DE19810084C2 - Verfahren und Vorrichtung zur räumlichen Erfassung von Luftinhaltsstoffen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur räumlichen Erfassung von LuftinhaltsstoffenInfo
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Abstract
Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur räumlichen Erfassung von Luftinhaltsstoffen anzugeben, mit denen berührungslos beliebige Gaszusammensetzungen ermittelt werden können. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein gebündelter, definiert gepulster Strahl von einem Mikrowellensender, dessen Frequenz kontinuierlich veränderbar ist, ausgesendet wird und die dadurch hervorgerufenen Druckschwankungen mit einem Richtmikrofon detektiert und daraus die Konzentration der vorhandenen Gasmolekühle ermittelt wird, wobei durch Veränderung des Winkels zwischen der Richtung des ausgesendeten gebündelten Strahls und der Richtung des Richtmikrofons das Messobjekt in der Tiefe abgetastet wird und dass die Vorrichtung einen Mikrowellensender, dessen Frequenz kontinuierlich veränderbar ist, und ein Richtmikrofon enthält, wobei das Richtmikrofon schwenkbar angeordnet ist, so dass der Winkel zwischen ausgesendeten Strahl und der Richtung des Richtmikrofons messbar verändert werden kann. DOLLAR A Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur räumlichen Erfassung von Luftinhaltsstoffen durch Messung von Schallwellen, wobei durch Absorption ausgestrahlter elektromagnetischer Wellen charakteristische Druckschwankungen erzeugt werden, mittels eines Mikrophons.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur räumlichen
Erfassung von Luftinhaltsstoffen durch Messung von Schallwellen, wobei
durch Absorption ausgestrahlter elektromagnetischer Wellen charakteristi
sche Druckschwankungen erzeugt werden, mittels eines Mikrofons.
Die Bestimmung von Gasen und Dämpfen in der Umgebungsluft ist in vielen
Bereichen der Industrie notwendig. So muss die Detektion von Gasleckagen
an Erdgasleitungen oder Leitungen in der chemischen Industrie und vielen
Bereichen der Wirtschaft vorgenommen werden. Hierzu werden vorwiegend
Geräte eingesetzt die mittels kleiner Pumpen die Gase an den zu untersu
chenden Stellen ansaugen und über die verschiedensten Typen von Sensoren
z. B. FID, HL-Gassensoren, WLD's . . analysieren und die Konzentration
bestimmen. Dieses Verfahren ist aufwendig und man muss an den Ort des
Gasaustritts herankommen. Somit ist die Lecksuche mit einem erheblichen
Kostenfaktor verbunden.
Im Stand der Technik bekannte Detektionsverfahren verwenden meist
ansaugende Geräte mit denen eine qualitative Lecksuche möglich ist.
Um selektiv Gase analysieren zu können gibt es eine Reihe von bewährten
Verfahren, wie z. B. Infrarotabsorptionsspektroskopie und Mikrowellenspek
troskopie. Diese Verfahren nutzen aus, dass Gasmoleküle elektromagneti
sche Wellen bestimmter Frequenzen absorbieren und somit zur Verringerung
der Strahlungsintensität führen. Diese Verfahren setzen aber voraus, dass ein
Sender und Empfänger diese elektromagnetische Strahlung in den Bereich
der zu messenden Gase bringt oder umgekehrt. Ferndiagnosen sind somit
nicht möglich. Um Ferndiagnosen von Gaskonzentrationen zu machen,
werden Verfahren angewandt, die das Streulicht zur Gasanalyse auswerten.
Nachteil dieser Verfahren ist die geringe Empfindlichkeit.
Als Verfahren mit guter Empfindlichkeit und Selektivität wird die Mikrowel
lenspektroskopie eingesetzt. Hier wird neben der Messung der Strahlungs
dämpfung auch der Effekt ausgenutzt, dass die Absorption zum
Temperaturanstieg im Gas führt und somit in abgeschlossenen Volumina ein
Druckanstieg mit hochempfindlichen Sensoren registriert werden kann.
Nachteil dieser Methode ist die Notwendigkeit ein Messgefäß zu verwenden.
Nach US 5 540 079 ist ein Verfahren zur Überwachung des Kohlenstoffge
haltes in Flugasche durch Messung von Schallwellen, die durch Absorption
von Mikrowellen-Pulsen in der Flugasche entstehen, mittels eines Mikrofons
bekannt, wobei sich die Flugasche in einer so genannten fotoakustischen
Kammer befindet.
Ferner ist nach DE 195 35 720 A1 ein Verfahren und eine Anordnung zur
Lokalisierung von Leckstellen mit Testgas beschrieben, bei dem ein gepul
ster Laserstrahl mittels einer Scann-Einrichtung über das zu untersuchende
Objekt geführt wird. Im Falle eines Lecks wird von dem an der Leckstelle
austretenden Testgas der Laserstrahl absorbiert und erzeugt dabei Schallwel
len, die von einem Mikrofon erfasst werden.
In US-Z Microwave Journal, September 1996, Seiten 162 bis 170 und DE-Z
tm-Technisches Messen 63 (1996) 7/8, Seiten 278 bis 281 sind optische
Fernmessverfahren beschrieben, bei denen zugenannte Lidar (light detection
and ranging)-Systeme, die zur Fernüberwachung von Emittenten verwendet
werden. Hierbei wird ein kurzer Laserpuls in die Atmosphäre gesandt und
das Laserlicht dort sowohl durch die Moleküle der Luft als auch durch
kleine Partikel gestreut. Mit einem Teleskop und einem empfindlichen
Detektor wird dabei der Teil des Lichtes zeitaufgelöst analysiert, der in
Richtung des Systems zurückgestreut wird. Aus der Laufzeit des Laserpul
ses kann eine räumliche Information ermittelt werden.
Bei den im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren ist
nachteilig, dass diese entweder eine Messkammer erfordern und somit einen
hohen Aufwand erforderlich machen oder nur zur Erfassung bestimmter
Stoffe geeignet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrich
tung zur räumlichen Erfassung von Luftinhaltsstoffen anzugeben, mit denen
berührungslos beliebige Gaszusammensetzungen ermittelt werden können.
Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe mit den kennzeichnenden
Merkmalen der Patentansprüche 1 und 2.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung entsteht dadurch, dass die Vorrichtung
einen Mikrowellensender, dessen Frequenz kontinuierlich veränderbar ist
und ein Richtmikrofon enthält, wobei das Richtmikrofon schwenkbar
angeordnet ist, so dass der Winkel zwischen ausgesendeten Strahl und der
Richtung des Richtmikrofon messbar verändert werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, selektiv Gase in der Luft zu
detektieren und gestattet eine quantitative Aussage, ohne an die zu untersu
chende Stelle herantreten zu müssen.
Die in der Erfindung beschriebene Vorrichtung und das zugehörige Verfah
ren nutzen die Vorteile der Mikrowellentechnik, wie die leicht veränderbare
Anregungsfrequenz und die gute Selektivität.
Die Erfindung ermöglicht ebenso die Ermittlung von Gaszusammensetzun
gen über größere Distanzen sowie die berührungslose Bestimmung der
räumlichen Konzentration bestimmter Gase.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher
erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt schematisch den Aufbau der
Gesamtanordnung.
Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, wird ein definiert gepulster, in seiner
Mikrowellenfrequenz veränderbarer, gebündelter Strahl in einem bestimmten
veränderbaren Winkel α zu einem Richtmikrofon angeordnet, sodass er in
Abhängigkeit von seiner Frequenz bestimmte Gasmoleküle zur Energieauf
nahme anregt, die ihrerseits zu definierten Druckschwankungen führen, die
am Schallaufnehmer detektiert werden können und ein Maß für die Konzen
tration der im Raum vorhandenen Gasmoleküle darstellt.
Die Mikrowellen werden dabei über einem Parabolstrahler abgegeben und
sind gebündelt. Als Schallaufnehmer (Druckaufnehmer) wird ein Richtmi
krofon verwendet. Der Winkel α zwischen Strahler und Empfänger ist
veränderbar und in Abhängigkeit von einer Größe wird die
Tiefeninformation des Messsystems erzeugt. Die Frequenz des
Mikrowellenstrahls ist in einem Bereich von 1-50 GHz kontinuierlich verän
derlich.
Zur Modulation kann der Sender aus- und eingeschaltet werden. Ein
Rechner verarbeitet die Information zu einem räumlichen Bild. Zur Verände
rung der Auflösung im räumlichen Bereich ist der Abstand d zwischen
Sender und Schaltaufnehmer veränderbar.
Claims (2)
1. Verfahren zur räumlichen Erfassung von Luftinhaltsstoffen durch Messung
von Schallwellen, wobei durch Absorption ausgestrahlter elektromagnetischer
Wellen charakteristische Druckschwankungen erzeugt werden, mittels eines
Mikrofons, dadurch gekennzeichnet, dass ein gebündelter, definiert gepulster
Strahl von einem Mikrowellensender, dessen Frequenz kontinuierlich veränder
bar ist, ausgesendet wird und die dadurch hervorgerufenen Druckschwankun
gen mit einem Richtmikrofon detektiert und daraus die Konzentration der
vorhandenen Gasmoleküle ermittelt wird, wobei durch Veränderung des
Winkels zwischen der Richtung des ausgesendeten gebündelten Strahles und
der Richtung des Richtmikrofons das Messobjekt in der Tiefe abgetastet wird.
2. Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch
1, die einen Mikrowellensender, dessen Frequenz kontinuierlich veränderbar ist,
und ein Richtmikrofon enthält, wobei das Richtmikrofon schwenkbar angeord
net ist, so dass der Winkel zwischen einem ausgesendeten, gebündelten Strahl
des Mikrowellensenders und der Richtung des Richtmikrofons messbar verän
dert werden kann.
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DE1998110084 Expired - Fee Related DE19810084C2 (de) | 1998-03-10 | 1998-03-10 | Verfahren und Vorrichtung zur räumlichen Erfassung von Luftinhaltsstoffen |
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Citations (2)
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---|---|---|---|---|
US5540079A (en) * | 1994-08-30 | 1996-07-30 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Microwave excited photoacoustic effect carbon monitor |
DE19535720A1 (de) * | 1995-09-26 | 1997-03-27 | Gerhart Schroff | Verfahren und Anordnung zur Lokalisierung von Leckstellen |
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1998
- 1998-03-10 DE DE1998110084 patent/DE19810084C2/de not_active Expired - Fee Related
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US5540079A (en) * | 1994-08-30 | 1996-07-30 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Microwave excited photoacoustic effect carbon monitor |
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Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
MEAD,James B., et.al.: Instrumentation For Environmental Remote Sensing. In: Microwave Journal, Sep. 1996, S.162,164-166,168,170 * |
ULBRICHT,Matthias: 3D-Luftschadstoffmessungen mit Lidar. In: tm - Technisches Messen 63, 1996, 7/8, S.278-281 * |
Also Published As
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DE19810084A1 (de) | 1999-09-23 |
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