Es ist somit Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen
eine zuverlässige
Detektion von Leckagen an unterirdisch verlegten Gasleitungen möglich ist,
ohne daß Personen,
wie bisher, das Leitungssystem durch Begehung überprüfen, daß das Verfahren und die Vorrichtung
eine bezüglich
des dafür
notwendigen Personals drastische Reduzierung auf das absolut notwendige
Minimum gestatten, mit denen eine zuverlässige Detektion von Lecks im
Leitungssystem auch an unzugängliche
Stellen schnell möglich
ist, das gefahrenlos durch für
die Detektion notwendigen Personen durchgeführt werden kann, wobei das
Verfahren mit an sich wissenschaftlich erprobten und für ihre Effizienz
bekannten Einzelkomponenten durchgeführt werden kann und die Vorrichtung
ebenfalls mittels in bezug auf ihre Komponenten als zuverlässig bekannten
Elementen ausgestaltet werden kann, so daß insgesamt das Verfahren und die
Vorrichtung kostengünstig
durchführbar
bzw. ausführbar
sein sollen.
Gelößt wird die Aufgabe gemäß beider
erfindungsgemäßer Verfahren
durch die Merkmale des Ansprüche
1 und 2.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht im wesentlichen darin, daß berührungslos von einem Fluggerät aus, sei
es nun ein geeignet langsam fliegendes Flugzeug, das geeignete Manövriereigenschaften
aufweist, oder sei es ein Hubschrauber, das gesamte Leitungsnetz
abgeflogen werden kann und dabei in vorbestimmten zeitlichen Abständen Messungen
des Kohlenwasserstoffgehalts der Atmosphäre im Bereich zwischen Oberfläche des
Bodens und den Detektionseinrichtungen im Fluggerät durchgeführt werden
können.
Das physikalische Prinzip, das einer
solchen Detektionsmöglichkeit
zugrunde liegt, ist an sich bekannt. Ist eine Lichtquelle vorhanden,
kann mittels eines Spektrometers die Extinktion des durch das Kohlenwasserstoffgas
durchgeleiteten Lichts bestimmt werden. Unterschiedliche Kohlenwasserstoffe
zeigen ein unterschiedliches Extinktionsverhalten bezogen auf deren
signifikante Wellenlänge
bzw. Wellenlängen.
Wird die Extinktion durch das Spektrometer erfaßt, können unmittelbar und schnell
Aussagen bezüglich
der Art des gegenüber
der Umgebungsatmosphäre
verstärkt
auftretenden speziellen ermittelten Kohlenwasserstoffes gemacht
werden, die dann, geeignet umgesetzt, direkte Rückschlüsse auf den Umfang der Leckage
im Leitungssystem zulassen. Da das Verfahren in vorbestimmter Entfernung
abgesetzt vom Boden und den Boden nicht berührend durchgeführt wird,
ist auch eine Gefährdung
von Personen, insbesondere bei großen detek tierten Leckagen,
ausgeschlossen. Das Verfahren gestattet zudem eine schnelle Analyse
des Kohlenwasserstoffs bei jeder Messung, so daß keine langwierige Aufbereitung
der Meßergebnisse
erforderlich ist. Das Meßergebnis
liegt quasi bei jeder Messung unmittelbar aussagekräftig und
verwertbar vor.
Die zweite vorgeschlagene Verfahrensführung hat
zudem den Vorteil, daß die
Ausnutzung des Raman-Effektes eine vergleichsweise einfache Handhabbarkeit
gestattet, denn bei der Ausnutzung des Raman-Effektes wird die inelastische,
d.h. in der Wellenlänge
verschobene, Streuung von Licht ausgenutzt. Das Ausmaß der Verschiebung
ist dabei charakteristisch für
jede. Substanz und beträgt
beispielsweise für
die μ1-Schwingung von Methan 2.917 cm–1.
Sowohl das erstgenannte Verfahren,
dessen Grundlage die Absorptionsspektroskopie ist, als auch das
zweitgenannte Verfahren, das den Raman-Effekt ausnutzt, nutzen den
Umstand, daß bei
beiden Verfahren die Meßgröße proportional
zur Teilchenzahl des Kohlenwasserstoffgases im Lichtweg ist. Die
Absorptionsquerschnitte der durch eine Gasleitung strömenden Kohlenwasserstoffe
sind in etwa gleich. Ebenso unterscheiden sich die Raman-Streuquerschnitte
der Kohlenwasserstoffe nur wenig.
Bei beiden erfindungsgemäßen Verfahren sind
keine Laufzeitinformationen (Höhe über Grund) erforderlich.
Die vorgeschlagene Lösung
unter Ausnutzung des Raman-Effektes gestattet eine Vorrichtung,
mit der das Verfahren ausgeführt
werden kann, die schnell und für
den Betrieb in einem Luftfahrtgerät robust genug aufbaubar ist.
Wenn das Verfahren ausschließlich
am Tage durchgeführt
werden soll, eignet sich die eingangs genannten erste Lösung ggf. besser,
da die zweite vorgeschlagene Lösung
unter Ausnutzung des Raman-Effektes ein aufgrund der bisher verfügbaren Apparaturen
geringes Signal-Rausch-Verhältnisses
zeigt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhafterweise
als aktives Verfahren oder vorteilhafterweise als passives Verfahren
betrieben werden. Aktives Verfahren bedeutet, daß die Lichtquelle eine gesonderte,
separat zu betreibende Lichtquelle ist, die vom Fluggerät aus auf
den Boden bzw. den Untergrund geleitet wird, wobei das am Boden
reflektierte Licht, durch den Kohlenwasserstoff in diesem Bereich
spezifisch extinktiert auf die Nachweiseinrichtung geleitet wird,
wohingegen bei dem passiven Verfahren das Umgebungslicht, d.h. das
Sonnenlicht, genutzt wird, das entsprechend durch den Kohlenwasserstoff
extinktiert und auf die Nachweiseinrichtung gegeben wird. Das aktive
Verfahren kann somit unabhängig
von der Umgebungshelligkeit betrieben werden, wohingegen verständlicherweise
das passive Verfahren nur bei ausreichend vorliegendem Sonnenlicht
ausgeführt
werden kann.
Vorzugsweise ist deshalb das von
der Lichtquelle stammende Licht zur Ausführung des aktiven Verfahrens
Laserlicht, das zur Ausführung
des passiven Verfahrens von der Lichtquelle kommende Licht Sonnenlicht.
Obwohl grundsätzlich keine besondere Abstandsbegrenzung
zwischen Boden und einem Fluggerät
zur Ausführung
des Verfahrens angenommen zu werden braucht, haben Abschätzungen
ergeben, daß es
vorteilhaft ist, den Abstand vom Untergrund oder Boden bei der Ausführung des
Verfahrens im Bereich von 20 m bis 100 m, vorzugsweise 100 m, zu wählen. Somit
wäre ggf.
auch noch eine zusätzliche Kontrolle
des Leitungsnetzes möglich.
Das beschriebene Verfahren eignet
sich grundsätzlich
zum Nachweis aller Kohlenwasserstoffe in der Atmosphäre, soweit
sie in ihrer Menge die in der jeweiligen Atmosphäre normalerweise zu erwartenden
Kohlenwasserstoffe signifikant übersteigen. Bei
der bevorzugten Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Zusammenhang
mit dem Fernnachweis von aus Leitungssystemen austretendem Erdgas
wird vorteilhafterweise auf Methan abgestellt, denn der Anteil von
Methan ist gegenüber
den anderen im Erdgas enthaltenen Kohlenwasserstoffen um mindestens
einen Faktor 20 höher.
Daher eignet sich insbesondere zum Fernnachweis von aus in Leitungssystemen
geführtem,
daraus austretendem Erdgas besonders gut Kohlenwasserstoff in Form von
Methan.
Eine Vorrichtung zum Nachweis von
Kohlenwasserstoffen in der Atmosphäre, bei dem der Kohlenwasserstoff
berührungslos
in bezug auf einen Untergrund oder Boden durch Ermittlung der Absorption oder
der Intensität
der Raman-Streuung
des für
den nachzuweisenden Kohlenwasserstoff typischen Wellenlängenbereiches
nachgewiesen wird, umfassend eine Lichtquelle sowie einen mit einem
Spektrometer verbundenen, mit einem Lichtabtastbereich an seinem
freien Ende versehenen Lichtleiter, in den von der Lichtquelle kommendes
Licht nach seiner Extinktion durch den Kohlenwasserstoff einfällt und
auf das Spektrometer zu seiner Analyse leitbar ist, ist dadurch
gekennzeichnet, daß diese
nach Art einer flugverlastbaren Einheit ausgebildet ist und wenigstens der
Lichtabtastbereich des Lichtleiters mit einer Lagestabilisierungseinrichtung
versehen ist.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung
besteht, siehe auch oben die vorrichtungsseitig gestellte Aufgabe,
darin, daß letztlich
mit einem Spektrometer, einem Lichtleiter und einer Lichtquelle die
Grundkomponenten für
die Realisierung einer derartigen Vorrichtung beschrieben sind.
Damit sind auch die Forderungen erfüllt, daß die Vorrichtung mittels an
sich in Bezug auf ihre Nachweiseffizienz für Kohlenwasserstoffe erprobte
Elemente realisiert werden kann, wodurch sich die Vorrichtung letztlich
einfach und kostengünstig
realisieren läßt. Auch
gestattet eine derartige Vorrichtung eine wiederum verhältnismäßig einfache
Ausgestaltung, die für
den zu erwartenden rauhen Überprüfungsalltag
bei der Ausführung
des Verfahrens zuverlässig
arbeitet.
Die Vorrichtung ist nach Art einer
flugverlastbaren Einheit ausgebildet, d.h. sie ist so gestaltet, daß sie in
ein kleines Fluggerät,
sei es ein kleines Flächenflugzeug
oder ein Hubschrauber, lösbar
einbaubar ist. Da erfindungsgemäß keine
aus dem Fluggerät
für die
Vorrichtung und die Ausführung
des Verfahrens mit der Vorrichtung heraushängenden Sensoren, die einen
Einsatz mittels eines Fluggeräts
in Baumwipfelhöhe
oder auch im Bereich von Hochspannungsleitungen unmöglich machen
würden,
erforderlich sind, kann die Vorrichtung praktisch als kleine Einheit
(< 1 m3)
faktisch in jedem Fluggerät
der vorbeschriebenen Art Anwendung finden, wobei es auch leicht
(< 100 kg) ausgeführt sein
kann.
Um sicherzustellen, daß immer
ein vorbestimmter Winkelbereich bei der Erfassung des vom Boden
reflektierten, ggf. beim Vorhandensein von Kohlenwasserstoffen extinktierten
Lichtes relativ zum Lichtabtastbereich der Vorrichtung gewährleistet
ist, ist die Vorrichtung mit einer Lagestabilisierungseinrichtung
versehen, die wenigstens den Lichtabtastbereich fortwährend in
seiner bestimmungsgemäßen Lage
auch bei ungleichmäßigen Flugbewegungen des
Fluggerätes
hält. Diese
Lagestabilisierungseinrichtung kann beispielsweise eine kreiselgesteuerte Einrichtung
sein.
Beim aktiven Nachweissystem gemäß der Erfindung
wird die Lichtquelle durch eine Laserdiode gebildet, die beispielsweise
im Impulsbetrieb betrieben werden kann.
Das Spektrometer selbst ist bei einem
aktiven Nachweissystem vorteilhafterweise im wesentlichen durch
eine Photodiode ausgebildet. Die pro Messung von der Photodiode
in seiner Funktion als Spektrometer gelieferten Signale werden ohne
Zeitverzögerung
gespeichert und ausgewertet und stehen quasi online zur Verfügung.
Beim passiven Nachweissystem ist,
im Gegensatz zur aktiven Verfahrensführung, da beim passiven Verfahren
die Information aus einem größeren Spektralbereich
zusammengefaßt
werden muß,
um ein detektierbares Signal zu erhalten, das gesamte Absorptionssptektrum
messen und dessen integrale Änderung
ist zu bestimmen, um eine ausreichende statistische Sicherheit zu
erreichen. Vorzugweise wird deshalb ein Spektrograph verwendet,
der ein hohes Auflösungsvermögen aufweist,
was entweder durch eine große
Brennweite oder ein Gitter mit hoher Liniendichte erreichbar ist.
Dabei findet vorteilhafterweise ein Spektrograph in der sogenannten Czerny-Turner
Anordnung Verwendung.
Bei aktiven Nachweissystem ist der
Lichtabtastbereich des Lichtleiters vorteilhafterweise mit einer
Teleskopeinrichtung versehen, um ein großes Lichtsammelvermögen zu gewährleisten.
So kann beispielsweise die Teleskopeinrichtung durch eine Plan-Konvex-Linse
gebildet werden, die das vom Boden reflektierte Licht sammelt und
auf den Lichtabtastbereich des Lichtleiters fokussiert, von wo es
zum Spektrometer geleitet wird.
Insbesondere beim passiven Nachweissystem
ist es vorteilhaft, zwischen Lichtleiter und Spektrometer eine Verschlußeinrichtung
vorzusehen, um das Spektrometer über
eine definierte Zeit mit dem reflektierten Licht beaufschlagen zu
können.
Um schließlich die Vorrichtung derart
auszugestalten, daß auch
Aussagen über
den Ort der jeweiligen Messung fortwährend gemacht werden können, was
gleichermaßen
sowohl für
den Ort der Detektion von Leckagen gilt als auch für den momentanen
Ort des Fluggeräts,
ist die Vorrichtung mit einem Navigationssystem versehen, das der
Vorrichtung Informationen über
die jeweiligen Lagekoordinaten liefert, so daß eine Korrelation zwischen
dem momentanen Ort und der Messung an diesem Ort möglich ist und
gemeinsame Daten darüber
angezeigt und ggf. gespeichert und ggf. auch per Funk an eine entsprechend
ausgerüstete
Empfangsstelle gegeben werden können.
Als Navigationssystem eignen sich
letztlich alle bekannten Navigationssysteme, wie sie im zivilen
und militärischen
Bereich der Luftfahrt und ggf. auch der Seefahrt bekannt sind. Ein
besonders genaues Navigationssystem, das bis zu 1 m örtlicher Genauigkeit
Aussagen liefert, ist vorteilhafterweise ein an sich bekanntes GPS-System
(Global Positioning System), das, wenn auch gegenwärtig nicht
mit der Genauigkeit, wie sie im militärischen Bereich möglich ist,
doch mit hinreichender Genauigkeit auch für den zivilen Anwendungsfall,
wie dem vorliegenden Fall, herangezogen werden kann.
Um die Vorrichtung und damit auch
das mittels der Vorrichtung ausführbare
Verfahren weitgehend unabhängig
von Bedienungspersonal betreiben bzw. ablaufen zu lassen, ist die
Vorrichtung vorteilhafterweise mit einem Rechner versehen, der alle Verfahrensabläufe und
auch den Betrieb der Vorrichtung, insbesondere den des Spektrometers
steuert. Der Rechner ist faktisch mit allen Komponenten der Vorrichtung
funktionsverbunden, so daß mittels
des Rechners eine Verfahrens- bzw. Prozeßsteuerung der Vorrichtung
vonstatten gehen kann.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf
die nach- folgenden schematischen Zeichnungen anhand zweier Ausführungsbeispiele
im einzelnen beschrieben. Darin zeigen:
1 in
einer Prinzipansicht die Beprobungssituation des Verfahrens, wobei
mit S0 die solare Strahlungsdichte, mit γ die optische
Dichte der Atmosphäre
bzw. von Methan (γCH4) und mit Ri
j die Radien der Austrittsfläche über dem
Leck bzw. eines Beobachtungsflecks für das aktive (i = a) und das passive
(i = p) Nachweissystem bezeichnet ist,
2 beispielhaft
die optische Dichte der Atmosphäre
durch Methan (schwache Striche) und Wasserdampf (dunkle Striche)
in Abhängigkeit
von der Wellenlänge,
3 eine
spektral hoch aufgelöste
Darstellung der atmosphärischen
Extinktion im Bereich von 1,65 μm
für Methan, 4 das Absorptionsspektrum von
Methan (reine Druckverbreiterung bei 1,6509 μm), wobei die gestrichelten
Linien den elektrischen Abstimmbereich eines zur Auswahl stehenden
Diodenlasers als Lichtquelle für
eine aktive Verfahrensführung
zeigen,
5 das
Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Ausführung des passiv betriebenen
Verfahrens,
6 ein
Blockschaltbild wie gemäß 5, allerdings zur Ausführung eines
aktiven Verfahrens, und
7 einen
vergrößerten Ausschnitt
einer Strahlteilungseinrichtung zwischen Lichtquelle und Spektrometer
in Form einer Photodiode.
In einer Fluggerät, beispielsweise in Form eines
Hubschraubers 32, vergleiche 1,
der in einem Abstand von beispielsweise l00 m über einem Boden oder Untergrund 11 fliegt,
befindet sich eine Vorrichtung 10, mit der ein Fernnachweis
von Kohlenwasserstoffen im untergrund- oder bodennahen Bereich der
Atmosphäre 12,
insbesondere von aus in Leitungssystemen (Gasleitung 13)
geführtem,
daraus austretendem Gas möglich
ist. Dabei wird zunächst
zum besseren Verständnis,
bevor auf die in den 5 bis 7 dargestellten Vorrichtungen
eingegangen wird, auf die 2 bis 4 eingegangen. Das Verfahren
kann grundsätzlich
nach zwei un- terschiedlichen Prinzipien ausgeführt werden. Einmal wird bei
einem positiven Verfahren als Lichtquelle 14 die Sonne
genutzt, beim aktiven Verfahren wird als Lichtquelle 14 eine
Laserdiode genutzt. Bei Sonnenlicht als Lichtquelle 14 wird
zur Methandetektion zunächst
die gesamte Atmosphäre 12E durchlaufen, wobei
das Sonnenlicht in Abhängigkeit
von der Wellenlänge
(λ) von
den natürlich
vorkommenden Bestandteilen der Atmosphäre absorbiert wird.
2 zeigt
eine gemessene spektrale Strahlungsdichte des Sonnenlichts an der
Oberkante der Atmosphäre
(durchgezogene Linie, rechte Skala). Man sieht aus der Darstellung
den durch die Plancksche Strahlungsformel beschriebenen Abfall der Strahlungsdichte
zu längeren
Wellenlängen
hin. Gleichzeitig zeigt die Figur den Logarithmus der optischen
Dichte (linke Skala) des atmosphärischen Wasserdampfes
(dicke Linien) und des natürlichen (Hintergrund-)
Methans (dünne
Linien). Deutlich erkennbar sind drei Vibrationsschwingungsbanden
von Methan im Bereich von 1,65 μm,
2,4 μm und
3,3 μm mit
zusammen über
5.000 einzelnen, hier nicht spektral aufgelösten Linien. Für eine passive
Verfahrensführung
zum Nachweis von Methan muß möglichst viel
Strahlung von der Sonne den Erdboden erreichen.
3 zeigt
einen Ausschnitt von 2 in hochaufgelöster Darstellung
im Bereich von 1,645 bis 1,655 μm.
Aufgrund der hohen Variabilität
von Wasserdampf in der Atmosphäre
muß für eine sichere
Detektion von Methan diese sich daraus ergebende Querempfindlichkeit
möglichst
ver mieden oder auf einen minimalen Einfluß reduziert werden. Notwendige
Voraussetzung für
eine aktive Verfahrensführung
ist deshalb eine Lichtquelle mit einer spektralen Halbwertsbreite
von besser als 0,1 cm–1, die sich im Bereich
von mindestens ± 1,0
cm,1– reproduzierbar
erzeugen läßt, wozu
sich hervorragend ein Laser als Lichtquelle eignet.
4 zeigt
eine hochaufgelöste
Absorptionslinie aus 3 bei
1,6509 μm.
Aus den voraufgeführten Ausführungen ist ersichtlich, daß ein Verfahren
passiver oder aktiver Art mittels geeigneten Lichtes durchgeführt werden kann,
um einen Fernnachweis von Kohlenwasserstoffen, im vorliegenden Falle
Methan, durch Ermittlung der Absorption des für den nachzuweisenden Kohlenwasserstoff,
hier Methan, typischen Wellenlängenbereichs
aus von einer Lichtquelle 14, entweder in Form der Sonne
oder einer Laserdiode, stammenden Lichtes nachweisen zu können.
Es wird deshalb nachfolgenden Bezug
genommen auf 5, in der
eine Vorrichtung 10 dargestellt ist, mir der das Verfahren
ausgeführt
werden kann. Die Vorrichtung 10 umfaßt ein Spektrometer 15,
das mit einem Lichtleiter 18 verbunden ist, wobei der Lichtleiter 18 an
seinem freien Ende 17 einen Lichtabtastbereich 16 aufweist,
der hier als Linse ausgebildet sein kann. In den Lichtabtastbereich 16 fällt Licht 19,
das bei der passiven Verfahrensführung,
siehe 1, in einem großen Kegel
akkumuliert wird.
Der Lichtleiter 18 leitet
das akkumulierte Licht auf den Spektrographen 15, der eine
Diodenzeile 27 umfaßt.
Im Gegensatz zu einer aktiven Verfahrensführung, bei der als Lichtquelle 14 beispielsweise
eine Lasereinrichtung mit sehr hoher spektraler Dichte zur Verfügung steht,
muß bei
einer passiven Verfahrensführung
die Information aus einem größeren Spektralbereich
zusammengefaßt
werden, um ein detektierbares Signal zu erhalten. Dieses ist jedoch
mit einer entsprechend geringen spektralen Auflösung verbunden. Demzufolge
sind auch die relativen Signaländerungen,
hervorgerufen durch die Absorption des aus dem Leck einer Gasleitung 13, ausströmenden Methans,
entsprechend gering. Um eine ausreichende statistische Sicherheit
zu erreichen, muß die
Absorption gemessen und dessen integrale Änderung bestimmt werden. Dazu
wird mit dem Spektrometer 15 der interessierende Wellenlängenbereich
auf die Diodenzelle 27 abgebildet.
Wenigstens der Lichtabtastbereich 16 des Lichtleiters 18 ist
mit einer Lagestabilisierungseinrichtung 21 versehen, um
sicherzustellen, daß wenigstens
der Lichtabtastbereich 16 immer in einem vorgegebenen Winkel
relativ zur Oberfläche
des Bodens 12 auch während
unregelmäßiger Flugbe wegungen
eines Hubschraubers 32 oder sonstigen Fluggerätes ausgerichtet
ist. Der Eingang des Lichtleiters 18 zum Spektrographen 19 ist
mit einer Verschlußeinrichtung 24 versehen,
die beispielsweise in Form eines elektromechanischem Verschlusses
ausgebildet sein kann. Damit kann in vorbestimmten Abständen bzw.
vorbestimmbaren Augenblicken und in einer vorbestimmbaren Zeit lang
durch den Lichtleiter 18 geleitetes Licht auf das Spektrometer 15 gegeben werden.
Die Diodenzeile 27 ist mir
einer thermoelektrischen Kühleinrichtung 28 und
diese wiederum mit einer Steuerungseinrichtung 29 verbunden,
die eine geeignete Temperierung der Diodenzeile 27 bewirkt. Ein
zentraler Rechner 26 ist mit der Verschlußeinrichtung 24,
der Lagestabilisierungseinrichtung 21 sowie der Steuerungseinrichtung 29 verbunden
und ggf. mit einem Navigationssystem 25, das beispielsweise
in Form eines GPS-Systems (Globel Positioning System) ausgebildet
sein kann. Der Rechner 26 kann ggf. mit einer Ausgabeeinheit 30 in
Form eines Bildschirms und/oder Druckers und/oder einer Fernübertragungseinrichtung
verbunden sein. Schließlich kann
der Rechner 26 mit einer Lagedateneinrichtung 31 verbunden
sein, die geeignete Informationen aus der momentanen Fluglage des
Hubschraubers 32 an dem Rechner 26 lielert. Mittels
des Rechners 26 kann die gesamte Funktionsweise der Vorrichtung 10 gesteuert
werden und es kann auch der Verfahrensprozeß als solcher, d. h. die Erfassung
und Aufbereitung der Meßwerte,
gesteuert werden, bis diese verwendbar und ggf. weiterverwertbar
an der Ausgabeeinheit 30 anliegen.
Die Vorrichtung 10 kann
in einer fiugverlastbaren Einheit 20 aufgebaut werden bzw.
zusammengefaßt
werden, so daß ein
schneller Aus- bzw. Einbau aus dem bzw. in das Fluggerät 32 möglich ist. Die
nachfolgend beschriebene Vorrichtung gemäß 6 ist analog als derartige Einheit aufbaubar.
In 6 ist
eine Vorrichtung 10 dargestellt, mit der eine aktive Verfahrensführung möglich ist.
Als Lichtquelle 14 dient hier eine Laserdiode, und das
eigentliche Spektrometer 15 wird durch eine Photodiode 15 gebildet.
Die Vorrichtung 10 zur Ausführung einer aktiven Verfahrensführung gemäß 6 unterscheidet sich von
der Vorrichtung 10 zur Ausführung einer passiven Verfahrensvorrichtung
an sich nur dadurch, daß zusätzlich noch
vor den Lichtabtastbereich 16 bzw. als Lichtabtastbereich
des Lichtleiters 18 eine Teleskopeinrichtung 23 geschaltet
ist, die die Akkumulation aus einem schmalen reflektierten Lichtkegel,
vergleiche 1, ermöglicht.
Die übrigen Komponenten
der Vorrichtung 10 sind zwischen den Vorrichtungen gleich
und werden deshalb hier nicht noch einmal beschrieben.
Das Spektrometer 15 wird
bei der Vorrichtung 10 zur aktiven Verfahrensführung durch
eine Anordnung gebildet, wie sie im einzelnen aus 7 ersichtlich ist. Von einer Laserdiode
als Lichtquelle 14 wird horizontal polarisiertes Licht 19 erzeugt
und mittels, einer Linse kollimiert und an einer entsprechend spezifizierten
Beschichtung eines Polarisators reflektiert. Über eine λ/4-Platte wird eine Zirkularpolarisation
des Lichts 19 erzeugt, die dann in den Lichtleiter 18 eingekoppelt
wird. Das reflektierte, ggf. entsprechend dem delektierten Kohlenwasserstoff,
beispielsweise Methan, extinktierte Licht, passiert dann vom Lichtleiter 18 kommend
wiederum die λ/4-Platte und
ist wieder linear polarisiert, jedoch senkrecht zu dem ausgehenden
Licht 19 und kann einen in den Strahlengang gelegten Strahlteiler
(Polarisator) passieren, um auf die Photodiode 15 fokussiert
zu werden. Ein zwischengeschaltetes Interferenzfilter dient der
Unterdrückung
des Sonnenlichts.
Es sind auch Kombinationen von Vorrichtungen 10 gemäß 5 und 6, hier nicht gesondert dargestellt,
möglich.
Eine solche Kombination gestattet ggf. auch gleichzeitig eine aktive
und passive Verfahrensführung.
Methan oder ein beliebiger anderer
geeigneter Kohlenwasserstoff der sich'in der Atmosphäre 12 befindet, kann
nunmehr von einem Hubschrauber 32 aus, der sich in einen
vorbestimmbaren Abstand vom Untergrund oder Boden befindet. in dem
eine Gasleitung liegt, berührungslos
ermittelt werden. Dabei wird durch Ermittlung der Absorption des
für Methan
oder eines beliebigen anderen nachzuweisenden Kohlenstoffes typischen
Wellenlängenbereichs
des aus der Lichtquelle 14, entweder der Sonne oder einer
Lasereinrichtung, stammenden Lichts 19 der Kohlenwasserstoff
nachgewiesen.