DE19543105C2 - Optischer Gasanalysator mit einem pyroelektrischen Detektorelement - Google Patents
Optischer Gasanalysator mit einem pyroelektrischen DetektorelementInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen optischen Gasanalysator nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs.
Ein Gasanalysator der genannten Art ist aus der EP 0332 180 A2
bekanntgeworden. Bei dem bekannten Gasanalysator enthält der
Infrarotsensor in einem Gehäuse einen Strahlunterbrecher und ein
pyroelektrisches Detektorelement, welche auf einer gemeinsamen Halterung
befestigt sind. Das Detektorelement ist in einer Hülse aufgenommen, welche
in Richtung der Infrarot-Strahlungsquelle mit einem optischen Filter versehen
ist. Die von der IR-Strahlungsquelle emittierte Meßstrahlung gelangt über
eine die nachzuweisende Gasprobe enthaltende Meßküvette, den
Strahlunterbrecher und das optische Filter zu dem pyroelektrischen
Detektorelement.
Von pyroelektrischen Detektorelementen ist bekannt, daß das Signal-
Rausch-Verhältnis des Meßsignales durch auf den Detektor wirkende
mechanische Schwingungen oder Stöße beeinträchtigt ist. Diese Störungen
wirken sich besonders bei einer breitbandigen Auswertung des Meßsignales
aus. Mechanische Schwingungen innerhalb des Gasanalysators können
beispielsweise durch Meßgaspumpen oder aber auch durch den motorisch
betriebenen Strahlunterbrecher verursacht werden. Eine
Schwingungsisolation in Form einer elastischen Lagerung der
Meßgaspumpe bzw. des Strahlunterbrechers führt in vielen Fällen noch nicht
zu einer Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses, da die durch die
elastische Lagerung entstehenden Masse-Feder-Systeme meistens eine
Resonanzfrequenz innerhalb des auszuwertenden Frequenzbereiches
besitzen und damit die Resonanzphänomene innerhalb des für die
Auswertung relevanten Frequenzbereiches nur auf der Frequenzachse
verschoben werden. Da bei der Meßgaspumpe bzw. dem Strahlunterbrecher
die Masse konstruktionsbedingt fest vorgegeben ist und nur geringfügig
beeinflußt werden kann, läßt sich die Resonanzfrequenz in vielen Fällen nur
über die Federkonstante der elastischen Lagerung beeinflussen.
Physikalische und mechanische Grenzen erschweren jedoch die
Dimensionierung der elastischen Lagerung.
Eine Schwingungsisolation eines pyroelektrischen
Detektors ist aus US 4 044 251 oder US 4 258 260
bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gasanalysator der
genannten Art hinsichtlich breitbandiger Auswertbarkeit des Meßsignales
des pyroelektrischen Detektors zu verbessern.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs.
Der Vorteil der Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß durch
Anbringung einer elastischen Lagerung zwischen der Detektorhalterung und
einer das pyroelektrische Detektorelement und ein Vorverstärkersystem
aufnehmenden Hülse ein Masse-Feder-System geschaffen wird, welches
mittels der Federkonstanten der elastischen Lagerung besonders gut auf
tiefe Resonanzfrequenzen abstimmbar ist. Die Resonanzfrequenz wird dabei
so eingestellt, daß sie mindestens am unteren Ende des auszuverwertenden
Frequenzbereiches liegt. Durch Einbeziehung von weiteren Verstärkerstufen
in das Vorverstärkersystem, kann die Masse weiter erhöht werden. Die
Masse ist über das Material und die Wandstärke der Hülse für praktische
Anwendungen in ausreichenden Grenzen variierbar.
Eine im Bereich der Strahlungseintrittsfläche des Detektorelementes
befindliche Optik ist zweckmäßigerweise an der Hülse angebracht und somit
in die Masse des Detektorelementes mit einbezogen.
Die elastische Lagerung besteht zweckmäßiger aus einem Elastomer, wie
z. B. Silikon, Kautschuk oder Gummi oder ist als ein gedämpftes
Federsystem ausgeführt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und
im folgenden näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt schematisch einen Gasanalysator 1 im Längsschnitt.
Auf einer beheizten Trägerplatte 2 in einem Gehäuse des Gasanalysators 1
sind eine IR-Strahlungsquelle 3, eine Küvette 4 als Meßstrecke und ein
pyroelektrischer Detektor 5 als photoelektrischer Empfänger angeordnet.
Mittels einer an der Trägerplatte befindlichen Heizpatrone 6 wird die
Trägerplatte 2 auf eine Temperatur von etwa 55°C aufgeheizt. Der pyroelektrische Detektor
5 ist an eine Auswerteschaltung 7 angeschlossen und über eine
Meßsignalleitung 8 mit einer Auswerteelektronik 9 verbunden. Zwischen der
IR-Strahlungsquelle 3 und der Küvette 4 werden mittels eines von einem Motor
11 angetriebenen Filterrades 10 nacheinander mehrere Filter in den
Strahlengang gebracht, von denen in der Figur sich ein Filter 12 momentan
im Strahlungsweg befindet. Ein zum Filter 12 gehöriges Meßsignal wird über
die Meßsignalleitung 8 an die Auswerteelektronik 9 übertragen. Die Küvette
4 besitzt im Strahlungsweg zwei für IR-Strahlung durchlässige Fenster 13
und einen in der Figur nicht dargestellten Gaseinlaß und einen Gasauslaß
für die zu analysierende Gasprobe.
Der pyroelektrische Detektor 5 besteht aus einem pyroelektrischen
Detektorelement 51 mit einem Vorverstärkersystem 52, welche zusammen in
einer Hülse 53 befestigt sind, wobei an der Strahlungseintrittsfläche eine
Optik 54 an der Hülse 53 angebracht ist. Die Drahtverbindung zwischen dem
Vorverstärkersystem 52 und der Auswerteschaltung 7 ist mittels einer
dünnen, flexiblen Litze ausgeführt, um eine mechanische Entkopplung
zwischen dem Vorverstärkersystem 52 und der Auswerteschaltung 7 zu
erreichen. Die Trägerplatte 2 ist im Bereich des pyroelektrischen Detektors 5
zu einer Detektorhalterung 21 ausgebildet, wobei der pyroelektrische
Detektor 5 mittels einer elastischen Lagerung 14 innerhalb der
Detektorhalterung 21 befestigt ist. Die elastische Lagerung 14 ist als ein
Moosgummiring oder Silikonring ausgeführt. Das durch die elastische
Lagerung 14 des pyroelektrischen Detektors 5 gebildete Masse-Feder-
System wird bezüglich seiner Resonanzfrequenz auf die untere
Grenzfrequenz des auszuwertenden Frequenzbereiches eingestellt, welcher
beispielsweise zwischen 0,5 Hz und 10 kHz liegt. Die für die
Resonanzfrequenz maßgebende Masse des pyroelektrischen Detektors 5 setzt sich aus den
Einzelmassen von Detektorelement 51, Vorverstärkersystem 52, Hülse 53
und Optik 54 zusammen. Die Masse des pyroelektrischen Detektors 5 kann beispielsweise
über die Einzelmasse der Hülse 53 besonders einfach verändert werden,
indem das Material oder die Materialstärke der Hülse 53 den Erfordernissen
angepaßt wird. Die für die Resonanzfrequenz relevante Federkonstante
ergibt sich aus den Materialeigenschaften der elastischen Lagerung 14. So
kann beispielsweise durch eine weiche elastische Lagerung 14 die
Resonanzfrequenz abgesenkt oder durch eine härtere Lagerung 14
angehoben werden. Als elastische Lagerung sind Materialien wie zum
Beispiel Moos- oder Schaumgummi, Silikon oder Kautschuk geeignet, die
eine hohe Elastizität und eine hohe innere Dämpfung besitzen.
Claims (1)
1. Optischer Gasanalysator zum Messen des Anteils von Komponenten in
einer Gasprobe mittels IR-Absorption, enthaltend zumindestens ein
pyroelektrisches Detektorelement (51) an einer Detektorhalterung (21),
dadurch gekennzeichnet, daß das Detektorelement (51) und ein mit
dem Detektorelement (51) verbundenes Vorverstärkersystem (52)
zusammen in einer Hülse (53) befestigt sind, daß zwischen der Hülse
(53) und der Detektorhalterung (21) eine elastische Lagerung (14)
vorgesehen ist, und daß das Masse-Feder-System bestehend aus
der Masse der Hülse (53), unter Einbeziehung der Einzelmassen des
Detektorelementes (51) und des Vorverstärkersystems (52), und der
elastischen Lagerung (14) als Feder, bezüglich seiner
Resonanzfrequenz auf eine untere Grenzfrequenz des auszuwertenden
Frequenzbereiches eingestellt ist.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014000210B3 (de) * | 2014-01-14 | 2015-05-13 | Dräger Safety AG & Co. KGaA | Modifizierte Messküvette |
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US4044251A (en) * | 1976-05-18 | 1977-08-23 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Electromagnetic radiation detector with large area sensing medium |
US4258260A (en) * | 1978-05-30 | 1981-03-24 | Kureha Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Pyroelectric infrared detector |
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-
1995
- 1995-11-18 DE DE19543105A patent/DE19543105C2/de not_active Expired - Fee Related
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US9470621B2 (en) | 2014-01-14 | 2016-10-18 | Dräger Safety AG & Co. KGaA | Modified measuring cuvette |
Also Published As
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DE19543105A1 (de) | 1997-05-22 |
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