DE102022123765B3

DE102022123765B3 - Spektrometer mit einem fensterandrückring

Info

Publication number: DE102022123765B3
Application number: DE102022123765.6A
Authority: DE
Inventors: Carsten Giebeler
Original assignee: Spectrolytic Ltd
Current assignee: Spectrolytic Ltd
Priority date: 2022-09-16
Filing date: 2022-09-16
Publication date: 2024-02-01
Anticipated expiration: 2042-09-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Spektrometer (1) mit einer Durchflusszelle (2), einem Emitter (19), der eingerichtet ist, die Durchflusszelle (2) mit elektromagnetischer Strahlung zu bestrahlen, ein erstes Sensorelement (11) und ein zweites Sensorelement (12), die eingerichtet sind, die elektromagnetische Strahlung nach Transmission durch die Durchflusszelle (2) zu detektieren, wobei die Durchflusszelle (2) ein emitterseitiges Fenster (3) und ein sensorelementseitiges Fenster (4) aufweist, die einen Zelleninnenraum (5) der Durchflusszelle (2) begrenzen, und einem Fensterandrückring (6), der eine erste Strebe (9), ein Durchgangsloch und einen Außenring (55) aufweist, der das Durchgangsloch in einer Radialrichtung (57) bezüglich einer optischen Achse (56) des Spektrometers (1) außen begrenzt, das sensorelementseitige Fenster (4) abstützt und in Richtung zu dem Zelleninnenraum (5) hin drückt, wobei die erste Strebe (9) das Durchgangsloch in einen ersten Kanal (15) und einen zweiten Kanal (16) teilt sowie das sensorelementseitige Fenster (4) abstützt und in Richtung zu dem Zelleninnenraum (5) hin drückt, wobei in dem ersten Kanal (15) das erste Sensorelement (11) angeordnet ist und in dem zweiten Kanal (16) das zweite Sensorelement (12) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Spektrometer mit einem Fensterandrückring.
Ein Spektrometer kann beispielsweise mit einer Durchflusszelle ausgestattet sein, durch die eine fluidförmige Probe in einem Betrieb des Spektrometers geleitet wird und die in dem Betrieb des Spektrometers mit elektromagnetischer Strahlung beaufschlagt wird. Die Durchflusszelle kann beispielsweise vorgesehen werden, wenn sich die Probe durch die elektromagnetische Strahlung aufwärmt und dies zu einer Verfälschung der zu messenden Spektren der Probe führt oder sich die Probe durch die elektromagnetische Strahlung sogar zersetzt. In dem Fall, dass eine Erwärmung der Probe unerwünscht ist, kann das Spektrometer beispielsweise mit einer Kühlung ausgestattet sein, die eingerichtet ist, die Probe zu kühlen, bevor sie durch die Durchflusszelle geleitet wird. Die Durchflusszelle kann beispielsweise auch vorgesehen werden, wenn eine technische Anlage überwacht werden soll. Beispielsweise kann mit dem Spektrometer ein Schmieröl der technischen Anlage überwacht werden. Mit einer zunehmenden Betriebsdauer der technischen Anlage kann das Schmieröl immer weiter verschmutzen oder sich immer weiter zersetzen und durch die Überwachung mit dem Spektrometer kann ein optimaler Zeitpunkt für einen Austausch des Schmieröls festgelegt werden. In einem anderen Beispiel kann das Spektrometer mit der Durchflusszelle vorgesehen werden, um eine chemische Reaktion zu überwachen.
Die Durchflusszelle weist ein Fenster oder mehrere Fenster auf, durch das oder durch die elektromagnetische Strahlung in dem Betrieb des Spektrometers zu leiten ist und die die Probe begrenzen. Diese Fenster sind nachteilig kostenintensiv, insbesondere wenn es sich bei der elektromagnetischen Strahlung um Infrarotstrahlung handelt, weil in diesem Fall die Fenster transparent für die Infrarotstrahlung sein müssen und geeignete Materialien kostenintensiv sind. WO 1991/014157 A2 beschreibt ein akusto-optisches abstimmbares Zweistrahl-Spektrometer.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Spektrometer mit einer Durchflusszelle zu schaffen, wobei das Spektrometer kostengünstig herstellbar ist.
Das erfindungsgemäße Spektrometer weist eine Durchflusszelle, einen Emitter, der eingerichtet ist, die Durchflusszelle mit elektromagnetischer Strahlung zu bestrahlen, ein erstes Sensorelement und ein zweites Sensorelement, die eingerichtet sind, die elektromagnetische Strahlung nach Transmission durch die Durchflusszelle zu detektieren, wobei die Durchflusszelle ein emitterseitiges Fenster und ein sensorelementseitiges Fenster aufweist, die einen Zelleninnenraum der Durchflusszelle begrenzen, sowie einen Fensterandrückring auf, der eine erste Strebe, ein Durchgangsloch und einen Außenring aufweist, der das Durchgangsloch in einer Radialrichtung bezüglich einer optischen Achse des Spektrometers außen begrenzt, das sensorelementseitige Fenster abstützt und in Richtung zu dem Zelleninnenraum hin drückt, wobei die erste Strebe das Durchgangsloch in einen ersten Kanal und einen zweiten Kanal teilt sowie das sensorelementseitige Fenster abstützt und in Richtung zu dem Zelleninnenraum hin drückt, wobei in dem ersten Kanal das erste Sensorelement angeordnet ist und in dem zweiten Kanal das zweite Sensorelement angeordnet ist.
Dadurch, dass das sensorelementseitige Fenster sowohl von dem Außenring als auch von der ersten Strebe abgestützt ist, kann das sensorelementseitige Fenster kleiner ausgeführt sein, als wenn die erste Strebe nicht vorgesehen wäre. Indem das sensorelmentseitige Fenster kleiner ausgeführt ist, ist es vorteilhaft kostengünstiger. Durch das Vorsehen der ersten Strebe kann zudem ein Übersprechen (englisch: „cross-talk“) der elektromagnetischen Strahlung von dem ersten Kanal in den zweiten Kanal und umgekehrt verringert werden. Auch kann durch das Vorsehen der ersten Strebe ein Durchbiegen des sensorelementseitigen Fensters unterbunden werden, wodurch die Schichtdicke des Zelleninnenraums mit einer hohen Genauigkeit einstellbar ist. Dadurch und durch das Verringern des Übersprechens ist es möglich, ein Spektrum einer in dem Innenraum der Durchflusszelle angeordneten Probe mit einer hohen Genauigkeit zu messen. Die Probe kann beispielsweise ein Fluid sein. Insbesondere kann die Probe flüssig sein. Bei der Probe kann es sich beispielsweise um ein Schmieröl handeln
Der Fensterandrückring weist bevorzugt eine zweite Strebe auf, wobei die erste Strebe und die zweite Strebe das Durchgangsloch in den ersten Kanal, den zweiten Kanal und einen dritten Kanal teilen, wobei die zweite Strebe das sensorelementseitige Fenster abstützt und in Richtung zu dem Zelleninnenraum hin drückt, wobei das Spektrometer ein drittes Sensorelement aufweist, das eingerichtet ist, die elektromagnetische Strahlung nach Transmission durch die Durchflusszelle zu detektieren, und in dem dritten Kanal das dritte Sensorelement angeordnet ist. Durch das Vorsehen der zweiten Strebe kann das sensorelementseitige Fenster noch kleiner ausgeführt werden und das Übersprechen der elektromagnetischen Strahlung kann zwischen dem ersten Kanal, dem zweiten Kanal und dem dritten Kanal verringert werden. Besonders bevorzugt teilen die erste Strebe und die zweite Strebe das Durchgangsloch auch in einen vierten Kanal, wobei das Spektrometer ein viertes Sensorelement aufweist, das eingerichtet ist, die elektromagnetische Strahlung nach Transmission durch die Durchflusszelle zu detektieren, und in dem vierten Kanal das vierte Sensorelement angeordnet ist. Somit kann das Übersprechen der elektromagnetischen Strahlung zwischen den vier Kanälen verringert werden.
Es ist bevorzugt, dass der Fensterandrückring mindestens eine weitere Strebe aufweist, wodurch der Fensterandrückring n der Streben aufweist, wobei die n Streben das Durchgangsloch in 2*n Kanäle teilen und in dem dritten Kanal bis 2*n-ten Kanal jeweils ein Sensorelement angeordnet ist. Beispielsweise können die Kanäle die Form von Sektoren, insbesondere Kreissektoren, haben. Es ist besonders bevorzugt, dass alle die Kanäle gleich groß sind. Außerdem ist denkbar, dass alle die Streben das sensorelementseitige Fenster abstützen und in Richtung zu dem Zelleninnenraum hin drücken. Insbesondere kann n≥3 sein.
Das Spektrometer weist bevorzugt für jeden der Kanäle jeweils einen Wellenlängenfilter auf, der eingerichtet ist, in einem Betrieb des Spektrometers die elektromagnetische Strahlung zu filtern, wobei alle die Streben sich in einer Axialrichtung bezüglich der optischen Achse zumindest von den Wellenlängenfiltern bis zu den Sensorelementen erstrecken. Dadurch ist es möglich, das Übersprechen zwischen allen den Kanälen zu unterbinden. Bei den Wellenlängenfiltern kann es sich beispielsweise um Bandpassfilter handeln.
Das Spektrometer weist bevorzugt eine Kunststoffscheibe auf, die für jeden der Kanäle ein jeweiliges Kunststoffscheibendurchgangsloch aufweist und in einer Axialrichtung bezüglich der optischen Achse zwischen der ersten Strebe und dem sensorelementseitigen Fenster angeordnet ist, so dass die erste Strebe das sensorelementseitige Fenster mittelbar via die Kunststoffscheibe abstützt. Dadurch kontaktiert die erste Strebe nicht das sensorelementseitige Fenster, wodurch ein Beschädigen des sensorelementseitigen Fensters durch die erste Strebe vorteilhaft unterbunden werden kann. Alternativ dazu, die Kunststoffscheibe vorzusehen, ist es auch denkbar, dass die erste Strebe das sensorelementseitige Fenster kontaktiert und somit die erste Strebe das sensorelementseitige Fenster unmittelbar abstützt.
Es ist bevorzugt, dass das Spektrometer eine Leiterplatte, an der die Sensorelemente angeordnet sind, und einen Leiterplattenandrückring aufweist, der an der dem Fensterandrückring abgewandten Seite der Leiterplatte angeordnet ist, wobei die Leiterplatte von dem Leiterplattenandrückring gegen den Fensterandrückring gedrückt ist. Dabei ist besonders bevorzugt, dass die Leiterplatte den Leiterplattendrückring und/oder den Fensterandrückring kontaktiert.
Das Spektrometer weist bevorzugt einen Grundkörper auf, der den Emitter abstützt, wobei der Fensterandrückring an dem Grundkörper befestigt ist. Dabei ist besonders bevorzugt, dass das Spektrometer einen Haltering aufweist, der mit dem Fensterandrückring und/oder dem Grundkörper verschraubt ist, wobei der Fensterandrückring mittelbar via den Haltering an dem Grundkörper befestigt ist.
Das Spektrometer weist bevorzugt ein Emittergehäuse auf, das an dem Grundkörper befestigt ist und in dem der Emitter angeordnet ist. Das Emittergehäuse kann dabei ein vom dem Grundkörper separates Bauteil sein. Insbesondere kann das Emittergehäuse den Emitter abstützen, so dass der Grundkörper den Emitter mittelbar via das Emittergehäuse abstützt. Das emitterseitige Fenster kann an dem Emittergehäuse abgestützt sein. Alternativ dazu, dass das emitterseitige Fenster an dem Emittergehäuse abgestützt ist, kann das emitterseitige Fenster an dem Grundkörper abgestützt sein und nicht an dem Emittergehäuse abgestützt sein.
Der Grundkörper weist bevorzugt einen ersten Fluidkanal, der fluidleitend mit dem Zelleninnenraum verbunden ist, und einen zweiten Fluidkanal auf, der fluidleitend mit dem Zelleninnenraum verbunden ist. Via den ersten Fluidkanal kann die Probe zu dem Zelleninnenraum hin geleitet werden und via den zweiten Fluidkanal kann die Probe anschließend von Zelleninnenraum weg geleitet werden.
Es ist bevorzugt, dass das Spektrometer einen Abstandshalter aufweist, der in einer Axialrichtung bezüglich der optischen Achse zwischen dem emitterseitigen Fenster und dem sensorelementseitigen Fenster angeordnet ist und ein Langloch aufweist, das den Zelleninnenraum bildet, wodurch der Abstandshalter den Zelleninnenraum in der Radialrichtung außen begrenzt. Der Abstandshalter kann beispielsweise von einem Metall oder einer Legierung gebildet sein. Der Abstandshalter kann beispielsweise eine Dicke haben, die in einem Bereich von 10 µm bis 500 µm liegt, insbesondere in einem Bereich von 25 µm bis 50 µm oder in einem Bereich von 100 µm bis 500 µm. Der Bereich von 25 µm bis 50 µm eignet sich besonders, wenn die Probe Wasser aufweist, insbesondere mindestens 80 Massen-% Wasser, und der Bereich von 100 µm bis 500 µm eignet sich besonders, wenn die Probe ein Öl aufweist, insbesondere mindestens 80 Massen-% Öl.
Der Abstandshalter kann einen Mittelsteg aufweisen, der innerhalb des Langlochs angeordnet ist und in der Axialrichtung von der Seite des Emitters gesehen die erste Strebe verdeckt. Der Mittelsteg wird vorteilhaft von der ersten Strebe via das sensorelementseitige Fenster abgestützt. Dadurch kann ein Durchbiegen der Durchflusszelle durch den Mittelsteg unterbunden werden.
Die elektromagnetische Strahlung weist bevorzugt Infrarotstrahlung auf oder besteht bevorzugt aus der Infrarotstrahlung. Dabei ist besonders bevorzugt, dass das sensorelementseitige Fenster und das emitterseitige Fenster transparent für die Infrarotstrahlung sind.
Es ist bevorzugt, dass jedes der Sensorelemente jeweils als ein Nacktchip vorliegt. Dadurch weisen die Sensorelemente keine Ummantelung auf, wie beispielsweise bei einem TO-Gehäuse (englisch: „transistor outline“), insbesondere einem TO-5 Gehäuse, oder einem SMD-Gehäuse (englisch: „surface mounting device“). Auf die Ummantelung kann verzichtet werden, weil jedes der Sensorelemente in jeweils einem der Kanäle angeordnet ist und der Außenring zusammen mit der Strebe bzw. den Streben jeweils ein Gehäuse für jeweils einen der Sensorelemente bildet. Mit anderen Worten befindet sich in jedem der Kanäle kein weiteres Gehäuse, welches das dem Kanal zugehörige Sensorelement einhaust.
Es ist bevorzugt, dass das sensorelementseitige Fenster und insbesondere das emitterseitige Fenster kleberfrei in dem Spektrometer angeordnet sind. Werden das sensorelementseitige Fenster und insbesondere das emitterseitige Fenster mittels eines Klebers in dem Spektrometer befestigt, so kann dies dazu führen, dass der Kleber als eine Verunreinigung in den von dem Spektrometer gemessenen Spektren sichtbar ist.
Die Sensorelemente sind bevorzugt eingerichtet, die Infrarotstrahlung zu detektieren. Dazu können die Sensorelemente eine pyroelektrische Schicht aufweisen, die insbesondere Bleizirkonattitanat aufweist oder aus Bleizirkonattitanat besteht. Dabei kann der Emitter eingerichtet sein, eine zeitlich variierende Intensität der elektromagnetischen Strahlung zu emittieren. Die Sensorelemente können jedoch auch thermoelektrische Sensoren, Thermosäulen und/oder Quantendetektoren (die den äußeren Photoeffekt, den inneren Photoeffekt und/oder den photon-drag-Effekt ausnutzen) sein.
Im Folgenden wird anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen die Erfindung näher erläutert. Es zeigen

1 eine Explosionszeichnung eines erfindungsgemäßen Spektrometers,
2 einen ersten Längsschnitt durch das Spektrometer,
3 ein Detail aus 2,
4 einen zweiten Längsschnitt durch das Spektrometer,
5 einen Querschnitt durch das Spektrometer,
6 eine Draufsicht auf einen beispielhaften Abstandshalter des Spektrometers,
7 eine Draufsicht auf einen ersten beispielhaften Fensterandrückring des Spektrometers,
8 eine Draufsicht auf einen zweiten beispielhaften Fensterandrückring des Spektrometers,
9 eine Draufsicht auf einen dritten beispielhaften Fensterandrückring des Spektrometers.

Wie es aus 1 bis 5 ersichtlich ist, weist das erfindungsgemäße Spektrometer 1 eine Durchflusszelle 2, einen Emitter 19, ein erstes Sensorelement 11, ein zweites Sensorelement 12 und einen Fensterandrückring 6 auf. Der Emitter 19 ist eingerichtet, die Durchflusszelle 2 mit elektromagnetischer Strahlung zu bestrahlen. Das erste Sensorelement 11 und das zweite Sensorelement 12 sind eingerichtet, die elektromagnetische Strahlung nach Transmission durch die Durchflusszelle 2 zu detektieren. Die Durchflusszelle 2 weist ein emitterseitiges Fenster 3 und ein sensorelementseitiges Fenster 4 auf, die einen Zelleninnenraum 5 der Durchflusszelle 2 begrenzen. Der Fensterandrückring 6 weist eine erste Strebe 9, ein Durchgangsloch 59 und einen Außenring 55 auf, der das Durchgangsloch 59 in einer Radialrichtung 57 bezüglich einer optischen Achse 56 des Spektrometers 1 außen begrenzt, das sensorelementseitige Fenster 4 abstützt und in Richtung zu dem Zelleninnenraum 5 hin drückt. Die erste Strebe 9 teilt das Durchgangsloch 59 in einen ersten Kanal 15 und einen zweiten Kanal 16 sowie stützt das sensorelementseitige Fenster 4 ab und drückt das sensorelementseitige Fenster 4 in Richtung zu dem Zelleninnenraum 5 hin. In dem ersten Kanal 15 ist das erste Sensorelement 11 angeordnet und in dem zweiten Kanal 16 ist das zweite Sensorelement 12 angeordnet. Das Spektrometer 1 kann eingerichtet sein, in einem Betrieb des Spektrometers 1 eine Probe, die insbesondere flüssig ist, durch den Zelleninnenraum 5 zu strömen. Die Probe kann beispielsweise ein Schmieröl aufweisen.
5 zeigt, dass das sensorelementseitige Fenster 4 einen Überlappbereich 44 aufweisen kann, in dem in einer Axialrichtung 58 bezüglich der optischen Achse 56 gesehen das sensorelementseitige Fenster 4 mit dem Außenring 55 überlappt. Dadurch, dass die erste Strebe 9 vorgesehen ist, die zusammen mit dem Außenring 55 das sensorelementseitige Fenster 4 abstützt, kann der Überlappbereich 44 kleiner ausgeführt werden als wenn die erste Strebe 9 nicht vorgesehen wäre. Dadurch kann das sensorelementseitige Fenster 4 kleiner und damit kostengünstiger ausgeführt werden als wenn die erste Strebe 9 nicht vorgesehen wäre.
Es ist denkbar, dass der Fensterandrückring 6 nur die erste Strebe 9 aufweist, vergleiche den ersten beispielhaften Fensterandrückring 6 aus 7. Die erste Strebe 9 kann dabei gerade ausgeführt sein, so dass der erste Kanal 15 und der zweite Kanal 16 die Form von gleich großen Kreissegmenten haben.
Alternativ ist denkbar, dass der Fensterandrückring 6 eine zweite Strebe 10 aufweist, vergleiche den zweiten beispielhaften Fensterandrückring 6 aus 8 und den dritten beispielhaften Fensterandrückring 6 aus 9, wobei die erste Strebe 9 und die zweite Strebe 10 das Durchgangsloch in den ersten Kanal 15, den zweiten Kanal 16 und einen dritten Kanal 17 teilen. Die zweite Strebe 10 stützt das sensorelementseitige Fenster 4 ab und drückt das sensorelementseitige Fenster 4 in Richtung zu dem Zelleninnenraum 5 hin, wobei das Spektrometer 1 ein drittes Sensorelement 13 aufweist, das eingerichtet ist, die elektromagnetische Strahlung nach Transmission durch die Durchflusszelle 2 zu detektieren, und in dem dritten Kanal 17 das dritte Sensorelement 13 angeordnet ist. Beispielsweise kann das Durchgangsloch 59 in genau drei Kanäle 15, 16, 17 geteilt sein, siehe den zweiten beispielhaften Fensterandrückring 6 aus 8. Dazu kann die erste Strebe 9 gewinkelt mit zwei geraden Teilstreben ausgeführt sein, wobei beide Teilstreben an dem Außenring 55 befestigt sind und in dem Durchgangsloch 59 miteinander verbunden sind. Die zweite Strebe 10 kann sich ausgehend von dem Außenring 55 bis zu der Stelle erstrecken, an der die beiden Teilstreben miteinander verbunden sind, und dort mit der ersten Strebe 9 verbunden sein. Insbesondere können die drei Kanäle 15, 16, 17 die Form von gleich großen Kreissegmenten haben. In einem anderen Beispiel können die erste Strebe 9 und die zweite Strebe 10 das Durchgangsloch auch in einen vierten Kanal 18 teilen, vergleiche den dritten beispielhaften Fensterandrückring 6 aus 9, wobei das Spektrometer 1 ein viertes Sensorelement 14 aufweist, das eingerichtet ist, die elektromagnetische Strahlung nach Transmission durch die Durchflusszelle 2 zu detektieren, und in dem vierten Kanal 18 das vierte Sensorelement 14 angeordnet ist. Die erste Strebe 9 und die zweite Strebe 10 können gerade ausgeführt sein und die vier Kanäle 15 bis 18 können insbesondere die Form von gleich großen Kreissegmenten haben.
Es ist denkbar, dass der Fensterandrückring 6 mindestens eine weitere Strebe 10 aufweist, wodurch der Fensterandrückring 6 n der Streben 9, 10 aufweist, wobei die n Streben 9, 10 das Durchgangsloch in 2*n Kanäle 15 bis 18 teilen und in dem dritten Kanal 17 bis 2*n-ten Kanal 18 jeweils ein Sensorelement 13, 14 angeordnet ist. Dabei sind die 2*n Kanäle 11 bis 14 insbesondere gleich groß. Insbesondere ist denkbar, dass der Fensterandrückring 6 mindestens zwei weitere Streben 10 aufweist, so dass n≥3 ist. Außerdem ist denkbar, dass alle die Streben 9, 10 das sensorelementseitige Fenster 4 abstützen und in Richtung zu dem Zelleninnenraum 5 hin drücken.
Es ist denkbar, dass der Außenring 55 und alle die Streben aus einem Metall oder einer Legierung gefertigt sind. Insbesondere sind alle die Streben undurchlässig für die elektromagnetische Strahlung, so dass ein Übersprechen der elektromagnetischen Strahlung zwischen allen den Kanälen unterbunden werden kann. Insbesondere aus 3 ist ersichtlich, dass der Außenring 55 einen Radialvorsprung 45 aufweisen kann, der von dem verbliebenen Außenring 55 in einer Radialrichtung 57 bezüglich der optischen Achse 56 nach innen vorstehen kann. Der Radialvorsprung 45 kann eine sensorelementseitige Auflagefläche 8 aufweisen, die das sensorelementseitige Fenster 4 abstützt. Der Radialvorsprung 45 kann versetzt von dem in einer Axialrichtung 58 bezüglich der optischen Achse und dem Emitter 19 zugewandt angeordneten Ende des Außenrings 55 angeordnet sein, so dass das sensorelementseitige Fenster 4 ganz oder teilweise in dem Außenring 55 versenkt ist.
3 und 5 zeigen, dass das Spektrometer 1 für jeden der Kanäle 15 bis 18 jeweils einen Wellenlängenfilter 51 bis 54 aufweisen kann, der eingerichtet ist, in einem Betrieb des Spektrometers 1 die elektromagnetische Strahlung zu filtern, wobei alle die Streben 9, 10 sich in einer Axialrichtung 58 bezüglich der optischen Achse 56 zumindest von den Wellenlängenfiltern 51 bis 54 bis zu den Sensorelementen 11 bis 14 erstrecken. Bei den Wellenlängenfiltern 51 bis 54 kann es sich zumindest zum Teil um Bandpassfilter handeln.
Wie es aus 1 bis 3 ersichtlich ist, kann das Spektrometer 1 eine Kunststoffscheibe 20 aufweisen, die für jeden der Kanäle 15 bis 18 ein jeweiliges Kunststoffscheibendurchgangsloch 21 bis 24 aufweist und in einer Axialrichtung 58 bezüglich der optischen Achse 56 zwischen der ersten Strebe 9 und dem sensorelementseitigen Fenster 4 angeordnet ist, so dass die erste Strebe 9 das sensorelementseitige Fenster 4 mittelbar via die Kunststoffscheibe 20 abstützt. In dem Fall, dass mindestens eine weitere Strebe vorgesehen ist, stützen alle die Streben 9, 10 das sensorelementseitige Fenster 4 mittelbar via die Kunststoffscheibe 20 ab. Insbesondere kontaktiert die Kunststoffscheibe 20 sowohl alle die Streben 9, 10, den Außenring 55 und das sensorelementseitige Fenster 4.
Das Spektrometer 1 kann eine Leiterplatte 28 (siehe 1 bis 3), an der die Sensorelemente 11 bis 14 angeordnet und insbesondere befestigt sind, und einen Leiterplattenandrückring 29 aufweisen, der an der dem Fensterandrückring 6 abgewandten Seite der Leiterplatte 28 angeordnet ist, wobei die Leiterplatte 28 von dem Leiterplattenandrückring 29 gegen den Fensterandrückring 6 gedrückt ist. Dazu kann das Spektrometer 1 eine Schraube 41 oder mehrere Schrauben 41 aufweisen. Für jede der Schrauben 41 kann die Leiterplatte 28 jeweils ein Leiterplattendurchgangsloch 39, durch das die zugehörige Schraube 41 sich erstreckt, der Leiterplattenandrückring 29 jeweils ein Leiterplattenandrückringdurchgangsloch 40 aufweisen, durch das die zugehörige Schraube 41 sich erstreckt, und der Fensterandrückring 6 jeweils eine Fensterandrückringinnengewinde 38 (siehe 4) aufweisen, in das die zugehörige Schraube 41 eingreift. Dabei ist denkbar, dass die Leiterplatte 28 den Fensterandrückring 6 und/oder den Leiterplattenandrückring 29 kontaktiert.
Insbesondere 1, 2 und 4 zeigen, dass das Spektrometer 1 einen Grundkörper 26 aufweisen kann, der den Emitter 19 abstützt, wobei der Fensterandrückring 6 an dem Grundkörper 26 befestigt ist. Dazu kann das Spektrometer 1 einen Haltering 27 aufweisen, der mit dem Grundkörper 26 verschraubt ist, wobei der Fensterandrückring 6 mittelbar via den Haltering 27 an dem Grundkörper 26 befestigt ist. Um den Haltering 27 mit dem Grundkörper 26 zu verschrauben kann der Grundkörper 26 ein Innengewinde 34 aufweisen und der Haltering 27 kann ein Außengewinde 35 aufweisen, wobei das Innengewinde 34 und das Außengewinde 35 miteinander in Eingriff stehen. Der Haltering 27 kann an einer dem Emitter 19 abgewandten Seite des Fensterandrückrings 6 angeordnet sein. Dadurch kann, wenn der Haltering 27 in das Innengewinde 34 des Grundkörpers 26 eingeschraubt wird, der Fensterandrückring 6 und damit das sensorelementseitige Fenster 4 zu dem emitterseitigen Fenster 4 hin verlagert werden und insbesondere der Zelleninnenraum 5 dadurch geschlossen werden. Der Haltering 27 kann eine Halteringaussparung 37 oder mehrere Halteringaussparungen 37 aufweisen, die an einer dem Emitter 19 abgewandten Seite des Halterings 27 eingebracht sind. Die Halteringaussparung 37 oder die Halteringaussparungen 37 sind dazu vorgesehen, dass ein Werkzeug darin eingreifen kann und durch ein Drehen des Werkzeugs kann der Haltering 27 weg von dem Emitter 19 oder zu dem Emitter 19 hin geschraubt werden.
Dadurch, dass der Haltering 27 den Fensterandrückring 6 und damit das sensorelementseitige Fenster 4 in Richtung zu dem emitterseitigen Fenster 3 hin drückt, kann eine Abdichtung des Zelleninnenraums 5 ohne die Verwendung eines Klebers erfolgen, d.h. insbesondere können das sensorelementseitige Fenster 4 und das emitterseitige Fenster 3 kleberfrei angeordnet sein.
Wie es insbesondere aus 1 und 2 ersichtlich ist, kann das Spektrometer 1 ein Emittergehäuse 43 aufweisen, das an dem Grundkörper 26 befestigt ist und in dem der Emitter 19 angeordnet ist. Beispielsweise kann das Emittergerhäuse 43 mittels eines Dichtrings 46 an dem Grundkörper 26 befestigt sein, vergleiche 2. Das Emittergehäuse 43 kann dabei ein vom dem Grundkörper 26 separates Bauteil sein, siehe insbesondere 1. Aus 3 ist ersichtlich, dass das emitterseitige Fenster 3 an dem Emittergehäuse 43 abgestützt sein kann. Das Emittergehäuse 43 kann dazu eine emitterseitige Auflagefläche 7 aufweisen, die die Form eines Kreisrings haben kann. Das emitterseitige Fenster 3 kann die emitterseitige Auflagefläche 7 kontaktieren, vergleiche 2 und 3. Alternativ dazu ist denkbar, dass zwischen emitterseitigen Auflagefläche 7 und dem emitterseitigen Fenster 3 ein Kunststoffring eingebracht ist, der sowohl die emitterseitige Auflagefläche 7 als auch das emitterseitige Fenster 3 kontaktiert. Alternativ dazu, das emitterseitige Fenster 3 an dem Emittergehäuse 43 abzustützen, ist es denkbar, dass das emitterseitige Fenster 3 an dem Grundkörper 26 abgestützt ist und nicht an dem Emittergehäuse 43 abgestützt ist.
1 zeigt, dass der Grundkörper 26 einen ersten Fluidkanal 36, der fluidleitend mit dem Zelleninnenraum 5 verbunden ist, und einen zweiten Fluidkanal (in 1 verdeckt und daher nicht sichtbar) aufweisen kann, der fluidleitend mit dem Zelleninnenraum 5 verbunden ist.
Insbesondere 1 und 6 zeigen, dass das Spektrometer 1 einen Abstandshalter 25 aufweisen kann, der in einer Axialrichtung 58 bezüglich der optischen Achse 56 zwischen dem emitterseitigen Fenster 3 und dem sensorelementseitigen Fenster 4 angeordnet ist und ein Langloch 30 aufweist, das den Zelleninnenraum 5 bildet, wodurch der Abstandshalter 25 den Zelleninnenraum 5 in der Radialrichtung 57 außen begrenzt. Insbesondere kann der Abstandshalter 25 das emitterseitige Fenster 3 und das sensorelementseitige Fenster 4 kontaktieren, siehe beispielsweise 3. 1 zeigt, dass der Grundkörper 26 eine Grundkörperauflagefläche 31 aufweisen kann, auf die der Abstandshalter 25 aufliegen kann. Von der Grundkörperauflagefläche 31 kann ein Vorsprung 33 vorstehen, der in eine Aussparung 32 in dem Abstandshalter 25 eingreift. Dadurch kann die Orientierung des Langlochs 30 relativ zu dem Grundkörper 26 festgelegt werden. Alternativ ist denkbar, dass der Abstandshalter 25 einen Vorsprung aufweist, der in eine Aussparung in dem Grundkörper 26 eingreift.
6 zeigt, dass der Abstandshalter 25 einen Mittelsteg 42 aufweisen kann, der innerhalb des Langlochs 30 angeordnet ist und in der Axialrichtung 58 von der Seite des Emitters 19 gesehen die erste Strebe 9 verdeckt.
Es ist denkbar, dass das emitterseitige Fenster 3 in einer Ebene, deren Normale parallel zu der optischen Achse 56 angeordnet ist, einen kreisförmigen Querschnitt hat. Es ist zudem denkbar, dass das sensorelementseitige Fenster 4 in einer Ebene, deren Normale parallel zu der optischen Achse 56 angeordnet ist, einen kreisförmigen Querschnitt hat.
Die elektromagnetische Strahlung kann beispielsweise Infrarotstrahlung aufweisen oder aus der Infrarotstrahlung bestehen.
Alle die Sensorelemente 11 bis 14 können beispielsweise jeweils als ein Nacktchip vorliegen.
Bezugszeichenliste

1: Spektrometer
2: Durchflusszelle
3: emitterseitiges Fenster
4: sensorelementseitiges Fenster
5: Zelleninnenraum
6: Fensterandrückring
7: emitterseitige Auflagefläche
8: sensorelementseitige Auflagefläche
9: erste Strebe
10: zweite Strebe
11: erstes Sensorelement
12: zweites Sensorelement
13: drittes Sensorelement
14: viertes Sensorelement
15: erster Kanal
16: zweiter Kanal
17: dritter Kanal
18: vierter Kanal
19: Emitter
20: Kunststoffscheibe
21: erstes Kunststoffscheibendurchgangsloch
22: zweites Kunststoffscheibendurchgangsloch
23: drittes Kunststoffscheibendurchgangsloch
24: viertes Kunststoffscheibendurchgangsloch
25: Abstandshalter
26: Grundkörper
27: Haltering
28: Leiterplatte
29: Leiterplattenandrückring
30: Langloch
31: Grundkörperauflagefläche
32: Aussparung
33: Vorsprung
34: Innengewinde
35: Außengewinde
36: erster Fluidkanal
37: Halteringaussparung
38: Fensterandrückringinnengewinde
39: Leiterplattendurchgangsloch
40: Leiterplattenandrückringdurchgangsloch
41: Schraube
42: Mittelsteg
43: Emittergehäuse
44: Überlappbereich
45: Radialvorsprung
46: Dichtring
51: erster Wellenlängenfilter
52: zweiter Wellenlängenfilter
53: dritter Wellenlängenfilter
54: vierter Wellenlängenfilter
55: Außenring
56: optische Achse
57: Radialrichtung
58: Axialrichtung
59: Durchgangsloch

Claims

Spektrometer mit einer Durchflusszelle (2), einem Emitter (19), der eingerichtet ist, die Durchflusszelle (2) mit elektromagnetischer Strahlung zu bestrahlen, ein erstes Sensorelement (11) und ein zweites Sensorelement (12), die eingerichtet sind, die elektromagnetische Strahlung nach Transmission durch die Durchflusszelle (2) zu detektieren, wobei die Durchflusszelle (2) ein emitterseitiges Fenster (3) und ein sensorelementseitiges Fenster (4) aufweist, die einen Zelleninnenraum (5) der Durchflusszelle (2) begrenzen, und einem Fensterandrückring (6), der eine erste Strebe (9), ein Durchgangsloch und einen Außenring (55) aufweist, der das Durchgangsloch in einer Radialrichtung (57) bezüglich einer optischen Achse (56) des Spektrometers (1) außen begrenzt, das sensorelementseitige Fenster (4) abstützt und in Richtung zu dem Zelleninnenraum (5) hin drückt, wobei die erste Strebe (9) das Durchgangsloch in einen ersten Kanal (15) und einen zweiten Kanal (16) teilt sowie das sensorelementseitige Fenster (4) abstützt und in Richtung zu dem Zelleninnenraum (5) hin drückt, wobei in dem ersten Kanal (15) das erste Sensorelement (11) angeordnet ist und in dem zweiten Kanal (16) das zweite Sensorelement (12) angeordnet ist.
Spektrometer gemäß Anspruch 1, wobei der Fensterandrückring (6) eine zweite Strebe (10) aufweist, wobei die erste Strebe (9) und die zweite Strebe (10) das Durchgangsloch in den ersten Kanal (15), den zweiten Kanal (16) und einen dritten Kanal (17) teilen, wobei die zweite Strebe (10) das sensorelementseitige Fenster (4) abstützt und in Richtung zu dem Zelleninnenraum (5) hin drückt, wobei das Spektrometer (1) ein drittes Sensorelement (13) aufweist, das eingerichtet ist, die elektromagnetische Strahlung nach Transmission durch die Durchflusszelle (2) zu detektieren, und in dem dritten Kanal (17) das dritte Sensorelement (13) angeordnet ist.
Spektrometer gemäß Anspruch 2, wobei die erste Strebe (9) und die zweite Strebe (10) das Durchgangsloch auch in einen vierten Kanal (18) teilen, wobei das Spektrometer (1) ein viertes Sensorelement (14) aufweist, das eingerichtet ist, die elektromagnetische Strahlung nach Transmission durch die Durchflusszelle (2) zu detektieren, und in dem vierten Kanal (18) das vierte Sensorelement (14) angeordnet ist.
Spektrometer gemäß Anspruch 1, wobei der Fensterandrückring (6) mindestens eine weitere Strebe (10) aufweist, wodurch der Fensterandrückring (6) n der Streben (9, 10) aufweist, wobei die n Streben (9, 10) das Durchgangsloch in 2*n Kanäle (15 bis 18) teilen und in dem dritten Kanal (17) bis 2*n-ten Kanal (18) jeweils ein Sensorelement (13, 14) angeordnet ist.
Spektrometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Spektrometer (1) für jeden der Kanäle (15 bis 18) jeweils einen Wellenlängenfilter (51 bis 54) aufweist, der eingerichtet ist, in einem Betrieb des Spektrometers (1) die elektromagnetische Strahlung zu filtern, wobei alle die Streben (9, 10) sich in einer Axialrichtung (58) bezüglich der optischen Achse (56) zumindest von den Wellenlängenfiltern (51 bis 54) bis zu den Sensorelementen (11 bis 14) erstrecken.
Spektrometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Spektrometer (1) eine Leiterplatte (28), an der die Sensorelemente (11 bis 14) angeordnet sind, und einen Leiterplattenandrückring (29) aufweist, der an der dem Fensterandrückring (6) abgewandten Seite der Leiterplatte (28) angeordnet ist, wobei die Leiterplatte (28) von dem Leiterplattenandrückring (29) gegen den Fensterandrückring (6) gedrückt ist.
Spektrometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Spektrometer (1) einen Grundkörper (26) aufweist, der den Emitter (19) abstützt, wobei der Fensterandrückring (6) an dem Grundkörper (26) befestigt ist.
Spektrometer gemäß Anspruch 7, wobei das Spektrometer (1) einen Haltering (27) aufweist, der mit dem Fensterandrückring (6) und/oder dem Grundkörper (26) verschraubt ist, wobei der Fensterandrückring (6) mittelbar via den Haltering (27) an dem Grundkörper (26) befestigt ist.
Spektrometer gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei das Spektrometer (1) ein Emittergehäuse (43) aufweist, das an dem Grundkörper (26) befestigt ist und in dem der Emitter (19) angeordnet ist.
Spektrometer gemäß Anspruch 9, wobei das emitterseitige Fenster (3) an dem Emittergehäuse (43) abgestützt ist.
Spektrometer gemäß Anspruch 9, wobei das emitterseitige Fenster (3) an dem Grundkörper (26) abgestützt ist und nicht an dem Emittergehäuse (43) abgestützt ist.
Spektrometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Spektrometer (1) einen Abstandshalter (25) aufweist, der in einer Axialrichtung (58) bezüglich der optischen Achse (56) zwischen dem emitterseitigen Fenster (3) und dem sensorelementseitigen Fenster (4) angeordnet ist und ein Langloch (30) aufweist, das den Zelleninnenraum (5) bildet, wodurch der Abstandshalter (25) den Zelleninnenraum (5) in der Radialrichtung (57) außen begrenzt.
Spektrometer gemäß Anspruch 12, wobei der Abstandshalter (25) einen Mittelsteg (42) aufweist, der innerhalb des Langlochs (30) angeordnet ist und in der Axialrichtung (58) von der Seite des Emitters (19) gesehen die erste Strebe (9) verdeckt.
Spektrometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei jedes der Sensorelemente (11 bis 14) jeweils als ein Nacktchip vorliegt.
Spektrometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das sensorelementseitige Fenster (4) und insbesondere das emitterseitige Fenster (3) kleberfrei angeordnet sind.