bereiche. Die Strahlungsquelle vermag die elektromagnetische Strahlung in einer Ausgestaltung permanent und in einer anderen Ausgestaltung gepulst zu emittieren. Die Pulsrate kann zeitlich konstant oder zeitlich veränderlich sein.
  • Jeder Photosensor vermag jeweils ein Signal zu erzeugen, bevorzugt ein elektrisches Signal, wobei das jeweils erzeugte Signal von der Intensität von elektromagnetischer Strahlung abhängt, welche auf den Photosensor auftrifft. In der Regel ist der Wert des Signals umso größer, je größer die Intensität der aktuell auftreffenden Strahlung ist.
  • Die Auswerteeinheit steht in jeweils einer Datenverbindung mit den drei Photosensoren und vermag die drei Signale von den drei Photosensoren zu empfangen und automatisch auszuwerten. Über diese Datenverbindungen lassen sich Signale kabelgebunden und / oder drahtlos, insbesondere per Funkwellen, an die Auswerteeinheit übermitteln. Die beiden Signale von zwei verschiedenen Photodetektoren können über dieselbe Datenverbindung an die Auswerteeinheit übermittelt werden.
  • Die erfindungsgemäße Gas-Detektionsvorrichtung ist dazu ausgestaltet, wie folgt zu arbeiten, und das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
    • - Die Strahlungsquelle emittiert elektromagnetische Strahlung in einen räumlichen Bereich hinein, der auf das Vorhandensein des vorgegebenen und zu detektierenden Gases (des „Zielgases“) überwacht werden soll. Dieser Bereich kann insbesondere ein Raum in einem Gebäude Fahrzeug oder aber ein Bereich außerhalb eines Gebäudes sein.
    • - Die emittierte Strahlung durchdringt wenigstens einmal den Bereich. Möglich ist, dass die Strahlung mindestens einmal gespiegelt wird und den Bereich daher mehrmals durchdringt, wodurch der optische Weg verlängert wird.
    • - Falls das zu detektierende Zielgas in dem Bereich vorhanden ist, so schwächt es die emittierte elektromagnetische Strahlung im ersten und / oder im zweiten Wellenlängen-Bereich ab, wobei die Intensität der Abschwächung in der Regel mit der Wellenlänge der emittierten Strahlung variiert, optional zusätzlich von Umgebungsbedingungen. In der Regel hängt die Abschwächung zusätzlich von der Konzentration des Zielgases ab.
    • - Zumindest dann, wenn kein Gas, welches elektromagnetische Strahlung abschwächt, in dem zu überwachenden Bereich vorhanden ist, durchdringt wenigstens ein Teil der emittierten elektromagnetischen Strahlung den zu überwachenden Bereich und trifft auf die Filter-Anordnung auf.
    • - Die Filter-Anordnung verteilt auftreffende elektromagnetische Strahlung auf die drei Photosensoren, wobei das Verteilen der Strahlung von der Wellenlänge abhängt. Dadurch trifft auf jeden Photosensor nur jeweils Strahlung in einem bestimmten Wellenlängen-Bereich auf. Genauer gesagt: Außerhalb dieses Wellenlängen-Bereichs liegt die Intensität der auf den Photosensor auftreffenden Strahlung unterhalb einer vorgegebenen Intensitäts-Schranke, und zwar sowohl dann, wenn das zu detektierende Zielgas in dem Bereich vorhanden ist, als auch dann, wenn es nicht vorhanden ist. Dieser Wellenlängen-Bereich unterscheidet sich von Photosensor zu Photosensor.
    • - Jeder Photosensor erzeugt abhängig von der Intensität der auftreffenden Strahlung jeweils ein Signal.
    • - Die Auswerteeinheit empfängt diese drei Signale und wertet sie automatisch aus.
  • Die Filter-Anordnung verteilt die elektromagnetische Strahlung so auf die Photosensoren, dass wenigstens dann, wenn in dem zu überwachenden Bereich kein Gas vorhanden ist, welches elektromagnetische Strahlung abzuschwächen vermag, folgendes Ergebnis erzielt wird:
    • - Der im ersten Wellenlängen-Bereich liegende Anteil der auftreffenden Strahlung trifft mit einer Intensität oberhalb einer vorgegebenen Intensitäts-Schranke auf den ersten Gas-Photosensor auf, während Strahlung außerhalb des ersten Wellenlängen-Bereichs nicht oder nur mit einer Intensität unterhalb dieser Intensitäts-Schranke auf den ersten Gas-Photosensor auftrifft.
    • - Der im zweiten Wellenlängen-Bereich liegende Anteil der auftreffenden Strahlung trifft mit einer Intensität oberhalb einer vorgegebenen Intensitäts-Schranke auf den zweiten Gas-Photosensor auf, während Strahlung außerhalb des zweiten Wellenlängen-Bereichs nicht oder nur mit einer Intensität unterhalb dieser Intensitäts-Schranke auf den zweiten Gas-Photosensor auftrifft.
    • - Der im Referenz-Wellenlängen-Bereich liegende Anteil der auftreffenden Strahlung trifft mit einer Intensität oberhalb einer vorgegebenen Intensitäts-Schranke auf den Referenz-Photosensor auf, während Strahlung im ersten Wellenlängen-Bereich und Strahlung im zweiten Wellenlängen-Bereich nicht oder nur mit einer Intensität unterhalb dieser Intensitäts-Schranke auf den Referenz-Photosensor auftrifft.
  • Wenn das zu detektierende Zielgas vorhanden ist, kann die Strahlung im ersten und / oder im zweiten Wellenlängen-Bereich hingegen bis unterhalb der Intensitäts-Schranke abgeschwächt werden. Auch ein anderes Gas oder Wassertröpfchen oder Partikel im zu überwachenden Bereich können Strahlung im ersten und / oder im zweiten Wellenlängen-Bereich abschwächen.
  • Die Auswerteeinheit empfängt die Signale von den drei Photosensoren und vergleicht die empfangenen Signale der drei Photosensoren automatisch miteinander. In einer Alternative der Erfindung entscheidet die Auswerteeinheit abhängig vom Ergebnis dieses Vergleichs automatisch, ob das Zielgas in dem zu überwachenden Bereich vorhanden ist oder nicht. In einer anderen Alternative ermittelt die Auswerteeinheit abhängig vom Ergebnis des Vergleichs genau oder wenigstens näherungsweise die Konzentration des Zielgases in dem zu überwachenden Bereich. Die beiden Alternativen lassen sich miteinander kombinieren.
  • Falls die Auswerteeinheit entschieden hat, dass das zu detektierende Zielgas vorhanden ist, so löst die Auswerteeinheit bevorzugt einen Alarm auf einer räumlich entfernten Alarmeinheit aus und / oder gibt eine Meldung in einer von einem Menschen wahrnehmbaren Form aus, beispielsweise visuell, akustisch oder taktil (indem Vibrationen erzeugt werden). In einer Ausgestaltung gibt die Gas-Detektionsvorrichtung die ermittelte Konzentration des Zielgases in einer von einem Menschen wahrnehmbaren Form aus, beispielsweise auf einer Anzeigeeinheit der Gas-Detektionsvorrichtung selber oder auf einer räumlich entfernten Anzeigeeinheit.
  • Die Erfindung nutzt ein bereits aus dem Stand der Technik bekanntes Prinzip, nämlich das folgende: Eine Strahlungsquelle strahlt elektromagnetische Strahlung in einen zu überwachenden Bereich hinein. Wenigstens ein Teil der Strahlung durchdringt den Bereich und trifft auf einen Gas-Photosensor auf, der in einem bestimmten Wellenlängen-Bereich besonders sensitiv ist. Ein zu detektierendes Zielgas absorbiert in diesem Wellenlängen-Bereich einen Teil der elektromagnetischen Strahlung, und der Gas-Photosensor entdeckt diese Abschwächung. Außerdem trifft die Strahlung auf einen Referenz-Photosensor auf, der in einem anderen Wellenlängen-Bereich besonders sensitiv ist. Falls das Zielgas vorhanden ist, so detektiert der Gas-Photosensor eine stärkere Abschwächung als der Referenz-Photosensor, ansonsten liefern die beiden Photosensoren ähnliche Signale. In vielen Fällen wirken veränderliche Umgebungsbedingungen etwa gleichartig auf das Signal vom Gas-Photosensor und auf das Signal vom Referenz-Photosensor ein, sodass sich mithilfe des Signals vom Referenz-Photosensor der Einfluss der Umgebungsbedingungen bis zu einem gewissen Grad rechnerisch kompensieren lässt.
  • Das Prinzip, die Abschwächung von elektromagnetischer Strahlung durch das Zielgas zu messen, vermeidet die Notwendigkeit, eine Chemikalie einzusetzen, welche sich unter dem Einfluss eines zu detektierenden Zielgases verändert, wobei die Veränderung der Chemikalie das Vorhandensein des zu detektierenden Zielgases signalisiert und sich messen lässt. Eine solche Chemikalie muss während des Einsatzes stets in ausreichender Menge vorhanden sein und darf natürlich für einen Menschen nicht schädlich sein.
  • Einerseits wird gewünscht, dass eine Gas-Detektionsvorrichtung mit hoher Sicherheit das zu detektierende Zielgas tatsächlich automatisch zu entdecken vermag. Dieses Zielgas ist beispielsweise brennbar oder giftig oder aus einem anderen Grund für Menschen schädlich, und ein Austreten dieses Zielgases in den zu überwachenden Bereich hinein soll oder muss in vielen Fällen rasch und sicher erkannt werden. Andererseits wird gewünscht, dass nur relativ wenige Fehlalarme auftreten. Nur relativ selten soll also das Ereignis eintreten, dass die Gas-Detektionsvorrichtung das Vorhandensein des zu detektierenden Zielgases meldet, obwohl dieses Zielgas nicht oder wenigstens nicht mit einer relevanten Konzentration in dem Bereich vorhanden ist.
  • In vielen Anwendungen ist der zu überwachende Bereich Umgebungseinflüssen ausgesetzt, beispielsweise dem Wetter oder sonstigen Partikeln in der Luft, insbesondere wenn der Bereich im Freien angeordnet ist. Insbesondere dann, wenn der Bereich Umgebungseinflüssen ausgesetzt ist, können Flüssigkeitstropfen und Staubpartikel und andere Substanzen, welche ebenfalls elektromagnetische Strahlung absorbieren, in den zu überwachenden Bereich gelangen. Diese absorbierenden, aber in der Regel unschädlichen Substanzen brauchen nicht detektiert zu werden und sollen in der Regel keinen Alarm auslösen. Da sie aber Detektionsergebnisse verfälschen können, werden sie im Folgenden pauschal „Verschmutzung“ genannt. Eine Abschwächung der elektromagnetischen Strahlung kann also von dem zu detektierenden Zielgas oder auch ausschließlich von einer Verschmutzung, die nicht schädlich ist und daher keinen Alarm auslösen soll, oder durch eine Kombination von beidem verursacht werden. Außerdem ist es möglich, dass die Intensität der elektromagnetischen Strahlung, welche die Strahlungsquelle emittiert, oder die Sensitivität eines Photosensors sich im Laufe der Zeit ändert, insbesondere abnimmt. Die variierende Intensität der Strahlungsquelle wird beispielsweise durch eine Alterung oder sonstige Abnutzung der Strahlungsquelle selber oder einer Spannungsversorgungseinheit der Gas-Detektionsvorrichtung oder durch eine Verschmutzung der Strahlungsquelle verursacht.
  • Die gerade beschriebene Verschmutzung und die Abnutzung wirken sich in vielen Fällen auf die drei Signale der drei Photosensoren etwa gleichartig aus. Das Signal von dem Referenz-Photosensor lässt sich dafür verwenden, um das Vorhandensein einer Verschmutzung und die Auswirkung einer Abnutzung von dem Vorhandensein des Zielgases unterscheiden zu können. In vielen Fällen lässt sich das Signal von dem Referenz-Photosensor auch dafür verwenden, um den Einfluss von Umgebungsbedingungen und von Abnutzung auf die beiden Signale von den beiden Gas-Photosensoren bis zu einem gewissen Grade rechnerisch zu kompensieren.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist mindestens ein Referenz-Vergleichs-Ergebnis in einer von einem Rechner auswertbaren Form vorgegeben. Dieses Referenz-Vergleichs-Ergebnis beschreibt ein Ergebnis, welches zu erwarten ist, wenn in dem zu überwachenden Bereich kein Gas vorhanden ist, welches elektromagnetische Strahlung abschwächt, wobei die Auswerteeinheit in diesem Fall das Referenz-Vergleichs-Ergebnis automatisch zu detektieren vermag. Abhängig vom Ergebnis, den der Vergleich der drei Signale von den drei Photosensoren geliefert hat, und abhängig von dem oder mindestens einem vorgegebenen Referenz-Vergleichs-Ergebnis entscheidet die Auswerteeinheit automatisch, ob in dem zu überwachenden Bereich das zu detektierende Zielgas vorhanden ist oder nicht. Die Auswerteeinheit entscheidet mindestens dann, dass das Zielgas vorhanden ist, wenn der Vergleich folgendes Ergebnis liefert: Das Signal vom ersten Gas-Photosensor und / oder das Signal vom zweiten Gas-Photosensor ist in Relation zu dem Signal von dem Referenz-Photosensor stärker abgeschwächt als beim Referenz-Vergleichs-Ergebnis. Anders formuliert: Das Zielgas ist detektiert, wenn die Signalstärke von dem ersten Gas-Photosensor-Signal und / oder dem zweiten Gas-Photosensor-Signal relativ zur Signalstärke vom Referenz-Photosensor-Signal geringer ist, das Signal also stärker abgeschwächt ist, als dies gemäß dem Referenz-Vergleichs-Ergebnis bei einem Zustand frei von dem Zielgas und somit beim Referenz-Vergleichs-Ergebnis der Fall ist. Möglich ist, dass durch das Zielgas nur das Signal von einem Gas-Photosensor abgeschwächt ist. Möglich ist auch, dass die Signale von beiden Gas-Photosensoren abgeschwächt werden.
  • Gemäß dieser Ausgestaltung wird also ein Referenz-Vergleichs-Ergebnis vorgegeben. Dieses Referenz-Vergleichs-Ergebnis beschreibt, welches Ergebnis der Vergleich der drei Signale der drei Photosensoren hat, wenn das Zielgas nicht in dem Bereich vorhanden ist. Eine mögliche Ausgestaltung ist, dass bei Abwesenheit von Zielgas alle drei Photosensoren das gleiche Signal liefern. Möglich ist aber auch, dass die drei Photosensoren insgesamt mindestens zwei unterschiedliche Messprinzipien verwenden und daher auch dann, wenn kein Gas, welches Strahlung abschwächt, vorhanden ist, sich mindestens zwei Signale voneinander unterscheiden, und zwar aufgrund der Konstruktion der Gas-Detektionsvorrichtung. Diesen Unterschied bei einem Zustand frei von dem Zielgas beschreibt das Referenz-Vergleichs-Ergebnis.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren vermögen in vielen Fällen mit größerer Sicherheit das Vorhandensein des zu detektierenden Zielgases bei weniger Fehlalarmen zu detektieren als bekannte Vorrichtungen und Verfahren. Ein Grund hierfür wird im Folgenden erläutert.
  • Die Erfindung macht Gebrauch von der Tatsache, dass viele zu detektierende Gase, insbesondere Kohlenwasserstoffe wie Methan, Propan und Ethylen, elektromagnetische Strahlung in mindestens zwei verschiedenen Wellenlängen-Bereichen abschwächen, wobei zwischen diesen beiden Wellenlängen-Bereichen ein Abstand auftritt, also ein Zwischen-Wellenlängen-Bereich, in welchem das Zielgas elektromagnetische Strahlung praktisch nicht oder jedenfalls deutlich weniger abschwächt. Diese beiden absorbierenden Wellenlängen-Bereiche werden als der erste bzw. der zweite Wellenlängen-Bereich der Erfindung verwendet und sind zueinander disjunkt. „Abschwächung“ bedeutet eine Absorption der Strahlung mit einem Absorptionsgrad oberhalb einer vorgegebenen Nachweis-Schranke. Zwischen diesen beiden Wellenlängen-Bereichen tritt erfindungsgemäß ein Abstand auf, also der Zwischen-Wellenlängen-Bereich. In diesem Zwischen-Wellenlängen-Bereich schwächt das zu detektierende Zielgas die Strahlung weniger stark ab als in dem ersten und in dem zweiten Wellenlängen-Bereich. Der Referenz-Wellenlängen-Bereich kann in diesem Zwischen-Wellenlängen-Bereich liegen.
  • In der Regel ist vorgegeben, auf welches Zielgas der Bereich überwacht werden soll, und für die beim Betrieb in Betracht kommenden Konzentrationen ist bekannt, wie stark dieses Zielgas elektromagnetische Strahlung abschwächt. Diese Abschwächung hängt in der Regel von der Wellenlänge λ der emittierten elektromagnetischen Strahlung ab. Somit ist in der Regel bekannt, wie groß die Absorptionsrate und damit der Transmissionsgrad dieses Zielgases abhängig von der Wellenlänge λ der Strahlung sind. Die beiden absorbierenden Wellenlängen-Bereiche sind in der Regel ebenfalls dadurch bekannt, dass das Zielgas vorgegeben ist und dessen Absorptionsverhalten bekannt ist.
  • Die Filter-Anordnung determiniert die Wellenlängen-Bereiche, in welchen die Photosensoren sensitiv sind. Möglich, aber in vielen Fällen nicht erforderlich ist, die Photosensoren an das Zielgas anzupassen. Ausreichend ist, die Filter-Anordnung anzupassen.
  • Die erfindungsgemäße Gas-Detektionsvorrichtung, insbesondere die Filter-Anordnung, lässt sich nach Vorgabe eines zu detektierenden Zielgases so ausgestalten und kalibrieren, dass dieses zu detektierende Zielgas elektromagnetische Strahlung sowohl im ersten als auch im zweiten Wellenlängen-Bereich der Filter-Anordnung oberhalb der Nachweis-Schranke abschwächt, aber nicht im Referenz-Wellenlängen-Bereich. In der Regel ist bekannt, wie stark das Zielgas im ersten Wellenlängen-Bereich und wie stark im zweiten Wellenlängen-Bereich elektromagnetische Strahlung absorbiert und dadurch abschwächt und wie sensitiv die beiden Gas-Photosensoren für auftreffende Strahlung jeweils sind. Die Abschwächung hängt in der Regel von der Konzentration des Zielgases ab und kann auch von Umgebungseinflüssen abhängen. Die beiden Wellenlängen-Bereiche lassen sich hingegen in vielen Fällen so festlegen, dass das Zielgas in jeder in der Praxis vorkommenden Konzentration nur in diesen Wellenlängen-Bereichen die Strahlung in detektierbarer Weise abschwächt.
  • Möglich ist, dass nicht nur das Zielgas, sondern auch eine Verschmutzung des zu überwachenden Bereichs oder eine Alterung oder Verschmutzung der Strahlungsquelle dazu führt, dass Strahlung im ersten Wellenlängen-Bereich oder Strahlung im zweiten Wellenlängen-Bereich signifikant abgeschwächt wird. In der Regel wird die Strahlung aber nicht in beiden Wellenlängen-Bereichen signifikant abgeschwächt. Eine Gas-Detektionsvorrichtung mit einem einzigen Gas-Photosensor für dieses Zielgas, der zwangsläufig nur in einem einzigen Wellenlängen-Bereich sensitiv ist, könnte in diesem Fall eine Abschwächung des Signals aufgrund einer Verschmutzung oder Alterung in vielen Fällen nicht sicher genug von einer Abschwächung aufgrund des zu detektierenden Zielgases unterscheiden. Gerade in dieser Situation liefert die erfindungsgemäße Gas-Detektionsvorrichtung eine höhere Zuverlässigkeit, weil in der Regel eine Verschmutzung im zu überwachenden Bereich oder eine Alterung der Strahlungsquelle nicht sowohl im ersten Wellenlängen-Bereich als auch im zweiten Wellenlängen-Bereich eine ähnlich starke Abschwächung wie das zu detektierende Zielgas erzeugt und außerdem noch im Referenz-Wellenlängen-Bereich keine relevante Abschwächung. Zu dieser höheren Zuverlässigkeit tragen die Abstände zwischen den Wellenlängen-Bereichen bei.
  • Bekannt geworden sind Gas-Detektionsvorrichtungen, die mindestens zwei verschiedene Photosensoren für unterschiedliche Wellenlängen-Bereiche umfassen, wobei jeder Photosensor jeweils einem zu detektierenden Zielgas zugeordnet ist und besonders sensitiv in demjenigen Wellenlängen-Bereich ist, in dem dieses Zielgas elektromagnetische Strahlung stark abschwächt. Eine solche Gas-Detektionsvorrichtung vermag also mindestens zwei unterschiedliche Zielgase zu detektieren. Auch bei dieser bekannten Ausgestaltung ist hingegen für jedes Zielgas nur jeweils ein Photosensor und optional ein Referenz-Photosensor vorhanden, aber nicht wie bei dem erfindungsgemäßen Gas-Detektionsvorrichtung zwei verschiedene Photosensoren für dasselbe Zielgas. Bei einer solchen bekannten Gas-Detektionsvorrichtung kann eine Verschmutzung also häufiger zu einem Fehlalarm oder aber dazu, dass ein Zielgas nicht detektiert wird, führen.
  • Die erfindungsgemäße Gas-Detektionsvorrichtung bietet eine erhöhte Zuverlässigkeit und außerdem Redundanz: Sie vermag das Zielgas in vielen Fällen auch dann noch zu detektieren, wenn einer der beiden Photosensoren verschmutzt oder defekt oder nicht mit der Auswerteeinheit verbunden ist oder wenn zwar alle Photosensoren intakt sind, aber aufgrund einer besonderen Umgebungsbedingung das zu detektierende Zielgas nur in einem der beiden Wellenlängen-Bereiche elektromagnetische Strahlung signifikant abschwächt.
  • Erfindungsgemäß werden die Signale des ersten Gas-Photosensors nur von einer Abschwächung der elektromagnetischen Strahlung im ersten Wellenlängen-Bereich beeinflusst, die Signale des zweiten Gas-Photosensors nur von einer Abschwächung im zweiten Wellenlängen-Bereich und die Signale des Referenz-Photosensors nur von einer Abschwächung im Referenz-Wellenlängen-Bereich. Dies wird im Wesentlichen durch die Filter-Anordnung bewirkt. Möglich, aber dank der erfindungsgemäßen Filter-Anordnung nicht erforderlich ist es, unterschiedliche Photosensoren einzusetzen, insbesondere Photosensoren mit unterschiedlichen Sensitivitäten für die drei Wellenlängen-Bereiche. Im Laufe der Zeit kann sich die Sensitivität eines Photosensors ändern, sodass eine Gas-Detektionsvorrichtung, die stark von den Sensitivitäten der Photosensoren abhängt, relativ rasch altert und / oder relativ häufig nachjustiert werden muss. Die erfindungsgemäße Gas-Detektionsvorrichtung verändert ihre sensorischen Eigenschaften hingegen nur relativ langsam. Dadurch ist seltener eine Nachjustierung erforderlich.
  • Bei vielen bekannten Gas-Detektionsvorrichtungen stehen der Auswerteeinheit Signale von nur zwei Photosensoren zur Verfügung, nämlich von einem Gas-Photosensor, der auf die Abschwächung von Strahlung durch ein zu detektierendes Zielgas reagiert, sowie von einem Referenz-Photosensor, der gar nicht oder weniger für diese Abschwächung sensitiv ist und mit dessen Signal sich Umgebungseinflüsse rechnerisch kompensieren lassen. Erfindungsgemäß stehen der Auswerteeinheit hingegen gleichzeitig Signale von drei Photosensoren zur Verfügung, darunter Signale von zwei Gas-Photosensoren, die eine Abschwächung in zwei verschiedenen Wellenlängen-Bereichen zu detektieren vermögen, wobei zwischen diesen beiden Wellenlängen-Bereichen ein Abstand auftritt und wobei in der Regel das zu detektierende Zielgas in beiden Wellenlängen-Bereichen jeweils eine Abschwächung bewirkt. Dadurch erzeugt die erfindungsgemäße Gas-Detektionsvorrichtung in vielen Fällen weniger Fehlalarme, insbesondere bei einer Verschmutzung des zu überwachenden Bereichs, verglichen mit bekannten Vorrichtungen.
  • Außerdem ist die erfindungsgemäße Gas-Detektionsvorrichtung weniger empfindlich gegen eine allmähliche Veränderung der Intensität oder einer sonstigen Eigenschaft der elektromagnetischen Strahlung, welche die Strahlungsquelle emittiert, also weniger empfindlich gegen Alterung. Eine solche allmähliche Veränderung kann beispielsweise durch eine Alterung oder Verschmutzung der Strahlungsquelle oder durch eine Veränderung einer Spannungsversorgungseinheit für die Strahlungsquelle auftreten. Diese allmähliche Veränderung wirkt sich in der Regel relativ gleichartig auf die Intensitäten aus, welche die drei Photosensoren erkennen, und lässt sich daher bis zu einem gewissen Grad rechnerisch kompensieren - genauer: Trotz der allmählichen Veränderung wird ein Zielgas mit ausreichend hoher Zuverlässigkeit detektiert und von einer Verschmutzung unterschieden. Nicht erforderlich ist, eine allmähliche Veränderung der Strahlungsquelle quantitativ zu messen. Die erfindungsgemäße Gas-Detektionsvorrichtung ist auch weniger empfindlich gegen eine allmähliche Veränderung eines Photosensors z.B. aufgrund von Alterung oder allmählicher Verschmutzung.
  • Möglich ist, dass ein Gas-Photosensor ausfällt oder dass aufgrund einer Blockade oder Verschmutzung überhaupt keine Strahlung mehr auf einen Gas-Photosensor auftrifft. Die erfindungsgemäße Gas-Detektionsvorrichtung vermag diese Situation in vielen Fällen automatisch zu erkennen, insbesondere weil die beiden Signale von den beiden Gas-Photosensoren sich vergleichen lassen. Außerdem vermag die Gas-Detektionsvorrichtung häufig auch beim Ausfall eines Photosensors noch das Zielgas zu detektieren, wenn auch in vielen Fällen mit einer geringeren Zuverlässigkeit und / oder mit mehr Fehlalarmen.
  • Erfindungsgemäß umfasst die Gas-Detektionsvorrichtung einen ersten Gas-Photosensor, auf den Strahlung im ersten Wellenlängen-Bereich auftrifft, und einen zweiten Gas-Photosensor, auf den Strahlung im zweiten Wellenlängen-Bereich auftritt. Die Erfindung ermöglicht es, als die beiden Gas-Photosensoren zwei unterschiedliche Photosensoren zu verwenden, wobei die beiden unterschiedlichen Photosensoren an diese beiden Wellenlängen-Bereiche angepasst sind und dort jeweils eine ausreichend hohe Sensitivität bei guter Zuverlässigkeit aufweisen. Möglich ist auch, zwei gleichartige Photosensoren als die beiden Gas-Photosensoren zu verwenden. Der Referenz-Photosensor kann genauso wie mindestens ein Gas-Photosensor aufgebaut sein oder sich von beiden Gas-Photosensoren unterscheiden.
  • Erfindungsgemäß wertet die Auswerteeinheit automatisch die drei Signale von den drei Photosensoren aus, um zu entscheiden, ob das Zielgas vorliegt oder nicht, oder um die Zielgas-Konzentration zu ermitteln. Beim Auswerten der Signale von den drei Photosensoren führt die Auswerteeinheit bevorzugt automatisch folgende Schritte durch:
    • - Die Auswerteeinheit führt für jedes Paar von zwei Photosensoren jeweils einen Paarvergleich durch, insgesamt also drei Paarvergleiche, nämlich einen Paarvergleich für den ersten und den zweiten Gas-Photosensor, einen Paarvergleich für den ersten Gas-Photosensor und den Referenz-Photosensor und einen Paarvergleich für den zweiten Gas-Photosensor und den Referenz-Photosensor.
    • - Bei jedem Paarvergleich vergleicht die Auswerteeinheit die beiden Signale von den beiden Photosensoren des Paarvergleichs miteinander.
    • - Abhängig vom Ergebnis dieser drei Paarvergleiche entscheidet die Auswerteeinheit, ob im zu überwachenden Bereich das zu detektierende Zielgas vorhanden ist oder nicht.
  • Die Auswerteeinheit ist dazu ausgestaltet, diese Schritte automatisch durchzuführen. Beispielsweise ist die Auswerteeinheit entsprechend programmiert.
  • Bei vielen bekannten Vorrichtungen und Verfahren werden die Signale eines Gas-Photosensors mit den Signalen eines Referenz-Photosensors verglichen. Hierbei wird also ein einziger Vergleich durchgeführt, um zu entscheiden, ob in dem zu überwachenden Bereich ein Zielgas vorhanden ist oder nicht. Gemäß der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden hingegen drei Paarvergleiche durchgeführt, und zwar bevorzugt erneut zu jedem Abtast-Zeitpunkt, zu dem ein Ergebnis vorliegen soll. Dies ist möglich, weil erfindungsgemäß drei Photosensoren für dasselbe Zielgas vorhanden sind und nicht nur zwei. Bei jedem Paarvergleich werden Signale von jeweils zwei Photosensoren miteinander verglichen, nämlich
    • - die Signale vom ersten und vom zweiten Gas-Photosensor,
    • - die Signale vom ersten Gas-Photosensor und vom Referenz-Photosensor sowie
    • - die Signale vom zweiten Gas-Photosensor und vom Referenz-Photosensor.
  • Falls im Bereich das zu detektierende Zielgas vorhanden ist, so werden in der Regel sowohl das Signal vom ersten Gas-Photosensor als auch das Signal vom zweiten Gas-Photosensor abgeschwächt. Im Idealfall wird das Signal des Referenz-Photosensors überhaupt nicht abgeschwächt. In der Praxis wird das Referenz-Signal häufig aufgrund von Verschmutzungen ebenfalls abgeschwächt, jedoch weniger stark als die Signale der beiden Gas-Photosensoren oder wenigstens weniger stark als das Signal eines Gas-Photosensors. Durch die drei Paarvergleiche lässt sich diese signifikante Abschwächung der Signale mindestens eines Gas-Photosensors entdecken und automatisch von einer Abschwächung nur aufgrund einer Verschmutzung unterscheiden. Außerdem lässt sich entdecken, wenn nur ein Gas-Photosensor-Signal signifikant abgeschwächt wird, was oft ein Indiz für eine Verschmutzung oder einen Ausfall oder eine Blockade ist. Die Unterscheidung zwischen einer Abschwächung aufgrund des zu detektierenden Zielgases und einer Abschwächung aufgrund einer Verschmutzung wird dadurch verbessert, dass zwischen den Wellenlängen-Bereichen jeweils ein Abstand auftritt und das zu detektierende Zielgas die Abschwächung gerade in dem ersten und dem zweiten Wellenlängen-Bereich bewirkt, aber überhaupt nicht oder wenigstens weniger stark in dem Referenz-Wellenlängen-Bereich.
  • Falls das zu detektierende Zielgas nicht vorhanden ist, so werden in aller Regel die Signale von den beiden Gas-Photosensoren nicht signifikant stärker abgeschwächt als die Signale des Referenz-Photosensors. Idealerweise, d.h. falls weder das Zielgas noch eine Verschmutzung noch eine Abnutzung oder Alterung vorliegen, liefert der Paarvergleich für die beiden Gas-Photosensoren stets das gleiche Ergebnis, welches nur von der Auslegung der Gas-Detektionsvorrichtung abhängt. In vielen Fällen hat die Konzentration des Zielgases einen nur relativ geringen Einfluss auf den Paarvergleich für die beiden Gas-Photosensoren. In der Praxis bewirkt eine Verschmutzung entweder eine geringere Abschwächung in dem ersten und / oder in dem zweiten Wellenlängen-Bereich verglichen mit dem zu detektierenden Zielgas. Oder die Verschmutzung schwächt Strahlung in allen drei Wellenlängen-Bereichen und damit Signale aller drei Photosensoren ab, schwächt die Strahlung und damit die Signale aber in unterschiedlichen Maßen ab.
  • In einer Ausgestaltung wird mindestens ein Soll-Ergebnis für den Paarvergleich zwischen den beiden Signalen der beiden Gas-Photosensoren vorgegeben. Dieses Soll-Ergebnis wird beispielsweise dann erzielt, wenn der zu überwachende Bereich frei von einer Verschmutzung und frei von dem zu detektierenden Zielgas ist oder zwar frei von einer Verschmutzung ist, aber das Zielgas in einer bestimmten Konzentration aufweist. Das tatsächliche Ergebnis dieses Soll-Ergebnisses des Paarvergleichs hängt zwar von der Konzentration des zu detektierenden Zielgases ab. Ein tatsächliches Ergebnis, welches stark von dem Soll-Ergebnis abweicht, wird aber in vielen Fällen von einer Verschmutzung des zu überwachenden Bereichs verursacht, wobei diese Verschmutzung sich auf den ersten Wellenlängen-Bereich deutlich stärker oder deutlich schwächer auswirkt als auf den zweiten Wellenlängen-Bereich. Anders formuliert: Eine mögliche Verschmutzung beeinflusst das Ergebnis des Paarvergleichs zwischen den beiden Gas-Photosensor-Signalen in vielen Fällen stärker als die Konzentration des Zielgases. Das tatsächliche Ergebnis dieses Paarvergleichs lässt sich dafür verwenden, um die Auswirkung dieser Verschmutzung auf das Ergebnis der übrigen beiden Paarvergleiche bis zu einem gewissen Grade rechnerisch zu kompensieren und trotz einer relevanten Verschmutzung das Vorhandensein des Zielgases sicher von dieser Verschmutzung zu unterscheiden. Bei einer Gas-Detektionsvorrichtung mit nur einem Gas-Photosensor wären ein solcher Paarvergleich und eine solche rechnerische Kompensation nicht oder wenigstens weniger sicher möglich.
  • Besonders bevorzugt bildet die Auswerteeinheit bei jedem Paarvergleich jeweils einen Quotienten zwischen zwei Signalwerten von den beiden beteiligten Photosensoren, bevorzugt zu jedem Abtast-Zeitpunkt erneut einen Quotienten. Diese Ausgestaltung erfordert - verglichen mit anderen möglichen Ausgestaltungen der Paarvergleiche - relativ wenig Rechenzeit.
  • Die elektromagnetische Strahlung, welche die Strahlungsquelle emittiert, überdeckt alle drei Wellenlängen-Bereiche. Bevorzugt wird die elektromagnetische Strahlung gepulst emittiert, insbesondere um Energie einzusparen. In einer Ausgestaltung überdeckt die Strahlung jedes Pulses alle drei Wellenlängen-Bereiche. In einer anderen Ausgestaltung wird in den Pulsen abwechselnd Strahlung im ersten Wellenlängen-Bereich, im zweiten Wellenlängen-Bereich und im Referenz-Wellenlängen-Bereich emittiert. Bei dieser Ausgestaltung verwendet die Auswerteeinheit die Signale, die bei mindestens drei Pulsen für die drei Wellenlängen-Bereiche erzeugt worden sind.
  • Erfindungsgemäß verteilt die Filter-Anordnung die auftreffende elektromagnetische Strahlung auf die drei Photosensoren, und zwar abhängig von den Wellenlängen. In einer Ausgestaltung umfasst die Filter-Anordnung einen ersten und einen zweiten optischen Filter. Gesehen in die Strahlungsrichtung ist der zweite optische Filter flussabwärts von dem ersten optischen Filter angeordnet. Der erste optische Filter befindet sich daher zwischen dem zu überwachenden Bereich und dem zweiten optischen Filter. Der erste optische Filter vermag elektromagnetische Strahlung im ersten Wellenlängen-Bereich zu reflektieren und elektromagnetische Strahlung außerhalb des ersten Wellenlängen-Bereichs zu transmittieren (durchzulassen). Die Strahlung, welche der erste optische Filter reflektiert hat, trifft auf den ersten Gas-Photosensor auf. Die Strahlung, welche der erste optische Filter transmittiert hat, trifft auf den zweiten optischen Filter auf.
  • In einer ersten Alternative dieser Ausgestaltung transmittiert der zweite optische Filter auftreffende elektromagnetische Strahlung im zweiten Wellenlängen-Bereich. Diese transmittierte Strahlung trifft auf den zweiten Gas-Photosensor auf. Der zweite Gas-Photosensor ist also flussabwärts von dem zweiten optischen Filter angeordnet. Auftreffende elektromagnetische Strahlung außerhalb des zweiten Wellenlängen-Bereichs reflektiert der zweite optische Filter. Diese reflektierte Strahlung trifft vollständig oder wenigstens teilweise auf den Referenz-Photosensor auf. Strahlung außerhalb des ersten und außerhalb des zweiten Wellenlängen-Bereichs wird also vom ersten optischen Filter transmittiert und vom zweiten reflektiert.
  • In einer zweiten Alternative dieser Ausgestaltung reflektiert der zweite optische Filter auftreffende elektromagnetische Strahlung im zweiten Wellenlängen-Bereich. Diese reflektierte Strahlung trifft auf den zweiten Gas-Photosensor auf. Auftreffende elektromagnetische Strahlung außerhalb des zweiten Wellenlängen-Bereichs transmittiert der zweite optische Filter. Diese transmittierte Strahlung trifft vollständig oder wenigstens teilweise auf den Referenz-Photosensor auf. Der Referenz-Photosensor ist also flussabwärts von dem zweiten optischen Filter angeordnet. Strahlung außerhalb des ersten und außerhalb des zweiten Wellenlängen-Bereichs wird also von beiden optischen Filtern transmittiert.
  • Anmerkung: In der Regel treten selbstverständlich beim Reflektieren und Transmittieren Strahlungsverluste auf. Die Begriffe „transmittieren“ und „reflektieren“ bedeuten nicht notwendigerweise eine 100-prozentige Transmission bzw. eine 100-prozentige Reflexion. Sie bedeuten vielmehr, dass ein größerer Teil der Strahlung in dem jeweiligen Wellenlängen-Bereich reflektiert als transmittiert bzw. ein größerer Anteil transmittiert als reflektiert wird.
  • Die gerade beschriebenen Ausgestaltung, bei der ein zweiter optischer Filter flussabwärts vom ersten optischen Filter angeordnet ist und beide optische Filter abhängig von der Wellenlänge transmittieren oder reflektieren, ermöglicht in vielen Fällen eine besonders kompakte Bauart der erfindungsgemäßen Gas-Detektionsvorrichtung. Dieser Vorteil wird insbesondere deshalb erzielt, weil die Abmessung der Gas-Detektionsvorrichtung senkrecht zu der Richtung, in welcher elektromagnetische Strahlung auf den ersten optischen Filter auftrifft, relativ gering gehalten werden kann. Außerdem reicht es aus, wenn die elektromagnetische Strahlung stark fokussiert ist, also nur innerhalb einer relativ kleinen Fläche quer zur Strahlungsrichtung eine relevante Intensität aufweist. Diese Ausgestaltung spart Energie ein, die für die Strahlungsquelle aufgebracht werden muss.
  • Außerdem durchdringt gemäß dieser Ausgestaltung elektromagnetische Strahlung im ersten Wellenlängen-Bereich nicht die Filter-Anordnung, sondern wird reflektiert. Dies führt in vielen Fällen zu einem geringeren Verlust an Strahlungsenergie und Strahlungsintensität, verglichen mit einer Ausgestaltung, bei der diese Strahlung mindestens einen Filter durchdringen müsste. Daher ist die gerade beschriebene Ausgestaltung insbesondere dann von Vorteil, wenn die Wellenlängen des ersten Wellenlängen-Bereichs größer sind als die Wellenlängen der anderen beiden Wellenlängen-Bereiche. In diesem Fall hat die Strahlung im ersten Wellenlängen-Bereich bekanntlich eine geringere Frequenz als die Strahlung in den anderen Wellenlängen-Bereichen und daher auch eine geringere Intensität.
  • In einer anderen Ausgestaltung sind die drei Photosensoren parallel angeordnet. Die Filter-Anordnung umfasst einen ersten Detektor-Filter, einen zweiten Detektor-Filter und einen Referenz-Detektor-Filter. Der erste Detektor-Filter befindet sich zwischen dem zu überwachenden Bereich und dem ersten Gas-Photosensor und lässt nur Strahlung im ersten Wellenlängen-Bereich passieren. Der zweite Detektor-Filter befindet sich zwischen dem zu überwachenden Bereich und dem zweiten Gas-Photosensor und lässt nur Strahlung im zweiten Wellenlängen-Bereich passieren. Der Referenz-Detektor-Filter befindet sich zwischen dem zu überwachenden Bereich und dem Referenz-Photosensor und lässt nur Strahlung außerhalb des ersten und außerhalb des zweiten Wellenlängen-Bereichs passieren, bevorzugt nur Strahlung im Referenz-Wellenlängen-Bereich. Auch die drei Detektor-Filter sind parallel angeordnet.
  • Bei dieser Ausgestaltung braucht die emittierte elektromagnetische Strahlung nur einen Wellenlängen-Filter zu passieren, nämlich einen Detektor-Filter, bevor sie auf einen Photosensor trifft. Dies gilt für jede Wellenlänge der Strahlung. Dies führt in manchen Fällen zu einem geringeren Verlust an Strahlungsintensität und damit an Strahlungsenergie verglichen mit anderen möglichen Ausgestaltungen.
  • Die Erfindung und die gerade beschriebenen Ausgestaltungen sehen einen Referenz-Wellenlängen-Bereich und einen Referenz-Photosensor vor. Möglich ist, dass ein weiterer Referenz-Wellenlängen-Bereich vorgegeben wird, der von dem ersten Wellenlängen-Bereich, dem zweiten Wellenlängen-Bereich und dem Referenz-Wellenlängen-Bereich beabstandet ist. Bevorzugt sind die vier Wellenlängen-Bereiche zueinander disjunkt. Die emittierte Strahlung überdeckt beide Referenz-Wellenlängen-Bereiche. Optional umfasst die Gas-Detektionsvorrichtung einen weiteren Referenz-Photosensor, insgesamt also mindestens zwei Referenz-Photosensoren. Die Filter-Anordnung teilt auftreffende elektromagnetische Strahlung erfindungsgemäß auf und außerdem so, dass Strahlung in dem weiteren Referenz-Wellenlängen-Bereich auf den weiteren Referenz-Photosensor trifft. Diese Ausgestaltung erhöht die Zuverlässigkeit und reduziert die Gefahr von Fehlalarmen weiter, weil eine Verschmutzung und oft auch eine Abnutzung sich in der Regel unterschiedlich auf die beiden Referenz-Wellenlängen-Bereiche auswirken. Außerdem schafft diese Ausgestaltung weitere Redundanz: Eine Gas-Detektionsvorrichtung, die erfindungsgemäß zwei Gas-Photosensoren und zwei Referenz-Photosensoren aufweist, kann auch dann noch das Zielgas detektieren, wenn sowohl ein Gas-Photosensor als auch ein Referenz-Photosensor ausgefallen sind.
  • In einer Fortbildung dieser Ausgestaltung umfasst die Filter-Anordnung die beiden oben beschriebenen optischen Filter und einen dritten optischen Filter. Jeder dieser drei optischen Filter vermag auftreffende elektromagnetische Strahlung abhängig von der Wellenlänge zu reflektieren oder zu transmittieren. Elektromagnetische Strahlung in einem der beiden Referenz-Wellenlängen-Bereiche sowie in dem zweiten Wellenlängen-Bereich passiert den ersten optischen Filter und trifft auf den zweiten optischen Filter auf. Der zweite optische Filter teilt diese Strahlung so auf, dass Strahlung im zweiten Wellenlängen-Bereich auf den zweiten Gas-Photosensor auftrifft und Strahlung außerhalb des Wellenlängen-Bereichs, mindestens aber Strahlung im Referenz-Wellenlängen-Bereich, auf den dritten optischen Filter auftrifft. Der dritte optische Filter teilt auftreffende Strahlung so auf, dass Strahlung im Referenz-Wellenlängen-Bereich auf den Referenz-Photosensor und Strahlung im weiteren Referenz-Wellenlängen-Bereich auf den weiteren Referenz-Photosensor auftrifft. In manchen Fällen erhöht diese Ausgestaltung weiter die Zuverlässigkeit der Gas-Detektionsvorrichtung. Die Gas-Detektionsvorrichtung mit zwei Referenz-Photosensoren ist noch weniger empfindlich gegen unterschiedliche Arten von Verschmutzungen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung besteht der erste Wellenlängen-Bereich aus größeren Wellenlängen als der zweite Wellenlängen-Bereich. Besonders bevorzugt besteht der erste Wellenlängen-Bereich auch aus größeren Wellenlängen als der Referenz-Wellenlängen-Bereich.
  • In einer Realisierungsform umfasst der erste Gas-Photosensor eine Typ-II-Halbleiterdiode, insbesondere einen InAsSb-Photosensor. Der Referenz-Photosensor und der zweite Gas-Photosensor umfassen jeweils einen InGaAs-Photosensor. Eine Typ-II-Halbleiterdiode ist in vielen Fällen besonders sensitiv für größere Wellenlängen, ein InGaAs-Photosensor in vielen Fällen besonders sensitiv für kleinere Wellenlängen. Diese Realisierungsform wird bevorzugt kombiniert mit der Realisierungsform, dass der erste Wellenlängen-Bereich aus längeren Wellenlängen besteht als die beiden anderen Wellenlängen-Bereiche.
  • In einer Ausgestaltung umfasst die Gas-Detektionsvorrichtung eine eigene Spannungsversorgungseinheit, beispielsweise mindestens einen Akkumulator. Dadurch lässt sich die Gas-Detektionsvorrichtung unabhängig von einem stationären Spannungsversorgungsnetz betreiben. Ermöglicht wird, mindestens eine erfindungsgemäße Gas-Detektionsvorrichtung, bevorzugt eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Gas-Detektionsvorrichtungen, an verschiedenen Positionen eines größeren zu überwachenden Bereichs, beispielsweise einer Raffinerie oder sonstigen Produktionsanlage, aufzustellen. Jede Gas-Detektionsvorrichtung vermag einen Alarm zu generieren und den Alarm per Funkwellen an einen zentralen Empfänger zu übermitteln und / oder den Alarm in einer von einem Menschen wahrnehmbaren Form auszugeben.
  • Möglich ist auch, die Gas-Detektionsvorrichtung als eine tragbare Vorrichtung auszugestalten, die ein Benutzer mit sich führt, während er sich in einem Bereich aufhält, in dem das zu detektierende Zielgas vorhanden sein kann. Falls die tragbare Gas-Detektionsvorrichtung das Zielgas detektiert hat, so gibt sie einen Alarm in einer von einem Menschen wahrnehmbaren Form aus, insbesondere visuell, akustisch oder taktil (indem das Gerät vibriert).
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Gas-Detektionsvorrichtung eine Sendeeinheit und eine Empfangseinheit. Die Sendeeinheit umfasst die Strahlungsquelle. Die Empfangseinheit umfasst die Photosensoren, die Filter-Anordnung und bevorzugt auch die Auswerteeinheit. Bevorzugt lässt der Abstand zwischen der Sendeeinheit und der Empfangseinheit sich verändern, um die Gas-Detektionsvorrichtung an räumliche Gegebenheiten des zu überwachenden Bereichs anzupassen. Möglich ist auch, dass die Auswerteeinheit räumlich entfernt von der Empfangseinheit angeordnet ist und in einer Datenverbindung mit der Empfangseinheit steht.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine derartige Empfangseinheit. Diese Empfangseinheit umfasst die drei Photosensoren, die Filter-Anordnung und bevorzugt auch die Auswerteeinheit.
  • In einer Fortbildung der Ausgestaltung mit der Sendeeinheit und der Empfangseinheit umfasst die Gas-Detektionsvorrichtung ein senderseitiges Gehäuse und ein empfängerseitiges Gehäuse. Die Sendeeinheit ist im senderseitigen Gehäuse untergebracht. Im empfängerseitigen Gehäuse sind die Photosensoren und die Filter-Anordnung untergebracht. Die Auswerteeinheit kann ebenfalls im empfängerseitigen Gehäuse untergebracht sein oder räumlich entfernt von dem empfängerseitigen Gehäuse, beispielsweise in einem Zentralrechner. Die beiden Gehäuse lassen sich so positionieren, dass der zu überwachende Bereich sich zwischen den beiden Gehäusen befindet und die emittierte elektromagnetische Strahlung den Bereich passiert, bevor sie das empfängerseitigen Gehäuse erreicht. Der Abstand zwischen den beiden Gehäusen lässt sich verändern. Dadurch wird es in vielen Fällen erleichtert, die beiden Gehäuse zu positionieren.
  • Die erfindungsgemäße Gas-Detektionsvorrichtung lässt sich dafür verwenden, um als Zielgas ein Gas zu detektieren, welches elektromagnetische Strahlung nur im ersten Wellenlängen-Bereich und im zweiten Wellenlängen-Bereich in detektierbarer Weise abschwächt, aber nicht außerhalb dieser beiden Wellenlängen-Bereiche und insbesondere nicht im Referenz-Wellenlängen-Bereich.
  • In einer Ausgestaltung lässt die erfindungsgemäße Gas-Detektionsvorrichtung sich dafür verwenden, um mindestens zwei verschiedene Zielgase zu detektieren. Die Gas-Detektionsvorrichtung umfasst eine Auswahleinheit, mit der ein Benutzer vorgeben kann, welches Zielgas die Gas-Detektionsvorrichtung detektieren soll. Jedes detektierbare Zielgas schwächt die elektromagnetische Strahlung in jeweils zwei voneinander beabstandeten Wellenlängen-Bereichen ab. Die Auswerteeinheit wird an die Auswahl eines Zielgases angepasst und verwendet insbesondere das zugeordnete Referenz-Vergleichs-Ergebnis. Die übrigen Bestandteile der Gas-Detektionsvorrichtung bleiben bevorzugt unverändert, hängen also nicht von der Auswahl des Zielgases ab.
  • Die erfindungsgemäße Gas-Detektionsvorrichtung lässt sich beispielsweise dafür verwenden, um in einer Anlage oder einem Fahrzeug das Austreten eines brennbaren Zielgases zu detektieren, wobei diese Anlage bzw. dieses Fahrzeug Umgebungseinflüssen ausgesetzt ist. Sie lässt sich auch dafür verwenden, um in einem Raum eines Krankenhauses ein Narkosemittel in der Luft zu detektieren.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Hierbei zeigt
    • 1 schematisch die erfindungsgemäße Gas-Detektionsvorrichtung und den zu überwachenden Bereich;
    • 2 schematisch die Empfangseinheit einer Gas-Detektionsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
    • 3 den Einfluss von Wassermolekülen auf den Transmissionsgrad in Abhängigkeit von der Wellenlänge der emittierten Strahlung;
    • 4 den Transmissionsgrad von Methan einer relativ hohen Konzentration in Abhängigkeit von der Wellenlänge;
    • 5 den Transmissionsgrad von Methan einer durchschnittlichen Konzentration in Abhängigkeit von der Wellenlänge;
    • 6 den Transmissionsgrad von Propan einer durchschnittlichen Konzentration in Abhängigkeit von der Wellenlänge;
    • 7 den Transmissionsgrad von Ethylen einer durchschnittlichen Konzentration in Abhängigkeit von der Wellenlänge;
    • 8 die Empfangseinheit gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Gas-Detektionsvorrichtung;
    • 9 die relative Stärke von Signalen, welche die drei Photosensoren erzeugen, abhängig von der Wellenlänge, wobei weder Methan noch eine Verschmutzung vorhanden sind;
    • 10 die Darstellungen von 9, wobei kein Methan, aber eine erste Art einer Verschmutzung vorhanden ist;
    • 11 die Darstellungen von 9, wobei kein Methan, aber eine zweite Art einer Verschmutzung vorhanden ist;
    • 12 die Empfangseinheit gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Gas-Detektionsvorrichtung;
  • 1 zeigt schematisch eine Gas-Detektionsvorrichtung sowie einen zu überwachenden Bereich 40. Sowohl die erfindungsgemäße Gas-Detektionsvorrichtung des Ausführungsbeispiels als auch viele aus dem Stand der Technik bekannte Gas-Detektionsvorrichtungen sind so wie in 1 gezeigt aufgebaut. Beispielhaft sind in dem zu überwachenden Bereich 40 zwei Gaswolken 60.1 und 60.2 mit einem gefährlichen Zielgas gezeigt, wobei das Vorhandensein dieses Zielgases detektiert werden soll.
  • Zur Gas-Detektionsvorrichtung gehören eine Sendeeinheit 33 mit einem senderseitigen Gehäuse 30 und eine Empfangseinheit 100 mit einem empfängerseitigen Gehäuse 1. Der zu überwachende Bereich befindet sich im Ausführungsbeispiel zwischen diesen beiden Gehäusen 30 und 1. Der Abstand zwischen diesen beiden Gehäusen 30 und 1 und damit der Abstand zwischen der Sendeeinheit 33 und der Empfangseinheit 100 lässt sich verändern, um die Gas-Detektionsvorrichtung an Gegebenheiten in dem zu überwachenden Bereich 40 anzupassen.
  • Im senderseitigen Gehäuse 30 sind eine Strahlungsquelle 31 und eine Sammellinse 32 untergebracht, die beide ebenfalls zu der Sendeeinheit 33 gehören. Die Strahlungsquelle 31 emittiert elektromagnetische Strahlung 50 in den zu überwachenden Bereich 40 hinein. Diese Strahlungsquelle 31 emittiert bevorzugt in kurzen Pulsen elektromagnetische Strahlung mit hoher Strahlungsintensität. Die Zeitdauer eines einzelnen solchen ausgesandten Strahlungsblitzes liegt beispielsweise zwischen 20 µs und 100 µs. Im Ausführungsbeispiel variiert die Wellenlänge der emittierten elektromagnetischen Strahlung 50 über der Zeit, und zwar mindestens zwischen 2 µm und 4 µm. Daher überdeckt die Strahlung 50 alle drei nachfolgend beschriebenen Wellenlängen-Bereiche. Möglich ist auch, dass die Strahlungsquelle 31 bei jedem Puls elektromagnetische Strahlung 50 emittiert, die den gesamten Wellenlängen-Bereich von 2 µm bis 4 µm abdeckt.
  • Wenigstens ein Teil der emittierten elektromagnetischen Strahlung 50 durchdringt den Bereich 40 und trifft auf das empfängerseitige Gehäuse 1 auf. Möglich ist, dass ein Spiegel (nicht gezeigt) die Strahlung 50 reflektiert, um den optischen Weg zu verlängern.
  • Im empfängerseitigen Gehäuse 1 ist eine Empfangseinheit 100 angeordnet, die nachfolgend näher beschrieben wird. Das Zielgas in den Gaswolken 60.1 und 60.2 schwächt die emittierte elektromagnetische Strahlung 50 in bestimmten Wellenlängen-Bereichen ab oder absorbiert diese Strahlung 50 sogar vollständig.
  • 2 zeigt eine Ausgestaltung der Empfangseinheit 1000 einer aus dem Stand der Technik bekannten Gas-Detektionsvorrichtung. Die emittierte elektromagnetische Strahlung 50 durchdringt den zu überwachenden Bereich 40 und trifft dann auf die Empfangseinheit 1000 auf, die in dem empfängerseitigen Gehäuse 11 untergebracht ist. Die auftreffende elektromagnetische Strahlung 50 durchdringt ein nicht beschichtetes Fenster 2 im empfängerseitigen Gehäuse 11, welches optional von Heizelementen 3 beheizt wird, um kondensierende oder bereits kondensierte Feuchtigkeit zu verdampfen. Eine Sammellinse 4 mit einer konvexen zum Fenster 2 hin zeigenden Oberfläche und einer planen Oberfläche auf der anderen Seite bündelt die auftreffenden elektromagnetischen Wellen. Ein optischer Filter 5 teilt die gebündelten Wellen auf. Ein erstes Wellenpaket wird reflektiert, beispielsweise um 90°, und trifft auf einen ersten Detektor 6 auf. Ein zweites Wellenpaket durchdringt (wird transmittiert) den optischen Filter 5 und erreicht einen zweiten Detektor 7. Ein erster optischer Detektor-Filter 8 des ersten Detektor 6 sowie ein zweiter optischer Detektor-Filter 9 des zweiten Detektors 7 filtern vorgegebene Wellenlängen-Bereiche heraus, beispielsweise ein Wellenlängen-Bereich, in welchem Strahlung von einem zu detektierenden Zielgas abgeschwächt wird, und ein Wellenlängen-Bereich, in dem die Strahlung nicht von dem Zielgas abgeschwächt wird. Eine signalverarbeitende Auswerteeinheit 12 empfängt Signale von den beiden Detektoren 6 und 7 und wertet diese aus, um zu entscheiden, ob ein Zielgas vorhanden ist oder nicht.
  • Im Ausführungsbeispiel wird die erfindungsgemäße Gas-Detektionsvorrichtung dafür eingesetzt, um einen Bereich zu überwachen, der nicht überdacht ist und daher Umgebungseinflüssen, insbesondere Wassermolekülen und Schmutz, ausgesetzt ist (open path application). Die Wassermoleküle beeinflussen das sogenannte atmosphärische Fenster, welches die Transmission von Licht durch die Atmosphäre beschreibt. Wassermoleküle absorbieren in erheblichem Maß und abhängig von der Wellenlänge von auftreffender elektromagnetischer Strahlung elektromagnetische Energie.
  • 3 (Quelle: Wikipedia) zeigt beispielhaft ein atmosphärisches Fenster. Auf der x-Achse ist die Wellenlänge λ in Mikrometern aufgetragen, auf der y-Achse der relative Transmissionsgrad (relative Durchlässigkeit) Tr in % von elektromagnetischer Strahlung 50 in Abhängigkeit von der jeweiligen Wellenlänge λ. Außerdem sind Wellenlängen-Bereiche aufgezeigt, in denen die Strahlung besonders stark durch Wassermoleküle oder Ozonmoleküle absorbiert werden. Diese Moleküle stellen eine Verschmutzung des zu überwachenden Bereichs 40 dar, sind aber nicht gefährlich und sollen keinen Alarm auslösen, denn dieser Alarm wäre ein Fehlalarm.
  • Drei mögliche gefährliche Zielgase, welche in dem zu überwachenden Bereich 40 in Form von Gaswolken 60.1, 60.2 vorhanden sein können und detektiert werden sollen, sind die Kohlenwasserstoffe Methan, Propan und Ethylen. 4 bis 7 zeigen beispielhaft den jeweiligen spektralen Verlauf, also den jeweiligen Transmissionsgrad Tr in %, dieser drei Kohlenwasserstoffe in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ von auftreffender elektromagnetischer Strahlung 50, wobei die Strahlungsquelle 31 derartige Strahlung 50 emittiert. Auf der x-Achse ist die Wellenlänge λ in Mikrometern [µm] zwischen 2 µm und 4 µm aufgetragen, auf der y-Achse der Transmissionsgrad Tr in Prozent. Je niedriger der Transmissionsgrad Tr ist, desto größer ist der Absorptionsgrad, also der Anteil absorbierter Strahlung.
  • Im Einzelnen zeigen:
    • - 4 den Transmissionsgrad Tr von Methan einer relativ hohen Konzentration in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ,
    • - 5 den Transmissionsgrad Tr von Methan einer durchschnittlichen Konzentration in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ,
    • - 6 den Transmissionsgrad Tr von Propan einer durchschnittlichen Konzentration in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ und
    • - 7 den Transmissionsgrad Tr von Ethylen einer durchschnittlichen Konzentration in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ.
  • Wie in 4 bis 7 zu sehen ist, absorbieren diese Kohlenwasserstoffe auftreffende elektromagnetische Strahlung 50 im Wesentlichen in zwei Wellenlängen-Bereichen, nämlich einem ersten Wellenlängen-Bereich W_1 und einem zweiten Wellenlängen-Bereich W_2. Zwischen diesen beiden Wellenlängen-Bereichen W_1 und W_2 tritt ein Abstand auf. Dieser Abstand ist größer, in den gezeigten Beispielen um ein Mehrfaches größer, als die Länge des längeren Wellenlängen-Bereichs W_1. Die beiden Wellenlängen-Bereiche W_1 und W_2 können von Zielgas zu Zielgas differieren.
  • Bei der Auslegung der erfindungsgemäßen Gas-Detektionsvorrichtung ist bekannt, welches Zielgas 60.1, 60.2 detektiert werden soll und in welchem Konzentrations-Bereich die Konzentration dieses Zielgases 60.1, 60.2 im Einsatz liegt. Daher sind auch diese beiden Wellenlängen-Bereiche W_1 und W_2 vor dem Einsatz bekannt. Der erste Wellenlängen-Bereich W_1 besteht im Ausführungsbeispiel aus längeren Wellenlängen als der zweite Wellenlängen-Bereich W_2. Vorgegeben werden die beiden Wellenlängen-Bereiche W_1 und W_2 und ein Referenz-Wellenlängen-Bereich W_ref, wobei der Wellenlängen-Bereich W_ref jeweils einen Abstand zum ersten und zum zweiten Wellenlängen-Bereich W_1, W_2 aufweist und in dem das zu detektierende Zielgas praktisch keine elektromagnetische Strahlung 50 absorbiert. Dieser Referenz-Wellenlängen-Bereich W_ref ist ebenfalls beispielhaft in 4 bis 7 eingezeichnet.
  • 8 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung der Empfangseinheit 100 der erfindungsgemäßen Gas-Detektionsvorrichtung. Gleiche Bezugszeichen haben die gleiche Bedeutung wie in 1 und in 2. Die Sendeeinheit 33 der erfindungsgemäßen Gas-Detektionsvorrichtung kann genauso wie in 1 gezeigt aufgebaut sein. Die emittierte elektromagnetische Strahlung 50 durchdringt wiederum den Bereich 40 und trifft auf die Empfangseinheit 100 im empfängerseitigen Gehäuse 1 auf.
  • In diesem empfängerseitigen Gehäuse 1 sind folgende Bestandteile angeordnet:
    • - ein Fenster 2 mit optionalen Heizelementen 3, die in 8 nicht dargestellt sind,
    • - eine plan-konvexe Sammellinse 14,
    • - optional eine konvex-plane Sammellinse 14.1 flussaufwärts vor der Sammellinse 14,
    • - ein vorderer optischer Filter 15,
    • - ein hinterer optischer Filter 25,
    • - ein vorderer Detektor 16 mit einem Fenster 22, einer Sammellinse 18 und einem Photosensor 35, wobei der Photosensor 35 als der erste Gas-Photosensor des Ausführungsbeispiels fungiert,
    • - ein mittlerer Detektor 17 mit einem Fenster 23, einer Sammellinse 19 und einem Photosensor 36, wobei der Photosensor 36 als der Referenz-Photosensor fungiert,
    • - ein hinterer Detektor 20 mit einem Fenster 24, einer Sammellinse 21 und einem Photosensor 37, wobei der Photosensor 37 als der zweite Gas-Photosensor fungiert, und
    • - eine signalverarbeitende Auswerteeinheit 10, welche jeweils ein Signal Sig(35), Sig(36), Sig(37) von den drei Photosensoren 35, 36, 37 empfängt und automatisch auswertet.
  • Das Fenster 2 ist für elektromagnetische Strahlung 50 durchlässig. Die Heizelemente 3 können so wie in 2 angedeutet angeordnet sein.
  • Die Bezeichnungen „vorderer“, „mittlerer“ und „hinterer“ beziehen sich auf die Richtung der einfallenden Strahlung 50, in 8 also von links nach rechts.
  • Die beiden Filter 15 und 25 gehören zu der Filter-Anordnung der bevorzugten Ausgestaltung gemäß 8. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass sie eine relativ geringe Ausdehnung in einer Fläche senkrecht zu der Richtung, in der die elektromagnetische Strahlung auf die Filter-Anordnung 15, 25 auftrifft, aufweist.
  • In dem empfängerseitigen Gehäuse 1 sind die Sammellinse 14 und die optionale Sammellinse 14.1 angeordnet. Optional werden diese Linsen 14, 14.1 beheizt Auch die Strahlungsquelle 31 umfasst bevorzugt mindestens eine Linse 32, vgl. 1. in einer Ausgestaltung wird die Linse 32 wenigstens zeitweise von einem Heizelement beheizt, um die Kondensation von Wasser zu verhindern. Die oder jede verwendete Linse 32 kann geformt sein, beispielsweise mit zusätzlichen Facetten, oder geschliffen oder gepresst sein.
  • Im gezeigten Beispiel ist die Auswerteeinheit 10 in dem empfängerseitigen Gehäuse 1 angeordnet. Möglich ist auch, dass die Auswerteeinheit 10 außerhalb des empfängerseitigen Gehäuses 1 angeordnet ist, beispielsweise in einem räumlich entfernten und gesicherten Bereich. Die Signale Sig(35), Sig(36) und Sig(37) werden kabelgebunden oder per Funkwellen von den Detektoren 16, 17, 20 zu der Auswerteeinheit 10 übermittelt.
  • Möglich ist auch, dass die Auswerteeinheit 10 zusätzlich als ein Steuergerät verwendet wird, welches die Strahlungsquelle 31 ansteuert und beispielsweise bewirkt, dass die Strahlungsquelle 31 gepulste elektromagnetische Strahlung 50 emittiert.
  • Der vordere optische Filter 15 reflektiert abhängig von der Wellenlänge λ einen Teil der auftreffenden elektromagnetischen Strahlung 50 zu dem vorderen Detektor 16 hin und lässt den Rest der Strahlung 50 passieren. Der hintere optische Filter 25 reflektiert abhängig von der Wellenlänge λ einen Teil der auftreffenden Strahlung 50, welche den vorderen Detektor 15 passiert hat, zum mittleren Detektor 17 hin und lässt den Rest der Strahlung zum hinteren Detektor 20 passieren. Im gezeigten Beispiel lenken die optischen Filter 15 und 25 einen Teil der Strahlung 50 um jeweils 90° um. Andere Umlenkwinkel sind ebenfalls möglich.
  • In einer Implementierung des Ausführungsbeispiels fungiert als der erste Wellenlängen-Bereich W_1 der Bereich zwischen 3,2 und 3,4 µm, als der zweite Wellenlängen-Bereich W_2 der Bereich zwischen 2,3 und 2,4 µm und als der Referenz-Wellenlängen-Bereich W_ref der Bereich zwischen 2,05 und 2,15 µm. Falls in dem Bereich 40 Methan in einer durchschnittlichen Konzentration vorhanden ist, so schwächt das Methan die elektromagnetische Strahlung 50 im ersten Wellenlängen-Bereich W_1 und im zweiten Wellenlängen-Bereich W_2 in einer detektierbaren Weise ab, aber nicht in Referenz-Wellenlängen-Bereich W_ref, vgl. 5. Der Referenz-Wellenlängen-Bereich W_ref kann für die Detektion von Methan auch zwischen den beiden Wellenlängen-Bereichen W_1 und W_2 angeordnet sein.
  • Wie in 6 zu sehen ist, schwächt auch Propan in diesem ersten Wellenlängen-Bereich W_1 und diesem zweiten Wellenlängen-Bereich W_2 die Strahlung 50 signifikant ab, sodass in vielen Fällen die Gas-Detektionsvorrichtung zur Detektion von Methan und unverändert auch zur Detektion von Propan verwendet werden kann. In einer anderen Realisierungsform werden andere Wellenlängenbereiche W_1 und W_2 vorgegeben, vgl. 6. Falls die Gas-Detektionsvorrichtung Ethylen detektieren soll, so wird bevorzugt ein anderer Referenz-Wellenlängen-Bereich W_ref vorgegeben, was in 7 zu sehen ist nämlich ein Bereich von 2,6 bis 2,8 µm.
  • Der vordere optische Filter 15 reflektiert elektromagnetische Strahlung 50 im ersten Wellenlängen-Bereich W_1 und transmittiert elektromagnetische Strahlung 50 außerhalb des ersten Wellenlängen-Bereichs W_1 (lässt diese passieren), vgl. 8. Der vordere Detektor 16 ist so angeordnet, dass reflektierte Strahlung 50 das Fenster 22 und die Sammellinse 18 passiert und dann auf den Photosensor 35 (erster Gas-Photosensor) trifft. Auf den zweiten optischen Filter 25 trifft transmittierte elektromagnetische Strahlung 50 auf, also Strahlung 50 außerhalb des ersten Wellenlängen-Bereichs W_1. Der zweite optische Filter 25 transmittiert Strahlung 50 im zweiten Wellenlängen-Bereich W_2 und reflektiert Strahlung außerhalb des zweiten Wellenlängen-Bereichs W_2. Die transmittierte Strahlung 50 trifft auf den hinteren Detektor 20 auf, passiert das Fenster 24 und die Sammellinse 21 und trifft dann auf den Photosensor 37 (zweiter Gas-Photosensor) auf. Die reflektierte Strahlung 50 trifft auf den mittleren Detektor 17 auf, passiert das Fenster 23 und die Sammellinse 19 und trifft dann auf den Photosensor 36 (Referenz-Photosensor) auf. Die Fenster 22, 23, 24 haben in dieser Ausgestaltung eine schützende Funktion und absorbieren idealerweise keine Strahlung.
  • In dieser bevorzugten Ausgestaltung wird also elektromagnetische Strahlung 50 im ersten Wellenlängen-Bereich W_1 bevorzugt nur einmal von einem optischen Filter (Filter 15) reflektiert, bevor die Strahlung 50 auf einen Photosensor auftrifft (nämlich auf den Photosensor 35 des vorderen Detektors 16, erster Photosensor). Strahlung 50 im zweiten Wellenlängen-Bereich W_2 passiert die Filter-Anordnung (Filter 15 und 25), bevor sie auf einen Photosensor auftrifft (nämlich auf den Photosensor 37 des hinteren Detektors 20, zweiter Photosensor). Beim Durchgang durch zwei Filter 15, 25 wird die Strahlung 50 zwangsläufig stärker abgeschwächt als beim Durchgang durch nur einen Filter 15 oder bei der Reflexion durch den Filter 15. Daher ist es von Vorteil, dass der zweite Wellenlängen-Bereich W_2, für den der Photosensor 37 des hinteren Detektors 20 sensitiv ist, aus kürzeren Wellenlängen λ besteht als der erste Wellenlängen-Bereich W_1, für den der Photosensor 35 des vorderen Detektors 16 dank der Filter-Anordnung 15, 25 sensitiv ist. Zum einen ist bekanntlich die Frequenz f und damit die Intensität von elektromagnetischer Strahlung 50 umso größer, je kürzer die Wellenlänge λ ist. Ein weiterer Grund, warum die in 8 gezeigte Anordnung vorteilhaft ist, ist der Folgende: Die Strahlung 50 durchdringt im Ausführungsbeispiel auf dem Weg von der Strahlungsquelle 31 durch den Bereich 40 hindurch zu den Detektoren 16, 17, 20 im empfängerseitigen Gehäuse 1 zusätzlich die Linse 32 der Strahlungsquelle 31 und die Sammellinse 14 im empfängerseitigen Gehäuse 1. Insbesondere dann, wenn die Linse 32 und / oder die Sammellinse 14 geformt oder geschliffen oder gepresst ist, absorbieren auch diese Linsen 32, 14 zwangsläufig Strahlung 50, und zwar verstärkt in einem Wellenlängen-Bereich oberhalb von 2,5 µm.
  • Die Photosensoren 35, 36, 37 der drei Detektoren 16, 20, 17 erzeugen jeweils ein elektrisches Signal Sig(35), Sig(36), Sig(37), und zwar abhängig von der Intensität von auftreffender elektromagnetischer Strahlung 50. Je größer die Intensität der auftreffenden Strahlung 50 ist, desto größer ist der erzeugte Signal-Wert. Die Filter-Anordnung mit den beiden optischen Filtern 15 und 25 verteilt die auftreffende Strahlung 50 abhängig von der Wellenlänge λ auf die drei Detektoren 16, 20, 17 und damit auch auf die drei Photosensoren 35, 36, 37. Deren Signale Sig(35), Sig(36), Sig(37) werden an die Auswerteeinheit 10 übermittelt.
  • Der Photosensor 35 des vorderen Detektors 16 umfasst beispielsweise eine Typ-II-Halbleiterdiode, z.B. InAsSb. Ein auf diese Weise ausgestalteter Photosensor 35 vermag ausreichend schnell auf die kurzen gepulsten Strahlen der Strahlung 50 zu reagieren, welche die Strahlungsquelle 31 aussendet. Weiterhin besitzt ein auf diese Weise ausgestalteter Photosensor 35 eine ausreichend hohe spektrale Sensitivität D* im Bereich um 3,3 µm. Der Photosensor 35 des vorderen Detektors 16 reagiert in vielen Fällen auf die Anwesenheit von Methan als dem zu detektierenden Zielgas, welche Strahlung im Wellenlängen-Bereich größer als 3 µm abschwächt oder gar absorbiert, vgl. 4 und 5.
  • In einer typischen Anwendung im Bereich von 0,5 bis 8 LELm Methan befinden sich 22.000 bis 352.000 Methanmoleküle innerhalb der zu überwachenden optischen Wegstrecke im Bereich 40. Wegen der hohen Absorption von Alkanen im Bereich um 3,3 µm reicht diese große Anzahl an Molekülen aus, um den Photosensor 35 des vorderen Detektors 16 sensorisch reagieren zu lassen.
  • In einer Ausgestaltung sind der Photosensor 36 des mittleren Detektors 17 und / oder der Photosensor 37 des hinteren Detektors 20 jeweils als ein InGaAs-Photosensor ausgestaltet. Ein InGaAs-Photosensor vermag Abschwächungen von Wellenlängen bis zu einer Wellenlänge von 2,6 µm gut zu entdecken. Möglich ist auch, den Photosensor 36 des mittleren Detektors 17 und / oder den Photosensor 37 des hinteren Detektors 20 genau wie den Photosensor 35 des vorderen Detektors 16 ebenfalls als jeweils einen InAsSb-Detektor auszugestalten.
  • In einer Ausführungsform weisen die beiden Photosensoren 36 und 37 in dem gleichen Wellenlängen-Bereich von 2,0 µm bis 2,5 µm die höchste Sensitivität auf und sind gleichartig aufgebaut. Möglich ist auch, dass diese beiden Photosensoren 36 und 37 in unterschiedlichen Wellenlängen-Bereichen jeweils ihre höchste Sensitivität aufweisen.
  • 9 zeigt die jeweilige relative Signalstärke Int(17), Int(16) und Int(20) der drei Photosensoren 35, 36, 37 für den idealen Fall, dass im Bereich 40 weder ein Gas, welches elektromagnetische Strahlung 50 abschwächt, insbesondere nicht das Zielgas, noch eine Verschmutzung vorliegt und daher die elektromagnetische Strahlung 50 im Bereich 40 nicht relevant abgeschwächt wird. Die Abhängigkeit der relativen Signalstärke Int von der Wellenlänge λ wird daher ausschließlich durch die Filter-Anordnung 15, 25 und durch die Konstruktion der drei Photosensoren 35, 36, 37 erzielt. Auf der x-Achse ist wiederum die Wellenlänge λ der auftreffenden Strahlung 50 in einem Bereich zwischen 1,9 µm und 3,9 µm aufgetragen, auf dery-Achse die relative Signalstärke Int als Anteil an der maximal erzielbaren Signalstärke in %. Die maximal erzielbare Signalstärke kann von Photosensor zu Photosensor unterschiedlich sein, insbesondere wenn mindestens zwei unterschiedlich ausgestaltete Photosensoren verwendet werden.
  • Außerdem ist eine vorgegebene Intensitäts-Schranke IntS von z.B. 0,6 = 60% eingetragen. Zu sehen ist, dass der Photosensor 36 des Referenz-Detektors 17 eine Signalstärke Int(17) erzeugt, die nur im Referenz-Wellenlängen-Bereich W_ref oberhalb der Intensitäts-Schranke IntS liegt und außerhalb davon stark abfällt. Der Photosensor 37 des hinteren Detektors 20 erzeugt eine Signalstärke Int(20), die nur im zweiten Wellenlängen-Bereich W_2 oberhalb der Intensitäts-Schranke IntS liegt, der Photosensor 36 des mittleren Detektors 16 eine Signalstärke Int(16), die nur im ersten Wellenlängen-Bereich W_1 oberhalb der Intensitäts-Schranke IntS liegt. Im gezeigten Beispiel wird für alle drei Photosensoren 35, 36, 37 dieselbe Intensitäts-Schranke IntS = 0,6 vorgegeben. Möglich ist auch, zwei oder sogar drei unterschiedliche Intensitäts-Schranken vorzugeben.
  • In einer Ausgestaltung wird während einer Kalibrierung die oder jede Intensitäts-Schranke IntS auf jeweils einen Wert eingestellt, der einen guten Kompromiss zwischen den beiden Anforderungen liefert, einerseits sicher das Zielgas zu detektieren und andererseits nur wenige Fehlalarmen zu erzeugen.
  • 10 und 11 zeigt eine Abwandlung des Diagramms von 9. Auch in diesem Beispiel von 10 und 11 ist im überwachenden Bereich 40 kein Gas vorhanden, welches elektromagnetische Strahlung 50 abschwächt, jedoch zwei unterschiedliche Arten von Verschmutzungen, beispielsweise aufgrund von Flüssigkeitstropfen oder Staubpartikel. Zu sehen ist, dass die Photosensoren 35, 36, 37 der Detektoren 16, 20, 17 nicht mehr die jeweilige maximale Signalstärke liefern. Auch in diesen Situationen liegt die relative Signalstärke Int nur innerhalb des jeweiligen Wellenlängen-Bereichs oberhalb der Intensitäts-Schranke IntS.
  • 12 zeigt eine alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Gas-Detektionsvorrichtung. Gleiche Bezugszeichen haben die gleiche Bedeutung wie in 8.
  • Die drei Detektoren 16, 17 und 20 sind gemäß dieser alternativen Ausgestaltung parallel angeordnet. Trotzdem werden die Bezeichnungen „vorderer Detektor 16“, „mittlerer Detektor 17“ und „hinterer Detektor 20“ beibehalten. Ein Vorteil der Ausgestaltung gemäß 12 ist, dass die Strahlung 50 unabhängig von der Wellenlänge λ nur einen Filter passieren muss, bis sie einen Photosensor 35, 36, 37 erreicht. Insbesondere braucht nicht ein Photosensor 35, 36, 37 die Intensität einer bereits reflektierten Strahlung 50 zu messen.
  • Die drei Fenster 21, 22, 23 sind - im Gegensatz zu der Ausgestaltung gemäß 8 - als Detektor-Filter 41, 42, 43 ausgestaltet. In der Ausgestaltung gemäß 12 gehören die drei Detektor-Filter 41, 42, 43 zu der Filter-Anordnung.
  • Der Detektor-Filter 41 des vorderen Detektors 16 lässt nur Strahlung 50 im ersten Wellenlängen-Bereich W_1 passieren (transmittiert diese Strahlung 50) und absorbiert oder reflektiert die Strahlung 50 außerhalb des ersten Wellenlängen-Bereichs W_1. Der Detektor-Filter 42 des mittleren Detektors 17 lässt nur Strahlung 50 im Referenz-Wellenlängen-Bereich W_ref passieren, der Detektor-Filter 34 des hinteren Detektors 20 nur Strahlung 50 im zweiten Wellenlängen-Bereich W_2.
  • Elektromagnetische Strahlung 50, welche den Bereich 40 durchdrungen hat, trifft auf alle drei Detektoren 16, 17 und 20 auf. Die Strahlung 50, die auf den vorderen Detektor 16 auftrifft und im ersten Wellenlängen-Bereich W_1 liegt, passiert den ersten Detektor-Filter 41 und die Sammellinse 18 und erreicht den Photosensor 35. Die Strahlung 50, die auf den mittleren Detektor 17 auftrifft und im Referenz-Wellenlängen-Bereich W_ref liegt, passiert den zweiten Detektor-Filter 42 und die Sammellinse 19 und erreicht den Photosensor 36. Die Strahlung 50, die auf den hinteren Detektor 20 auftrifft und im zweiten Wellenlängen-Bereich W_2 liegt, passiert den dritten Detektor-Filter 43 und die Sammellinse 21 und erreicht den Photosensor 37. Die Signale Sig(35), Sig(36), Sig(37) der drei Photosensoren 35, 36, 37 werden wiederum an die Auswerteeinheit 10 übermittelt.
  • Die in 12 gezeigte alternative Ausgestaltung erzielt in einer Realisierungsform - bei entsprechender Ausgestaltung der drei Detektor-Filter 41, 42, 43 - ebenfalls die relativen Signalstärken Int(16), Int(17) und Int(20), die in 9 bis 11 gezeigt werden.
  • Im Folgenden wird eine beispielhafte Arbeitsweise der signalverarbeitenden Auswerteeinheit 10 beschrieben. Diese Arbeitsweise lässt sich insbesondere für eine Empfangseinheit 100 gemäß 8 und eine Empfangseinheit 100 gemäß 12 anwenden.
  • Wie bereits erwähnt, empfängt die Auswerteeinheit 10 bei störungsfreien Betrieb zu jedem Abtast-Zeitpunkt jeweils einen Wert für die Signale Sig(35), Sig(36), Sig(37) von den drei Photosensoren 35, 36, 37. Selbstverständlich können diese Werte zuvor aufbereitet worden sein. Erfindungsgemäß führt die Auswerteeinheit 10 zu jedem Abtast-Zeitpunkt jeweils drei Paarvergleiche durch, wobei bei jedem Paarvergleich jeweils die Signal-Werte von zwei Photosensoren 36, 37; 36, 35, 37, 35 für denselben Abtast-Zeitpunkt miteinander verglichen werden. Im Ausführungsbeispiel berechnet die Auswerteeinheit 10 zu jedem Abtast-Zeitpunkt jeweils drei Quotienten Q1, Q2, Q3, nämlich Q 1 : = Int ( 36 ) /Int ( 37 ) ,
    Figure DE102021128460A1_0001
     Q 2 : = Int ( 36 ) /Int ( 35 )
    Figure DE102021128460A1_0002
    und Q 3 : = Int ( 37 ) /Int ( 35 ) .
    Figure DE102021128460A1_0003
  • Int(35), Int(36) und Int(37) sind die relativen Signalstärken der Werte der Signale Sig(35), Sig(36), Sig(37) von den drei Photosensoren 35, 36, 37.
  • Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Methan als das zu detektierende Zielgas. Falls in dem zu überwachenden Bereich 40 Methan mit einer Konzentration oberhalb der Nachweisgrenze vorhanden ist, so führt dies zu folgender Veränderung verglichen mit einer Situation ohne Methan im Bereich 40, vgl. 4 und insbesondere 5:
    • - Die Strahlung 50 im ersten Wellenlängen-Bereich W_1 (3,2 bis 3,4 µm) wird erheblich abgeschwächt, die Strahlung im zweiten Wellenlängen-Bereich W_2 (2,3 bis 2,4 µm) messbar abgeschwächt, die Strahlung im Referenz-Wellenlängen-Bereich W_ref (2,05 bis 2,15 µm) idealerweise überhaupt nicht.
    • - Der Photosensor 35 des vorderen Detektors 16 (erster Gas-Photosensor) ist dank der Filter-Anordnung nur im ersten Wellenlängen-Bereich W_1 sensitiv, der Photosensor 37 des hinteren Detektors 20 (zweiter Gas-Photosensor) nur im zweiten Wellenlängen-Bereich W_2 und der Photosensor 36 des mittleren Detektors 17 (Referenz-Photosensor) nur im Referenz-Wellenlängen-Bereich W_ref, vgl. 9.
    • - Der erste Quotient Q1 und der zweite Quotient Q2 werden größer, weil der jeweilige Nenner Int(20) bzw. Int(16) kleiner wird, der Zähler Int(17) aber idealerweise gleich bleibt.
    • - Der dritte Quotient Q3 bleibt idealerweise gleich.
  • Anstelle der relativen Signalstärken Int(16), Int(17), Int(20) können auch absolute Signalstärken verwendet werden.
  • Die drei Quotienten Q1, Q2 und Q3 hängen von der Konzentration von Methan in Bereich 40 und außerdem von möglichen Verschmutzungen ab, vgl. 10 und 11, und häufig auch von Alterung. Daher wird die Gas-Detektionsvorrichtung bevorzugt vorab kalibriert. Diese Kalibrierung lässt sich während des Einsatzes erneut durchführen, bei Bedarf auch in regelmäßigen Zeitabständen und / oder abhängig von der bisherigen Verwendung der Gas-Detektionsvorrichtung.
  • Bei jeder Kalibrierung wird die Gas-Detektionsvorrichtung probeweise in dem zu überwachenden Bereich 40 oder in einem Referenz-Bereich, der dem zu überwachenden Bereich 40 ausreichend ähnlich ist, eingesetzt. Folgende beiden Situationen werden in dem bei der Kalibrierung verwendeten Bereich 40 oder in dem Referenz-Bereich hergestellt:
    • - In dem Bereich 40 ist Methan, aber keine relevante Verschmutzung vorhanden.
    • - In dem Bereich 40 sind weder Methan noch eine relevante Verschmutzung vorhanden.
  • Optional wird mindestens eine der folgenden weiteren Situationen hergestellt:
    • - In dem Bereich 40 sind Methan einer durchschnittlichen Konzentration und eine Verschmutzung vorhanden.
    • - In dem Bereich 40 ist kein Methan, aber eine Verschmutzung vorhanden.
    • - In dem Bereich 40 ist Methan einer relativ geringen oder einer relativ großen Konzentration vorhanden.
  • Für jede Situation, die bei der Kalibrierung hergestellt wird, werden jeweils die drei oben definierten Quotienten Q1, Q2 und Q3 berechnet. Bevorzugt werden bei jeder Situation mehrere Messungen durchgeführt, um das unvermeidliche Prozessrauschen und Messrauschen bis zu einem gewissen Grade durch Mittelung oder Bildung des Medians zu beseitigen. Die drei Quotienten Q1, Q2 und Q3 einer Messung bilden zusammen ein Tripel in einem dreidimensionalen Koordinatensystem, bevorzugt in einem kartesischen Koordinatensystem. Für jede Situation, die bei der Kalibrierung hergestellt wird, wird somit mindestens ein Tripel in diesem Koordinatensystem berechnet, bei mehreren Messungen mehrere Tripel. Einige dieser Tripel gehören zu einer Situation mit Methan, die übrigen zu einer Situation ohne Methan. Dadurch werden zwei Teilmengen im dreidimensionalen Koordinatensystem gebildet, nämlich eine erste Teilmenge mit Tripeln bei Vorhandensein von Methan und eine zweite Teilmenge mit Tripeln bei Abwesenheit von Methan. Rechnerisch wird eine Fläche zwischen diesen beiden Teilmengen gelegt. Diese Fläche kann eben oder gekrümmt sein. Die Fläche unterteilt das dreidimensionale Koordinatensystem in zwei Teilbereiche, wobei ein Teilbereich für das Vorhandensein und ein Teilbereich für die Abwesenheit von Methan steht.
  • Beim Einsatz der erfindungsgemäßen Gas-Detektionsvorrichtung berechnet die Auswerteeinheit 10 zu jedem Abtast-Zeitpunkt erneut die drei Quotienten Q1, Q2 und Q3, wodurch ein Tripel berechnet wird. Die Auswerteeinheit 10 entscheidet automatisch, ob dieses Tripel in denjenigen Teilbereich des Koordinatensystems, der für das Vorhandensein von Methan steht, oder in den anderen Teilbereich fällt. Falls ein Tripel in den Teilbereich für das Vorhandensein von Methan fällt, so hat die Auswerteeinheit 10 das Zielgas Methan detektiert. Sie löst dann bevorzugt den Schritt aus, dass ein Alarm in einer von einem Menschen wahrnehmbaren Form generiert wird und / oder eine Nachricht an einen Empfänger übermittelt wird. Dieser Empfänger gibt die Nachricht in einer von einem Menschen wahrnehmbaren Form aus. Bevorzugt ist der Empfänger von der Empfangseinheit 100 räumlich entfernt.
  • Die Zeitspanne zwischen zwei unmittelbar aufeinander folgenden AbtastZeitpunkten ist bevorzugt so groß, dass in dieser Zeitspanne Strahlung 50 im gesamten Wellenlängen-Bereich von 2 µm bis 4 µm emittiert wird und den Bereich 40 durchdringt. Falls die emittierte Strahlung 50 mit der Zeit variiert, werden bevorzugt Signalwerte von den Photosensoren 35, 36, 37 gemittelt, um den gesamten Wellenlängen-Bereich von 2 µm bis 4 µm abzudecken.
  • Anstelle des Quotienten kann bei einem Paarvergleich auch ein anderer Wert berechnet werden, der in geeigneter Weise von den relativen oder absoluten Signalstärken der beiden Photosensoren abhängt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    empfängerseitiges Gehäuse der Empfangseinheit 100, nimmt die Sammellinsen 14, 14.1, die optischen Filter 15, 25, die Detektoren 16, 17, 20 und optional die Auswerteeinheit 10 auf
    2
    Fenster im empfängerseitigen Gehäuse 1, schirmt das empfängerseitigen Gehäuse 1 vom Bereich 40 ab, ist für elektromagnetische Strahlung 50 durchlässig
    3
    Heizelemente für das Fenster 2
    4
    beschichtete Sammellinse, hat eine plane und eine konvexe Oberfläche
    5
    Strahlteiler (beam splitter) oder Farbfilter
    6
    erster Detektor, umfasst den optischen Detektor-Filter 8
    7
    zweiter Detektor, umfasst den optischen Detektor-Filter 9
    8
    optischer Detektor-Filter des ersten Detektors 6
    9
    optischer Detektor-Filter des zweiten Detektors 7
    10
    signalverarbeitende Auswerteeinheit, empfängt Signale von den Photosensoren 35, 36, 37 der Detektoren 16, 17, 20 und entscheidet, ob im Bereich 40 ein zu detektierendes Zielgas vorhanden ist oder nicht
    11
    Gehäuse einer Gas-Detektionsvorrichtung nach dem Stand der Technik, nimmt das Fenster 2, die Heizelemente 3, den optischen Filter 5, die Detektoren 6 und 7 sowie die Auswerteeinheit 12 auf
    12
    signalverarbeitende Auswerteeinheit einer Gas-Detektionsvorrichtung nach dem Stand der Technik, empfängt Signale von den Detektoren 6 und 7, im Gehäuse 11 untergebracht
    14
    Sammellinse der erfindungsgemäßen Gas-Detektionsvorrichtung, im empfängerseitigen Gehäuse 1 angeordnet
    14.1
    optionale konvex-plane Sammellinse vor der Sammellinse 14
    15
    vorderer optischer Filter der erfindungsgemäßen Gas-Detektionsvorrichtung, als Breitbandfilter ausgestaltet, reflektiert Strahlung 50 im ersten Wellenlängen-Bereich W_1 und transmittiert die übrige Strahlung 50
    16
    vorderer Detektor (erster Gas-Detektor) der erfindungsgemäßen Gas-Detektionsvorrichtung, umfasst den Photosensor 35 und die Sammellinse 18 sowie das Fenster 22 oder den Detektor-Filter 41
    17
    mittlerer Detektor (Referenz-Gas-Detektor) der erfindungsgemäßen Gas-Detektionsvorrichtung, umfasst den Photosensor 36 und die Sammellinse 18 sowie das Fenster 23 oder den Detektor-Filter 42
    18
    Sammellinse des vorderen Detektors 16
    19
    Sammellinse des mittleren Detektors 17
    20
    hinterer Detektor (zweiter Gas-Detektor) der erfindungsgemäßen Gas-Detektionsvorrichtung, umfasst den Photosensor 37 und die Sammellinse 21 sowie das Fenster 24 oder den Detektor-Filter 43
    21
    Sammellinse des hinteren Detektors 20
    22
    Fenster des vorderen Detektors 16, für Strahlung 50 durchlässig
    23
    Fenster des mittleren Detektors 17, für Strahlung 50 durchlässig
    24
    Fenster des hinteren Detektors 20, für Strahlung 50 durchlässig
    25
    hinterer optischer Filter der erfindungsgemäßen Gas-Detektionsvorrichtung, transmittiert Strahlung 50 im zweiten Wellenlängen-Bereich W_2 und reflektiert die übrige Strahlung 50
    30
    senderseitiges Gehäuse der Sendeeinheit 33, nimmt die Strahlungsquelle 31 und die Sammellinse 32 auf
    31
    Strahlungsquelle der Sendeeinheit 33, emittiert elektromagnetische Strahlung 50, im senderseitigen Gehäuse 30 angeordnet
    32
    Sammellinse im senderseitigen Gehäuse 30
    33
    Sendeeinheit der Gas-Detektionsvorrichtung, umfasst die Strahlungsquelle 31, die Sammellinse 32 unter senderseitigen Gehäuse 30
    35
    Photosensor des vorderen Detektors 16, wird nur von Strahlung 50 im ersten Wellenlängen-Bereich W_1 erreicht, fungiert als erster Gas-Photosensor, hat eine hohe spektrale Sensitivität D* im Bereich von 3 µm bis 3,5 µm
    36
    Photosensor des mittleren Detektors 17, wird nur von Strahlung 50 im Referenz-Wellenlängen-Bereich W_ref erreicht, fungiert als Referenz-Photosensor, hat eine hohe spektrale Sensitivität D* im Bereich von 2 µm bis 2,5 µm
    37
    Photosensor des hinteren Detektors 20, wird nur von Strahlung 50 im zweiten Wellenlängen-Bereich W_2 erreicht, fungiert als zweiter Gas-Photosensor, hat eine hohe spektrale Sensitivität D* im Bereich von 2 µm bis 2,5 µm
    40
    zu überwachender Bereich, zwischen den Gehäusen 30 und 1 angeordnet, kann ein Zielgas 60.1, 60.2 aufweisen
    41
    Detektor-Filter des vorderen Detektors 16, lässt nur Strahlung 50 im ersten Wellenlängen-Bereich W_1 passieren
    42
    Detektor-Filter des mittleren Detektors 17, lässt nur Strahlung 50 im Referenz-Wellenlängen-Bereich W_ref passieren
    43
    Detektor-Filter des hinteren Detektors 20, lässt nur Strahlung 50 im zweiten Wellenlängen-Bereich W_2 passieren
    50
    elektromagnetische Strahlung, welche von der Strahlungsquelle 31 emittiert wird, den zu überwachenden Bereich 40 durchdringt und auf das empfängerseitigen Gehäuse 1 auftrifft
    60.1,
    zu detektierendes Zielgas im zu überwachenden Bereich 40,
    60.2
    schwächt elektromagnetische Strahlung in den beiden Wellenlängen-Bereichen W_1 und W_2 ab
    100
    Empfangseinheit der erfindungsgemäßen Gas-Detektionsvorrichtung, umfasst das Gehäuse 1, die Sammellinsen 14, 14.1, die optischen Filter 15, 25, die Detektoren 16, 17, 20 und optional die Auswerteeinheit 10
    1000
    Empfangseinheit einer Gas-Detektionsvorrichtung nach dem Stand der Technik, umfasst das Gehäuse 11, das Fenster 2, die Heizelemente 3, den optischen Filter 5, die Detektoren 6 und 7 sowie die Auswerteeinheit 12
    Int(16)
    relative Signalstärke, welche der Photosensor 36 des mittleren Detektors 16 erzielt
    Int(17)
    relative Signalstärke, welche der Photosensor 35 des vorderen Detektors 17 erzielt
    Int(20)
    relative Signalstärke, welche der Photosensor 37 des hinteren Detektors 20 erzielt
    IntS
    vorgegebene Intensitäts-Schranke
    λ
    Wellenlänge in [µm] der elektromagnetischen Strahlung 50
    Sig(35)
    Signal vom Photosensor 35, hängt von der Intensität von auftreffender Strahlung 50 ab
    Sig(36)
    Signal vom Photosensor 36, hängt von der Intensität von auftreffender Strahlung 50 ab
    Sig(37)
    Signal vom Photosensor 37, hängt von der Intensität von auftreffender Strahlung 50 ab
    Tr
    relativer Transmissionsgrad in Prozent
    W_1
    erster Wellenlängen-Bereich, für Methan der Bereich zwischen 3,2 und 3,4 µm
    W_2
    zweiter Wellenlängen-Bereich, für Methan der Bereich zwischen 2,3 und 2,4 µm
    W_ref
    Referenz-Wellenlängen-Bereich, für Methan der Bereich zwischen 2,05 und 2,15 µm
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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Claims (12)

  1. Gas-Detektionsvorrichtung (33, 100) zum Überwachen eines Bereichs (40) auf ein zu detektierendes Zielgas (60.1, 60.2), wobei die Gas-Detektionsvorrichtung (33, 100) - eine Strahlungsquelle (31), - einen ersten Gas-Photosensor (35), - einen zweiten Gas-Photosensor (37), - einen Referenz-Photosensor (36), - eine Filter-Anordnung (15, 25, 41, 42, 43) und - eine Auswerteeinheit (10) umfasst, wobei die Strahlungsquelle (31) dazu ausgestaltet ist, elektromagnetische Strahlung (50) zu emittieren, wobei jeder Photosensor (35, 36, 37) dazu ausgestaltet ist, abhängig von der Intensität von auftreffender elektromagnetischer Strahlung (50) jeweils ein Signal [Sig(35), Sig(36), Sig(37)] zu erzeugen, wobei die Gas-Detektionsvorrichtung (33, 100) so ausgestaltet ist, dass wenigstens ein Teil der emittierten Strahlung (50) den zu überwachenden Bereich (40) durchdringt und auf die Filter-Anordnung (15, 25, 41, 42, 43) auftrifft, wobei die Filter-Anordnung (15, 25, 41, 42, 43) dazu ausgestaltet ist, auftreffende Strahlung (50) abhängig von der Wellenlänge (λ) auf die Photosensoren (35, 36, 37) zu verteilen, wobei die Filter-Anordnung (15, 25, 41, 42, 43) so ausgestaltet und dergestalt relativ zu den Photosensoren (35, 36, 37) positioniert ist, dass die Filter-Anordnung (15, 25, 41, 42, 43) beim Verteilen der Strahlung (50) dann, wenn in dem zu überwachenden Bereich (40) kein Gas (60.1, 60.2), welches elektromagnetische Strahlung (50) abschwächt, vorhanden ist, - der in einem vorgegebenen ersten Wellenlängen-Bereich (W_1) liegende Anteil der Strahlung (50) mit einer Intensität oberhalb einer vorgegebenen Intensitäts-Schranke (IntS) auf den ersten Gas-Photosensor (35) auftrifft, während Strahlung (50) außerhalb des ersten Wellenlängen-Bereichs (W_1) nicht oder nur mit einer Intensität unterhalb dieser Intensitäts-Schranke (IntS) auf den ersten Gas-Photosensor (35) auftrifft, - der in einem vorgegebenen zweiten Wellenlängen-Bereich (W_2) liegende Anteil der emittierten Strahlung (50) mit einer Intensität oberhalb einer vorgegebenen Intensitäts-Schranke (IntS) auf den zweiten Gas-Photosensor (37) auftrifft, während Strahlung (50) außerhalb des zweiten Wellenlängen-Bereichs (W_2) nicht oder nur mit einer Intensität unterhalb dieser Intensitäts-Schranke (IntS) auf den zweiten Gas-Photosensor (37) auftrifft, und - der in einem vorgegebenen Referenz-Wellenlängen-Bereich (W_ref) liegende Anteil der emittierten Strahlung (50) mit einer Intensität oberhalb einer vorgegebenen Intensitäts-Schranke (IntS) auf den Referenz-Photosensor (36) auftrifft, während Strahlung (50) im ersten Wellenlängen-Bereich (W_1) und Strahlung (50) im zweiten Wellenlängen-Bereich (W_2) nicht oder nur mit einer Intensität unterhalb dieser Intensitäts-Schranke (IntS) auf den Referenz-Photosensor (36) auftrifft, wobei zwischen jeweils zwei dieser drei Wellenlängen-Bereiche (W_1, W_2, W_ref) ein Abstand auftritt, wobei die Auswerteeinheit (10) dazu ausgestaltet ist, automatisch - die drei Signale [Sig(35), Sig(36), Sig(37)] der drei Photosensoren (35, 36, 37) miteinander zu vergleichen und - abhängig vom Ergebnis dieses Vergleichs zu entscheiden, ob im zu überwachenden Bereich (40) das zu detektierende Zielgas (60.1, 60.2) vorhanden ist oder nicht, und / oder wenigstens näherungsweise die Konzentration des Zielgases (60.1, 60.2) im zu überwachenden Bereich (40) zu ermitteln.
  2. Gas-Detektionsvorrichtung (33, 100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (10) dazu ausgestaltet ist, automatisch - für jedes Paar von zwei Photosensoren (35, 37; 35, 36; 36, 37) jeweils einen Paarvergleich durchzuführen und bei diesem Paarvergleich die beiden Signale [Sig(35), Sig(37); [Sig(35), Sig(36); Sig(36), Sig(37)] dieser beiden Photosensoren (35, 37; 35, 36; 36, 37) miteinander zu vergleichen und - abhängig vom Ergebnis dieser drei Paarvergleiche automatisch zu entscheiden, ob im zu überwachenden Bereich (40) das zu detektierende Zielgas (60.1, 60.2) vorhanden ist oder nicht, und / oder wenigstens näherungsweise die Konzentration des Zielgases (60.1, 60.2) im zu überwachenden Bereich (40) zu ermitteln.
  3. Gas-Detektionsvorrichtung (33, 100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (10) dazu ausgestaltet ist, bei jedem Paarvergleich jeweils eine Größe (Q1, Q2, Q3) zu berechnen, die von dem Quotienten von zwei Signalwerten [Sig(35), Sig(37); [Sig(35), Sig(36); Sig(36), Sig(37)] der beiden Photosensoren (35, 37; 35, 36; 36, 37) des Paarvergleichs abhängt, insbesondere gleich dem Quotienten (Q1, Q2, Q3) ist.
  4. Gas-Detektionsvorrichtung (33, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (10) dazu ausgestaltet ist, - abhängig vom Ergebnis des Vergleichs der drei Signale [Sig(35), Sig(36), Sig(37)] und - abhängig von einem vorgegebenen Referenz-Vergleichs-Ergebnis, welches ein erwartetes Vergleichs-Ergebnis bei einem Zustand frei von einem Gas (60.1, 60.2), welches elektromagnetische Strahlung (50) abschwächt, beschreibt, zu entscheiden, ob im zu überwachenden Bereich (40) das zu detektierende Zielgas (60.1, 60.2) vorhanden ist oder nicht, und / oder die wenigstens näherungsweise Konzentration des Zielgases (60.1, 60.2) zu ermitteln, wobei die Auswerteeinheit (10) dazu ausgestaltet ist, dann zu entscheiden, dass das Zielgas (60.1, 60.2) vorhanden ist, wenn das Signal [Sig(35)] vom ersten Gas-Photosensor (35) und / oder das Signal [Sig(37)] vom zweiten Gas-Photosensor (37) in Relation zu dem Signal [Sig(36)] von dem Referenz-Photosensor (36) stärker als beim Referenz-Vergleichs-Ergebnis abgeschwächt ist.
  5. Gas-Detektionsvorrichtung (33, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filter-Anordnung (15, 25, 41, 42, 43) einen ersten optischen Filter (15) und einen zweiten optischen Filter (25) umfasst, wobei der erste optische Filter (15) dazu ausgestaltet ist, elektromagnetische Strahlung (50) im ersten Wellenlängen-Bereich (W_1) zu reflektieren und elektromagnetische Strahlung (50) außerhalb des ersten Wellenlängen-Bereichs (W_1) zu transmittieren, wobei vom ersten optischen Filter (15) reflektierte Strahlung (50) auf den ersten Gas-Photosensor (35) auftrifft und vom ersten optischen Filter (15) transmittierte Strahlung (50) auf den zweiten optischen Filter (25) auftrifft, wobei entweder - der zweite optische Filter (25) dazu ausgestaltet ist, elektromagnetische Strahlung (50) im zweiten Wellenlängen-Bereich (W_2) zu transmittieren und elektromagnetische Strahlung (50) außerhalb des zweiten Wellenlängen-Bereichs (W_2) zu reflektieren, und - vom zweiten optischen Filter (25) reflektierte Strahlung auf den Referenz-Photosensor (36) auftrifft und vom zweiten optischen Filter (25) transmittierte Strahlung (50) auf den zweiten Gas-Photosensor (37) auftrifft oder - der zweite optische Filter (25) dazu ausgestaltet ist, elektromagnetische Strahlung (50) im zweiten Wellenlängen-Bereich (W_2) zu reflektieren und elektromagnetische Strahlung (50) außerhalb des zweiten Wellenlängen-Bereichs (W_2) zu transmittieren, und - vom zweiten optischen Filter (25) transmittierte Strahlung (50) auf den Referenz-Photosensor (36) auftrifft und vom zweiten optischen Filter (25) reflektierte Strahlung auf den zweiten Gas-Photosensor (37) auftrifft.
  6. Gas-Detektionsvorrichtung (33, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wellenlängen-Bereich (W_1) - aus größeren Wellenlängen besteht als der zweite Wellenlängen-Bereich (W_2) und - bevorzugt auch aus größeren Wellenlängen besteht als der Referenz-Wellenlängen-Bereich (W_ref).
  7. Gas-Detektionsvorrichtung (33, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filter-Anordnung (15, 25, 41, 42, 43) - einen ersten Detektor-Filter (41), - einen zweiten Detektor-Filter (43) und - einen Referenz-Detektor-Filter (42) umfasst, wobei die drei Detektor-Filter (41, 42, 43) dergestalt parallel angeordnet sind, dass elektromagnetische Strahlung (50), welche den zu überwachenden Bereich (40) durchdringt, auf alle drei Detektor-Filter (41, 42, 43) auftrifft, wobei die Detektor-Filter (41, 42, 43) und die Photosensoren (35, 36, 37) so angeordnet sind, dass - elektromagnetische Strahlung (50), welche den ersten Detektor-Filter (41) durchdrungen hat, auf den ersten Gas-Photosensor (35) auftrifft, - elektromagnetische Strahlung (50), welche den zweiten Detektor-Filter (43) durchdrungen hat, auf den zweiten Gas-Photosensor (37) auftrifft und - elektromagnetische Strahlung (50), welche den Referenz-Detektor-Filter (42) durchdrungen hat, auf den Referenz-Detektor (36) auftrifft, wobei der erste Detektor-Filter (41) dazu ausgestaltet ist, den im ersten Wellenlängen-Bereich (W_1) liegenden Anteil von auftreffender elektromagnetischer Strahlung (50) zu transmittieren und den übrigen Anteil der Strahlung (50) zu absorbieren oder zu reflektieren, wobei der zweite Detektor-Filter (43) dazu ausgestaltet ist, den im zweiten Wellenlängen-Bereich (W_2) liegenden Anteil von auftreffender elektromagnetischer Strahlung (50) zu transmittieren und den übrigen Anteil der Strahlung (50) zu absorbieren oder zu reflektieren, und wobei der Referenz-Detektor-Filter (42) dazu ausgestaltet ist, den im ersten Wellenlängen-Bereich (W_1) und den im zweiten Wellenlängen-Bereich (W_2) liegenden Anteil von auftreffender elektromagnetischer Strahlung (50) zu absorbieren oder zu reflektieren und mindestens den im Referenz-Wellenlängen-Bereich (W_ref) liegenden Anteil von auftreffender elektromagnetischer Strahlung (50) zu transmittieren.
  8. Gas-Detektionsvorrichtung (33, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenz-Photosensor (36) und der zweite Gas-Photosensor (37) jeweils einen InGaAs-Photosensor umfassen und der erste Gas-Photosensor (35) eine Typ-II-Halbleiterdiode, insbesondere einen InAsSb-Photosensor, umfasst.
  9. Verwendung einer Gas-Detektionsvorrichtung (33, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Detektieren eines Zielgases (60.1, 60.2), wobei das zu detektierende Zielgas (60.1, 60.2) sowohl emittierte Strahlung in dem ersten Wellenlängen-Bereich (W_1) als auch emittierte Strahlung in dem zweiten Wellenlängen-Bereich (W_2) stärker absorbiert als emittierte Strahlung in dem Referenz-Wellenlängen-Bereich (W_ref).
  10. Verfahren zum Überwachen eines Bereichs (40) auf ein zu detektierendes Zielgas (60.1,60.2), wobei das Verfahren unter Verwendung einer Gas-Detektionsvorrichtung (33, 100) durchgeführt wird, wobei die verwendete Gas-Detektionsvorrichtung (33, 100) - eine Strahlungsquelle (31), - einen ersten Gas-Photosensor (35), - einen zweiten Gas-Photosensor (37), - einen Referenz-Photosensor (36), - eine Filter-Anordnung (15, 25, 41, 42, 43) und - eine Auswerteeinheit (10) umfasst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass - die Strahlungsquelle (31) elektromagnetische Strahlung (50) in den zu überwachenden Bereich (40) hinein emittiert, - wenigstens ein Teil der emittierten elektromagnetischen Strahlung (50) den zu überwachenden Bereich (40) durchdringt und auf die Filter-Anordnung (15, 25, 41, 42, 43) auftrifft, - die Filter-Anordnung (15, 25, 41, 42, 43) auftreffende Strahlung (50) abhängig von der Wellenlänge (λ) auf die Photosensoren (35, 36, 37) verteilt und - jeder Photosensor (35, 36, 37) abhängig von der Intensität von auftreffender elektromagnetischer Strahlung (50) jeweils ein Signal [Sig(35), Sig(36), Sig(37)] erzeugt, wobei die Filter-Anordnung (15, 25, 41, 42, 43) auftreffende Strahlung (50) dergestalt verteilt, dass dann, wenn in dem zu überwachenden Bereich (40) kein Gas (60.1, 60.2), welches elektromagnetische Strahlung (50) abschwächt, vorhanden ist, - der in einem vorgegebenen ersten Wellenlängen-Bereich (W_1) liegende Anteil der Strahlung (50) mit einer Intensität oberhalb einer vorgegebenen Intensitäts-Schranke (IntS) auf den ersten Gas-Photosensor (35) auftrifft, während Strahlung (50) außerhalb des ersten Wellenlängen-Bereichs (W_1) nicht oder nur mit einer Intensität unterhalb dieser Intensitäts-Schranke (IntS) auf den ersten Gas-Photosensor (35) auftrifft, - der in einem vorgegebenen zweiten Wellenlängen-Bereich (W_2) liegende Anteil der Strahlung (50) mit einer Intensität oberhalb einer vorgegebenen Intensitäts-Schranke (IntS) auf den zweiten Gas-Photosensor (37) auftrifft, während Strahlung (50) außerhalb des zweiten Wellenlängen-Bereichs (W_2) nicht oder nur mit einer Intensität unterhalb dieser Intensitäts-Schranke (IntS) auf den zweiten Gas-Photosensor (37) auftrifft, und - der in einem vorgegebenen Referenz-Wellenlängen-Bereich (W_ref) liegende Anteil der emittierten Strahlung (50) mit einer Intensität oberhalb einer vorgegebenen Intensitäts-Schranke (IntS) auf den Referenz-Photosensor (36) auftrifft, während Strahlung (50) im ersten Wellenlängen-Bereich (W_1) und Strahlung (50) im zweiten Wellenlängen-Bereich (W_2) nicht oder nur mit einer Intensität unterhalb dieser Intensitäts-Schranke (IntS) auf den Referenz-Photosensor (36) auftrifft, wobei zwischen jeweils zwei dieser drei Wellenlängen-Bereiche (W_1, W_2, W_ref) ein Abstand auftritt, wobei die Auswerteeinheit (10) automatisch - die drei Signale [Sig(35), Sig(36), Sig(37)] der drei Photosensoren (35, 36, 37) miteinander vergleicht und - abhängig vom Ergebnis dieses Vergleichs entscheidet, ob im zu überwachenden Bereich (40) das zu detektierende Zielgas (60.1, 60.2) vorhanden ist oder nicht, und / oder wenigstens näherungsweise die Konzentration des Zielgases im zu überwachenden Bereich (40) ermittelt.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (10) beim Vergleich der Signale [Sig(35), Sig(36), Sig(37)] der drei Photosensoren (35, 36, 37) - für jedes Paar von zwei Photosensoren (35, 37; 35, 36; 36, 37) jeweils einen Paarvergleich durchführt und bei diesem Paarvergleich die beiden Signale [Sig(35), Sig(37); [Sig(35), Sig(36); Sig(35), Sig(37)] dieser beiden Photosensoren (35, 37; 35, 36; 36, 37) miteinander vergleicht und - abhängig vom Ergebnis dieser drei Paarvergleiche entscheidet, ob im zu überwachenden Bereich (40) das zu detektierende Zielgas (60.1, 60.2) vorhanden ist oder nicht.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Referenz-Vergleichs-Ergebnis vorgegeben wird, wobei das Referenz-Vergleichs-Ergebnis ein erwartetes Vergleichs-Ergebnis bei einem Zustand frei von einem Gas (60.1, 60.2), welches elektromagnetische Strahlung (50) abschwächt, beschreibt, wobei die Auswerteeinheit (10) entscheidet, dass das Zielgas (60.1, 60.2) vorhanden ist, wenn das Signal [Sig(35)] vom ersten Gas-Photosensor (35) und / oder das Signal [Sig(37)] vom zweiten Gas-Photosensor (37) in Relation zu dem Signal [Sig(36)] von dem Referenz-Photosensor (36) stärker als beim Referenz-Vergleichs-Ergebnis abgeschwächt ist.
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