DE19647632C1

DE19647632C1 - Infrarot-Gasanalysator

Info

Publication number: DE19647632C1
Application number: DE19647632A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl Ing Ludwig
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1996-11-18
Filing date: 1996-11-18
Publication date: 1997-11-27
Anticipated expiration: 2016-11-19

Description

Die Erfindung betrifft einen Infrarot-Gasanalysator mit einem Infrarot-Strahler zur Erzeugung einer Meßstrahlung, mit einer mit einem Meßgas füllbaren und von der Meßstrahlung durch strahlten Meßküvette, mit einer in Strahlungsrichtung hinter der Meßküvette liegenden Detektoreinrichtung, die ein Disper sionselement für die Meßstrahlung und zumindest einen nach geordneten Detektor enthält, und mit einer Einrichtung zur Fokussierung der in die Detektoreinrichtung eintretenden Meß strahlung.

Bei einem derartigen, aus "tm - Technisches Messen" 58 (1991) 12, S. 493, Bild 2.72 bekannten Gasanalysator wird die von einem Strahler ausgehende Meßstrahlung durch eine Meßzelle geleitet und anschließend mittels einer nicht näher bezeich neten Einrichtung auf einen Gittermonochromator fokussiert, in dem die Meßstrahlung dispergiert wird. Das so erhaltene Spektrum wird wellenlängenabhängig entweder sukzessive für einzelne Wellenlängenintervalle mit einem einzigen Dioden- Detektor oder gleichzeitig für alle Wellenlängen mit einer Zeilenanordnung von Dioden-Detektoren erfaßt.

Ein ähnlicher, aus der DE 44 34 814 A1 bekannter Infrarot-Gas analysator weist ebenfalls eine Detektoreinrichtung mit einem darin angeordneten Dispersionselement für eine Meßstrahlung und zumindest einem nachgeordneten Detektor auf. Die Detek toreinrichtung selbst ist mit einem Meßgas gefüllt und weist einen Strahlungseintrittsspalt auf, gegenüber dem ein die Meßstrahlung erzeugender Infrarotstrahler angeordnet ist.

Aus der JP-A-3-115839 in Patent Abstracts of Japan P-1238, 15. August 1991, Band 15, Nr. 320 ist es bekannt, eine auf die Innenoberfläche eines Zylinders aufgebrachte Probe mit tels Infrarot-Strahlung zu untersuchen, wobei letztere an der Innenoberfläche reflektiert und ohne den Einsatz einer strah lenbündelnden Vorrichtung auf einen Infrarot-Detektor gelenkt wird.

Aus der US-A-5 016 265 ist ein Teleskop für Röntgenstrahl spektroskopie bekannt, bei dem die einfallende Röntgenstrah lung mittels einer fokussierenden Spiegeloptik mit streifen der Reflexion, hier Paraboloid- und Hyperboloid-Spiegel nach Wolter u. a., auf einen Ellipsoid-Spiegel mit Mikrogitter als Dispersionselement abgebildet wird. Das dabei erzeugte Rönt genspektrum wird mittels einer Anordnung von Röntgendetekto ren erfaßt. Die Verwendung einer Spiegeloptik mit streifender Reflexion ergibt sich daraus, daß der Brechungsindex von Ma terialien für Röntgenstrahlung nahezu eins ist, so daß in der Lichtoptik übliche Linsen- und Spiegelsysteme nicht verwendet werden können; statt dessen wird daher für Röntgenstrahlen die Totalreflexion an Oberflächen genutzt. Ausführungsbei spiele für Spiegeloptiken mit streifender Reflexion sind aus "Applied optics" 8 (1969) 1, S. 95-102, "Applied Optics" 16 (1977) 3, S. 764-773 und "Applied Optics" 16 (1977) 9, S. 2464-2469 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Infrarot- Gasanalysator eine Fokussierung der Meßstrahlung auf die De tektoreinrichtung zu ermöglichen, ohne daß in dem Strahlen gang selbst die Meßgenauigkeit beeinflussende Bauelemente, wie z. B. Linsensysteme, vorhanden sind.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei dem Infrarot-Gasanalysator der eingangs angegebenen Art die Einrichtung zur Fokussierung der Meßstrahlung aus einer Spiegeloptik mit streifender Reflexion besteht.

Dabei ist vorzugsweise die Spiegeloptik im Inneren der Meß küvette angeordnet oder die Spiegeloptik wird von der Wandung der Meßküvette gebildet, so daß die für die Gasanalyse ohne hin vorhandene Meßstrecke zur Fokussierung der Meßstrahlung genutzt wird und so ein kompakter Aufbau des Infrarot-Gas analysators erreicht wird. Hierdurch wird es auch möglich, entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des er findungsgemäßen Infrarot-Gasanalysators die Detektoreinrich tung unmittelbar an der Meßküvette zu montieren, so daß bei mechanischen Belastungen oder aufgrund thermischer Einflüsse Lageänderungen der Meßküvette und der Detektoreinrichtung zu einander und daraus resultierende Meßungenauigkeiten vermie den werden.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen; im einzelnen zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Infrarot-Gasanalysators mit einer Spiegeloptik im Inneren der Meßküvette und

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemä ßen Infrarot-Gasanalysators, bei dem die Spiegelop tik von der Wandung der Meßküvette gebildet ist.

Fig. 1 zeigt einen Infrarot-Gasanalysator mit einem Infra rot-Strahler 1. Die von dem Infrarot-Strahler 1 ausgehende Meßstrahlung 2 gelangt durch ein Eintrittsfenster 3 in eine Meßküvette 4, die über Anschlüsse 5 mit einem zu analysieren den Meßgas bzw. mit einem Kalibrier- oder Eichgas füllbar ist. In der Meßküvette 4 findet je nach Art und Konzentration des darin enthaltenen Gases eine wellenlängenspezifische Ab sorption der Meßstrahlung 2 statt. Im Inneren der Meßküvette ist eine im wesentlichen parabelförmige Spiegeloptik 6 an geordnet, die die Meßstrahlung 2 nach Austritt aus der Meßkü vette 4 durch ein Austrittsfenster 7 in dem Spalt einer Blende 8 fokussiert, die Bestandteil einer Detektoreinrich tung 9 ist. Die Detektoreinrichtung 9 enthält auf der anderen Seite der Blende 8 ein Dispersionselement 10 in Form eines parabelsegmentförmigen Spiegels mit einem Mikrogitter, der die Meßstrahlung 2 dispergiert und ihr Spektrum auf einer zeilenförmigen Anordnung von Detektoren 11, hier einer Foto diodenzeile, abbildet. Die Detektoreinrichtung 9 ist unmit telbar, d. h. ohne Zwischenraum, an der Meßküvette 4 mon tiert. Anstelle der in Fig. 1 gezeigten Detektoreinrichtung 9 können auch die aus der eingangs genannten Literaturstelle "tm - Technisches Messen" 58 (1991) 12, Seite 493 bekannten Detektoreinrichtungen oder andere gleichartige Einrichtungen verwendet werden.

Das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel des erfindungs gemäßen Infrarot-Gasanalysators unterscheidet sich von dem Beispiel nach Fig. 1 dadurch, daß die Spiegeloptik 12 von der Wandung der Meßküvette 13 gebildet ist.

Claims

1. Infrarot-Gasanalysator mit einem Infrarot-Strahler (1) zur Erzeugung einer Meßstrahlung (2), mit einer mit einem Meßgas füllbaren und von der Meßstrahlung (2) durchstrahlten Meß küvette (4, 13), mit einer in Strahlungsrichtung hinter der Meßküvette (4, 13) liegenden Detektoreinrichtung (9), die ein Dispersionselement (10) für die Meßstrahlung (2) und zumin dest einen nachgeordneten Detektor (11) enthält, und mit einer Einrichtung zur Fokussierung der in die Detektorein richtung (9) eintretenden Meßstrahlung (2), dadurch ge kennzeichnet, daß die Einrichtung zur Fokussierung der Meßstrahlung (2) aus einer Spiegeloptik (6, 12) mit strei fender Reflexion besteht.

2. Infrarot-Gasanalysator nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Spiegeloptik (6) im Inneren der Meßküvette (4) angeordnet ist.

3. Infrarot-Gasanalysator nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Spiegeloptik (12) von der Wandung der Meßküvette (13) gebildet ist.

4. Infrarot-Gasanalysator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (9) unmit telbar an der Meßküvette (4, 13) montiert ist.