DE2559806C3

DE2559806C3 - Device for determining the concentration of components of an exhaust gas mixture consisting of various gases and possibly smoke particles

Info

Publication number: DE2559806C3
Application number: DE19752559806
Authority: DE
Inventors: Meinhard von 8000 München Braitenberg
Original assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Current assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Priority date: 1975-05-16
Filing date: 1975-05-16
Publication date: 1985-12-12
Also published as: DE2559806B1

Description

Vorverstärkerstufe mit Bandpaßcharakteristik werden auch unter schwierigen Umlichtbedingungen einwandfrei Meßsignale erzieltPreamplifier stages with bandpass characteristics work perfectly even under difficult ambient light conditions Measurement signals achieved

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.Advantageous further developments of the invention are characterized by the subclaims.

The measure of claim 5 is through the DE-AS

17 72 064 an sich bekannt Die feste Anordnung eines Vergleichsreflektors außerhalb des direkten Strahlenganges und dessen wahlweise Beaufschlagung durch einen Strahlenteiler und Abdeckung durch eine Blende ist aus der DE-OS 22 18 536 bekannt17 72 064 known per se The fixed arrangement of a comparison reflector outside the direct beam path and its optional application by a beam splitter and cover by a diaphragm is known from DE-OS 22 18 536

Auf Grund der durch den Anspruch 12 gekennzeichneten Multiplexschaltungen ist es ermöglicht, daß die Meß- und Vergleichssignale bei gleichen Grundbedingungen nur paarweise, nicht aber sämtliche auf den gleichen Pegel eingeregelt sein müssen. Dies hat den Vorteil, daß anders als gemäß Anspruch 10 für jede Meßwellenlänge nur ein Abgleichverstärker erforderlich ist.Due to the characterized by claim 12 Multiplex circuits make it possible that the measurement and comparison signals under the same basic conditions only in pairs, but not all have to be adjusted to the same level. This has the The advantage that, unlike in accordance with claim 10, only one balancing amplifier is required for each measurement wavelength is.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise an Hand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigtThe invention is described below, for example, with reference to the drawing; in this shows

F i g. 1 ein Funktionsschema einer Vorrichtung zur Konzentrationsbestimmung,F i g. 1 is a functional diagram of a device for determining concentration,

Fig.2 eine schematische Stirnansicht des bei der Vorrichtung nach F i g. 1 verwendeten Filterrades,FIG. 2 is a schematic end view of the device according to FIG. 1 filter wheel used,

Fig.3 die Stirnansicht einer praktischen Verwirklichung des Lichtsender-Empfängers der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung,3 shows the front view of a practical implementation of the light transmitter-receiver of the device shown in Fig. 1,

Fig.4 ein Impulsdiagramm der von dem Filterrad angesteuerten Photoempfänger,4 shows a pulse diagram of the photoreceivers controlled by the filter wheel,

F i g. 5 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Anordnung des Vergleichsreflektors, welche statt des seitlich einschwenkbaren Vergleichsreflektors nach Fig.! und 3 verwendet werden kann,F i g. 5 shows a schematic representation of a modified arrangement of the comparison reflector, which takes place of the laterally pivotable comparison reflector according to Fig.! and 3 can be used,

Fig.6 einen Schnitt des bei der Vorrichtung verwendeten Tripelreflektors und6 shows a section of the triple reflector used in the device and

F i g. 7 ein schematisches Blockschaltbild der bei der Vorrichtung verwendeten Rechenschaltung.F i g. 7 is a schematic block diagram of FIG Device used computing circuit.

Nach F i g. 1 weist die Vorrichtung einen auf der einen Seite eines Kamins 72 befestigten Lichtsender-Empfänger 11 und einen auf der gegenüberliegenden Seite des Kamins 72 befestigten Reflektorkopf 12 auf, der aus einem Gehäuse 14 und einem an dessen Stirnseite angeordneten Retroreflektor 13 besteht Zum Durchgang der Lichtbündel weist der Kamin 72 im Bereich des Lichtsender-Empfängers 11 und des Reflektorkopfes 12 öffnungen 74,75 auf.According to FIG. 1, the device has a light transmitter-receiver attached to one side of a chimney 72 11 and one on the opposite side of the Chimney 72 attached reflector head 12, which consists of a housing 14 and one on its end face arranged retroreflector 13 consists of the passage of the light beam, the chimney 72 in the area of the Light transmitter-receiver 11 and the reflector head 12 openings 74.75.

Das Gehäuse 14 des Reflektorkopfes 12 und ein Anschlußstutzen 76, der das Gehäuse 15 des Lichtsender-Einpfängers 11 mit dem Kamin 72 verbindet, sind mit Spülluft-Zuführungsstutzen 71 versehen, durch welche in Richtung der Pfeile / Spüüuft eingebiasen wird, die verhindert, daß Verunreinigungen aus dem Kamin 72 in den Anschlußstutzen 76 bzw. an das Frontabjektiv 20 gelangen und sich dort absetzen.The housing 14 of the reflector head 12 and a connecting piece 76, which the housing 15 of the light transmitter receiver 11 connects to the chimney 72, are provided with purge air supply nozzles 71, through which are blown in in the direction of the arrows / flushing air is, which prevents contamination from the chimney 72 in the connecting piece 76 or to the Get front lens 20 and settle there.

Im Gehäuse 15 des Lichtsender-Empfängers 11 ist eine vorzugsweise durch eine Quecksilberdampf-Niederdrucklampe gebildete Strahlungsquelle 16 angebracht, welche über einen Kondensator 19, in dessen Nähe ein von einem Motor 100 angetriebenes FilterradIn the housing 15 of the light transmitter / receiver 11 is a lamp, preferably by a mercury vapor low pressure lamp formed radiation source 16 attached, which via a capacitor 19, in which Sew a filter wheel driven by a motor 100

18 angeordnet ist, auf die öffnungen 101 einer Zerhackerscheibe 99, die durch eine Welle 102 drehfest mit dem Filterrad 18 verbunden ist, abgebildet wird. Ein dahinter angeordnetes Mikroobjektiv 19' leuchtet über einen Strahlenteilerspiegel 77 ein in der Stirnwand des Gehäuses 15 angeordnetes Frontobjektiv 20 aus.18 is arranged on the openings 101 of a Chopper disc 99, which is connected to the filter wheel 18 in a rotationally fixed manner by a shaft 102, is shown. A micro-objective 19 'arranged behind it illuminates via a beam splitter mirror 77 in the end wall of the Housing 15 arranged front lens 20 from.

Die optische Anordnung ist also derart daß am Ort der Zerhackerscheibe 99 eine Zwischenabbildung erfolgt und somit die Blendenöffnungen klein gehalten werden können, wodurch für jeden Filterdurchlaß mehrere Strahlungsimpulse erreicht werden können. Eine ähnliche Wirkung kann durch Pulsen der Strahlungsquelle 16 erzielt werden, was bei den verwendeten Quecksilberdampf-Niederdrucklampen ohne weiteres möglich ist Im elektronischen Teil sind wegen der Verwendung von Impulslicht eine Wechselspannungsankopplung und Bandpaßfilterung in derThe optical arrangement is thus such that an intermediate image at the location of the chopper disk 99 takes place and thus the aperture can be kept small, whereby for each filter passage several radiation pulses can be achieved. A similar effect can be achieved by pulsing the Radiation source 16 can be achieved, which is the case with the mercury-vapor low-pressure lamps used is easily possible In the electronic part, there is an alternating voltage coupling due to the use of pulsed light and bandpass filtering in the

ίο Vorverstärkerstufe 21 vorgesehen. Aus dem Frontobjektiv 20 tritt ein nahezu paralleles und vorzugsweise leicht divergentes Lichtbündel 50 aus, das den Anschlußstutzen 76, den mit Rauchgasen 49 durchsetzen Kamin 72 und schließlich das Gehäuse 14 des Reflektorkopfes 13 durchquert, um auf den vorzugsweise aus Tripeln bestehenden Retroreflektor 13 aufzutreffen. Wesentlich ist, daß das Lichtbündel 50 am Ort des Reflektors 13 im Durchmesser größer dimensioniert ist als der Retroreflektor 13, so daß in der aus F i g. 1 ersichtlichen Weise eine allseitige Überstrahlung des Reflektors 13 vorliegt Auf diese Weise ändert sich der vom Reflektor 13 zurückgeworfene Lichtstrom nicht wenn gewisse Relativverschiebungen oder Verkippungen zur optischen Achse zwischen Reflektorkopf 12 undίο Pre-amplifier stage 21 provided. From the front lens 20 a nearly parallel and preferably slightly divergent light bundle 50 emerges, which the Connection piece 76, the chimney 72 and finally the housing 14 of the pass through with flue gases 49 Reflector head 13 traversed to impinge on the retroreflector 13, which preferably consists of triples. It is essential that the light bundle 50 is dimensioned larger in diameter at the location of the reflector 13 than the retroreflector 13, so that in the FIG. 1 clearly an all-round overexposure to the In this way, the light flux reflected by the reflector 13 does not change if certain relative displacements or tilts to the optical axis between reflector head 12 and

Light transmitter receiver 11 occur.

Auf Grund der Dimensionierungsverhältnisse des Lichtbündels 50 und des Retroreflektors 13 weist das reflektierte Bündel 78 einen geringeren Durchmesser als das vom Sender ausgehende, ebenfalls nahezuDue to the dimensions of the light bundle 50 and the retroreflector 13, this reflected beam 78 has a smaller diameter than that emanating from the transmitter, likewise almost

jo parallele Bündel 50 auf.jo parallel bundles 50 on.

Das reflektierte Bündel 78 wird durch das Objektiv 20 und nach Reflexion an dem Strahlenteilerspiegel 77 auf einem Photoempfänger 17 konzentriert
Nach Fig.2 enthält das Filterrad 18 als wesentliche Elemente drei sich über jeweils einen Winkel von etwas weniger als 90° erstreckende in Umfangsrichtung längliche Filter 23,24,25, welche bei Verwendung einer Quecksilberdampf-Niederdrucklampe als Strahlungsquelle 16 lediglich aus Farbglas-Kombinationen beste-The reflected bundle 78 is concentrated on a photoreceiver 17 through the objective 20 and after reflection on the beam splitter mirror 77
According to FIG. 2, the filter wheel 18 contains as essential elements three circumferentially elongated filters 23,24,25 each extending over an angle of slightly less than 90 °, which when using a mercury vapor low pressure lamp as the radiation source 16 only best from colored glass combinations -

hen, deren Aufgabe es ist nur eine der dreihen whose job it is only one of the three

Wavelengths 313 nm (filter 23), 435 nm (filter 24) and

546m nm (Filter 25) durchzulassen, die beiden jeweiligen546m nm (filter 25) to let through, the two respective

anderen Wellenlängen jedoch zurückzuhalten.but withhold other wavelengths.

Due to the use of a selective

Strahlungsquelle 16 zur spektralen Trennung brauchen also keine aufwendigen und im UV nur wenig transparenten Interferenzfilter verwendet zu werden, wie das bei einer breitbandigen Strahlungsquelle erforderlich wäre. Vielmehr genügen die sehr gut durchlässigen und wenig aufwendigen Farbglaskombinationen. Radiation source 16 need for spectral separation So no complex and only slightly transparent interference filters in the UV to be used, as would be required with a broadband radiation source. Rather, they are very sufficient permeable and less complex colored glass combinations.

Der vierte Quadrant des Filterrades 18 ist nach F i g. 2 mit einer Dunkelzone 26 versehen, welche den Dunkelstrom des Photoempfängers 17 definiert und damit eine Basis für die Messung der von den Filtern 23, 24,25 durchgelassenen Lichtmengen bildetThe fourth quadrant of the filter wheel 18 is shown in FIG. 2 provided with a dark zone 26, which the Defined dark current of the photoreceiver 17 and thus a basis for the measurement of the filters 23, 24.25 amounts of transmitted light

Nach Fig. 1 gelangen die Filter 23, 24, 25 bzw. die Dunkelzone 26 bei einer Drehung des Filterrades 18 nacheinander in den zur Zerhackerscheibe 99 verlaufenden Strahlengang.According to Fig. 1, the filters 23, 24, 25 and the Dark zone 26 when the filter wheel 18 is rotated one after the other in those running to the chopper disc 99 Beam path.

Auf einem weiter innenliegenden Umfang des Filterrades 18 sind sich ebenfalls über jeweils etwas weniger als 90° erstreckende in Umfangsrichtung längliche Schlitze 34 angeordnet, von denen jeder einemOn a further inner circumference of the filter wheel 18 are also about something in each case arranged less than 90 ° extending in the circumferential direction elongated slots 34, each of which one

der Filter bzw. der Dunkelzone 26 zugeordnet ist Die räumliche Zuordnung muß nicht so wie in Fig.2 dargestellt sein; sie hängt von der Anordnung der mit den Schlitzen 34 zusammenwirkenden Lichtschranke 35the filter or the dark zone 26 is assigned. The spatial assignment does not have to be as shown in FIG be shown; it depends on the arrangement of the light barrier 35 interacting with the slits 34

entlang des Umfanges ab. Zweck der Umfangsschlitze 34 ist es, ein Taktsignal zu erzeugen, welches eine weiter unten noch zu beschreibende Elektronik während der Anordnung des zugeordneten Filters bzw. der Dunkelzone im Strahlengang in geeigneter Weise aktiviert.along the circumference. Purpose of the perimeter slots 34 is to generate a clock signal which an electronics to be described below during the Arrangement of the assigned filter or the dark zone in the beam path activated in a suitable manner.

Schließlich ist auf einem dritten, zwischen dem ersten und zweiten liegenden Umfang noch eine kleine runde Steueröffnung 36 vorgesehen, welche mit einer weiteren, in Fig. 1 schematisch dargestellten Lichtschranke 37 zusammenarbeitet und zur Erzeugung eines Rückstellungssignals für den Taktgeber und damit zur Kennzeichnung für den jeweiligen Zyklusbeginn dient.Finally, on a third, between the first and second circumference, there is a small round one Control opening 36 is provided, which with a further, in Fig. 1 shown schematically light barrier 37 cooperates and to generate a reset signal for the clock and thus for Marking for the beginning of the cycle is used.

Statt der Schlitze 34 und der Steueröffnung 36 können auch entsprechende Reflexmarken vorgesehen sein, die mit Reflexionslichtschranken zusammenarbeiten. Außerdem kann zur Erhöhung der Anzahl zu messender Gaskomponenten auch die Zahl der im Filterrad 18 angeordneten Filter erhöht werden. In der dargestellten Form und mit den weiter oben definierten Filtern 23,24, 25 ermöglicht es das Filterrad, die Rauchkomponente und die Gaskomponente SO2 und NO2 im Abgas 49 des Kamins 72 zu ermitteln.Instead of the slots 34 and the control opening 36, corresponding reflective marks can also be provided which work together with retro-reflective sensors. It can also be used to increase the number to be measured Gas components also the number of filters arranged in the filter wheel 18 can be increased. In the illustrated Shape and with the filters 23, 24, 25 defined above, the filter wheel enables the smoke component and the gas component SO2 and NO2 in the exhaust gas 49 of the Chimney 72 to determine.

Das Sendelichtbündel 80 wird also bei Drehung des Filterrades 18 in Richtung des Pfeiles F in Fig. 2 nacheinander in die drei Wellenlängen 546 nm, 435 um und 313 nm zerlegt. Wie weiter unten noch im einzelnen beschrieben wird, ist es für die einfache Auswertung wesentlich, daß die Gaskomponente SO₂ nur bei der Wellenlänge 313 nm absorbiert. Um eine Querempfindlichkeit zur sehr breitbandigen Absorption des NO; für die SCVMessung auszuschließen und um die Konzentration dieser Komponente selbst anzeigen zu können, wird sie mit Licht der Wellenlänge 435 nm direkt gemessen. Der Einfluß des Feststoffgehalts im Rauchgas auf die Messung bei diesen Wellenlängen läßt sich durch die Bildung eines Referenzsignals bei der Wellenlänge 546 nm ebenfalls eliminieren, wie im folgenden noch im einzelnen beschrieben werden wird.When the filter wheel 18 is rotated in the direction of the arrow F in FIG. 2, the transmitted light bundle 80 is thus broken down one after the other into the three wavelengths 546 nm, 435 μm and 313 nm. As will be described in detail further below, it is essential for the simple evaluation that the gas component SO ₂ only absorbs at the wavelength 313 nm. To create a cross-sensitivity to the very broadband absorption of the NO; for the SCV measurement and to be able to display the concentration of this component itself, it is measured directly with light with a wavelength of 435 nm. The influence of the solids content in the flue gas on the measurement at these wavelengths can also be eliminated by generating a reference signal at the wavelength 546 nm, as will be described in detail below.

Der Photoempfänger 17 ist vorzugsweise ein Photo-Multiplier.The photo receiver 17 is preferably a photo multiplier.

Zur vollständigen Driftkompensation ist zwischen dem Lichtsender-Empfänger 11 und der Eintrittsöffnung 74 im Kamin 72 ein Vergleichsreflektor 22 vorgesehen, der zweckmäßig genauso wie der Reflektor 13 als Tripelreflektor ausgebildet ist Gemäß F i g. 1 ist der Vergleichsreflektor 22 normalerweise neben dem Strahlengang angeordnet Er ist jedoch in Richtung des Doppelpfeiles f in die in strichpunktierten Linien in Fig. 1 dargestellte Lage*innerhalb des Strahlenganges verschiebbar, derart, daß das auf ihn auftreffende Lichtbündel 50 in sich selbst zurückreflektiert wird. Am tnranUmS ftinretan ic·* *4·α A n*%*>s4v%tirt#v «·*■» imritt in IT ΐ *» 1 evr ^>wrkiimwi£t>iwii u·. uit. t «.u\si uiiuitg &\j rw i\, 111 ■ 1 g. 1 dargestellt, dh, daß der Vergleichsreflektor 22 sich unmittelbar vor dem Frontobjektiv 20 des Lichtsender-Empfängers 11 befindet, wenn er in den Strahlengang eingeschoben ist Die bei 71 eingeleitete Spülluft hält somit auch den Vergleichsreflektor 22 von etwaigen Verschmutzungen frei.For complete drift compensation, a comparison reflector 22 is provided between the light transmitter-receiver 11 and the inlet opening 74 in the chimney 72, which is appropriately designed as a triple reflector in the same way as the reflector 13 according to FIG. 1 is the comparison of the reflector 22 is normally positioned adjacent the beam path It is, however, f in the direction of the double arrow slidable within the beam path such that the light incident on it light beam is reflected back into itself 50 into the position shown in dot-dash lines in FIG. 1, location *. Am tnranUmS ftinretan ic · * * 4 · α A n *% *> s4v% tirt # v «· * ■» imritt in IT ΐ * »1 evr ^> wrkiimwi £ t> iwii u ·. uit. t «.u \ si uiiuitg & \ j rw i \, 111 ■ 1 g. 1, that is, the comparison reflector 22 is located immediately in front of the front lens 20 of the light transmitter / receiver 11 when it is inserted into the beam path. The purge air introduced at 71 thus also keeps the comparison reflector 22 free from any contamination.

Sofern durch das Frontobjektiv 20 selbst eine insbesondere wellenlängenabhängige Drift nicht zu befürchten ist, was bei einer Reihe von Anwendungen der Fall sein dürfte, kann der Vergleichsreflektor 22 auch im Inneren des Gehäuses 15, d.h. hinter dem Frontobjektiv 20 angeordnet werden.Provided that the front lens 20 itself does not cause a drift, in particular a wavelength-dependent one it is feared, which is likely to be the case in a number of applications, the comparison reflector 22 can also be arranged inside the housing 15, i.e. behind the front lens 20.

F i g. 3 zeigt eine Stirnansicht des Lichtsender-Empfängers 11, mit einer bevorzugten Schwenkanordnung des Vergleichsreflektors 22. An einem unmittelbar neben dem Frontobjektiv 20 mit einer parallel zur optischen Achse verlaufenden Drehachse 59 angelenkten Hebelarm 58 ist der Vergleichsreflektor 22 befestigt Mittels einer nur schematisch angedeuteten Betätigungsstange 60, welche in geringem Abstand von der Drehachse 59 am Hebelarm 58 angreift, kann beispielsweise über eine Kurbel 61, welche von einem nicht dargestellten Motor angetrieben ist, ein Drehmoment auf den Hebelarm 58 ausgeübt werden, welches zum Einschwenken des Reflektors 22 in den Strahlen-F i g. 3 shows an end view of the light emitter-receiver 11, with a preferred pivot arrangement of the comparison reflector 22. On a directly articulated next to the front lens 20 with an axis of rotation 59 running parallel to the optical axis The comparison reflector 22 is attached to the lever arm 58 by means of an actuating rod which is only indicated schematically 60, which engages the lever arm 58 at a small distance from the axis of rotation 59, can for example a torque via a crank 61 which is driven by a motor (not shown) be exerted on the lever arm 58, which is used to pivot the reflector 22 into the beam

K) aisle from the front lens 20 leads.

Nach F i g. 5 kann aber auch beispielsweise ein seitlich des Strahlengangcs parallel zu diesem verlaufender Vergleichsreflektor 22' fest angeordnet sein, wobei ein Spiegel 40 das Lichtbündel 50 zum Vergleichsreflektor 22'hin umlenktAccording to FIG. 5 can also, for example, run parallel to the side of the beam path Comparison reflector 22 'can be fixedly arranged, with a mirror 40, the light bundle 50 to the comparison reflector 22 'diverted there

Um nun wahlweise den am Ende der Meßstrecke 49 vorgesehenen Meßreflektor 13 und den Vergleichsreflektor 22' beaufschlagen zu können, kann entweder der Umlenkspiegel 40 in Richtung des Doppelpfeiles /"aus dem Parallelbündel 50 herausschieb- oder -schwenkbar angeordnet sein oder der Spiegel 40 wird als fest angeordneter Strahlenteilerspiegel ausgebildet, welcher also ein Teil des auftreffenden Lichtbündels 50 durchläßt, einen anderen Teil zum Vergleichsreflektor 22' hin umlenkt Damit zu einer bestimmten Zeit nur einer der beiden Reflektoren 13 oder 22' beaufschlagt wird, kann eine Schwenkblende 39 vorgesehen sein, die entweder in der in F i g. 5 in ausgezogenen Linien dargestellten Lage den Lichtstrom zum Retroreflektor 13 unterbricht oder nach dem Herumschwenken auf einer Schwenkbahn 48 in die in gestrichelten Linien dargestellte Lage 39' gelangt, wo das Lichtbündel zum Meßreflektor 13 gelangen kann, das Licht zum Vergleichsreflektor 22' jedoch durch die Schwenkblende 39' unterbrochen ist Besonders vorteilhaft wird in dieser Ausführungsform als fest angeordneter Strahlenteilerspiegel 40 der bereits im Sender-Empfänger-Gehäuse montierte Strahlenteiler 77 eingesetzt. An der Stelle des Objektivs 20 würde dann das Mikroobjektiv 19' liegen. Von Vorteil ist hierbei die geringere bewegte Masse der Blende 39'. Wegen Verwendung des Tripelreflektors 22' ist auch die Justierung unproblematisch.
An irgendeiner Stelle des beim Umschalten von Messen auf Vergleich beweglichen Teils, z.B. am Vergleichsreflektor 22 nach F i g. 1 ist ein Kontaktstück oder ein Nocken 29 angeordnet, welcher mit einem Kontaktgeber 30 derart zusammenarbeitet, daß einem Taktgeber 28 bei eingeschobenem VergleichsreflektorIn order to be able to act either on the measuring reflector 13 and the comparison reflector 22 'provided at the end of the measuring section 49, either the deflecting mirror 40 can be arranged so that it can be pushed or pivoted out of the parallel bundle 50 in the direction of the double arrow / "or the mirror 40 is fixed arranged beam splitter mirror, which so lets through part of the incident light bundle 50, deflects another part to the comparison reflector 22 'so that only one of the two reflectors 13 or 22' is acted upon at a certain time, a pivoting screen 39 can be provided, which is either in The position shown in solid lines in FIG. 5 interrupts the light flux to the retroreflector 13 or, after pivoting around on a pivoting path 48, reaches the position 39 'shown in dashed lines, where the light bundle can reach the measuring reflector 13, the light to the reference reflector 22 'but interrupted by the pivoting screen 39' i In this embodiment, the beam splitter 77 already mounted in the transmitter-receiver housing is particularly advantageously used as a fixed beam splitter mirror 40. The micro-objective 19 'would then be at the location of the objective 20. The lower moving mass of the diaphragm 39 'is advantageous here. Because of the use of the triple reflector 22 ', the adjustment is also unproblematic.
At any point on the part that is movable when switching from measurement to comparison, for example on the comparison reflector 22 according to FIG. 1, a contact piece or a cam 29 is arranged, which cooperates with a contactor 30 in such a way that a clock generator 28 when the reference reflector is inserted

so 22 ein diesbezügliches Signal zugeführt wird. Der Taktgeber 28 kann mit anderen Worten jederzeit erkennen, ob der Vcrglcichsrcfleklor 22,22' wirksam ist oder nichtso 22 a relevant signal is supplied. Of the In other words, the clock generator 28 can recognize at any time whether the comparison indicator 22, 22 'is active or not

The following part describes the electronic structure of the Device described:

Am Photoempfänger 17 ist ein nach Masse geführter Lastwiderstand 38 angeordnet, an dem eine einem Vorverstärker 21 zugeführte Spannung abgegriffen ist Der Verstärker ist als Wechselspannungsverstärker mit Bandpaßcharakteristik ausgeführt Auf diese Weise gelingt es, Störsignale durch Umlichteinflfisse, die sich in ihrem Frequenzinhalt von dem mittels der Zerhackerscheibe frequenzbestimmten Nutzsignalen unterscheiden, auszuschließen.On the photoreceiver 17, a load resistor 38, which is guided to ground, is arranged on which a one The voltage supplied to the preamplifier 21 is tapped. The amplifier is used as an AC voltage amplifier Bandpass characteristic implemented In this way it is possible to eliminate interference signals caused by ambient light influences, which are in differentiate their frequency content from the useful signals determined by the chopper disk, to exclude.

Der Ausgang des Vorverstärkers weist eine bei der durch Umlauf und Ausbildung der Zerhackerscheibe festgelegten Modulationsfrequenz selektiv verstärkte Spannung Uv auf, die einer Kanalabgleichstufe zuge- The output of the preamplifier has a selectively amplified voltage Uv at the modulation frequency determined by the rotation and formation of the chopper disk.

führt ist Das Ausgangssignal des Vorverstärkers 21 wird parallel sieben Verstärkern 4t, 42,43,44,45,46 und 47 mit Abgleich zugeführt Diese Aufteilung des Ausgangssignals des Spannungsverstärkers 21 setzt bereits eine später erfolgende Kanaltrennung voraus.leads is The output signal of the preamplifier 21 is parallel to seven amplifiers 4t, 42,43,44,45,46 and 47 supplied with adjustment This division of the output signal of the voltage amplifier 21 sets a later channel separation.

Die Verstärker 41,42,43 sind den drei Wellenlängen 313, 435 und 546 nm bei in den Strahlengang eingeschwenktem Vergleichsreflektor 22, 22' zugeordnet. Die Verstärker 44,45,46 sind jeweils einer der drei vorgenannten Wellenlängen bei aus dem Strahlengang ausgeschwenktem Vergleichsreflektor 22, d.h. bei wirksamerem Meßreflektor 13 zugeordnetThe amplifiers 41,42,43 are the three wavelengths 313, 435 and 546 nm when the comparison reflector 22, 22 'is pivoted into the beam path. The amplifiers 44, 45, 46 are each one of the three aforementioned wavelengths when out of the beam path Swiveled-out comparison reflector 22, i.e. assigned to a more effective measuring reflector 13

Der siebte Verstärker 47 mit Abgleich gehört zu der Dunkelzone 26 des Filterrades und dient der Schaffung einer Basis für die Messung bei den einzelnen Wellenlängen mit Meß- bzw. Vergleichsreflektor im Strahlengang.The seventh amplifier 47 with adjustment belongs to the dark zone 26 of the filter wheel and is used to create a basis for the measurement at the individual wavelengths with a measuring or comparison reflector in the Beam path.

Die Ausgangssignale der Verstärker 41 bis 47 mit Abgleich werden einzeln einem elektronischen Schalter 27 zugeführt, der durch einen Taktgeber 28 angesteuert wird, welcher Steuersignale Ur von der Lichtschranke 37 und Ut von der Lichtschranke 35 am Filterrand 18 empfängt und außerdem über den Kontaktgeber 30 die Wirksamkeit oder NichtWirksamkeit des Vergleichsreflektors 22 feststellt.The output signals of the amplifiers 41 to 47 with adjustment are fed individually to an electronic switch 27, which is controlled by a clock 28, which receives control signals Ur from the light barrier 37 and Ut from the light barrier 35 at the filter edge 18 and also via the contactor 30 the effectiveness or ineffectiveness of the comparison reflector 22 detects.

Jeder Meßwellenlänge ist sowohl für wirksamen als auch für nicht-wirksamen Vergleichsreflektor 22 im Schalter 27 ein Haltekreis 51, 52, 53, 54, 55, 56 zugeordnet. Ein siebter Haltekreis 57 speichert das für den Dunkelstrom repräsentative Signal ab und führt es über einen Impedanzwandler 32 zwecks Bildung einer Basis an den Eingang der Kanalabgleichstufe 31 zurück.Each measurement wavelength is for both effective and ineffective comparison reflector 22 im Switch 27 is assigned a hold circuit 51, 52, 53, 54, 55, 56. A seventh hold circuit 57 stores that for the dark current representative signal from and leads it through an impedance converter 32 for the purpose of forming a Base to the input of the channel alignment stage 31.

Die Tastung durch den Taktgeber 28 geht wie folgt vor sich, wobei auf das Impulsdiagramm nach Fig.4 Bezug genommen wird:The keying by the clock generator 28 proceeds as follows, the pulse diagram according to FIG Reference is made to:

At the end of a scan cycle, the control port reads

36 ein im untersten Diagramm in Fig.4 schematisch veranschaulichtes Impulssignal über die Lichtschranke36 a schematic in the bottom diagram in FIG illustrated pulse signal via the light barrier

37 aus, das als Signal Ur dem Taktgeber 28 signalisiert, daß ein neuer Abtastzyklus beginnen soll.37, which signals the clock 28 as signal Ur that a new sampling cycle is to begin.

Tritt nunmehr die Dunkelzone 26 in den Strahlengang zur Zerhackerscheibe S9 ein, so wird der Haltekreis 57 im Schalter 27 mit dem Abgleichverstärker 47 verbunden, derart, daß über den Impedanzwandler 32 eine definierte Basis für den folgenden Meßvorgang geschaffen wird, welche im obersten Diagramm der F i g. 4 mit D bezeichnet istIf the dark zone 26 now enters the beam path to the chopper disk S9, the holding circle 57 becomes connected in the switch 27 to the balancing amplifier 47 in such a way that via the impedance converter 32 a defined basis for the following measuring process is created, which is shown in the top diagram of the F i g. 4 is denoted by D.

Sobald nun das Filter 25 in den Strahlengang eintritt, bewirkt der diesem zugeordnete Steuerschlitz 34 durch Auslösung eines zweiten Impulssignals Ut an der Lichtschranke 35 (mittleres Diagramm in Fig.4), daß der Abgleichverstärker 46 mit dem Haltekreis 56 verbunden wird. 3ei Beendigung des ersten Impulses Ut ist bereits der Abgleichverstärker 47 vom Haltekreis 57 getrennt worden.As soon as the filter 25 enters the beam path, the control slot 34 assigned to it causes the adjustment amplifier 46 to be connected to the hold circuit 56 by triggering a second pulse signal Ut at the light barrier 35 (middle diagram in FIG. 4). When the first pulse Ut terminates, the balancing amplifier 47 has already been disconnected from the hold circuit 57.

Über den Abgleichverstärker 46 wird nunmehr das durch Reflexion am Meßreflektor 13 hervorgerufene Meßsignal bei der Wellenlänge 546 nm gemäß dem obersten Diagramm in Fig.4 im Haltekreis 56 abgespeichert Beim Eintreten der Filter 24 bzw. 23 in den Strahlengang wiederholt sich dieses Spiel, und es werden gemäß dem obersten Diagramm in Fig.4 die Signale l/v für die Wellenlängen 435 nm bzw. 313 nm in den Haltekreisen 55 bzw. 54 angespeichertThe adjustment amplifier 46 is now used to produce that caused by reflection on the measuring reflector 13 Measurement signal at the wavelength 546 nm according to the top diagram in FIG. 4 in the holding circle 56 stored When the filters 24 or 23 enter the beam path, this game repeats itself, and it the signals l / v for the wavelengths 435 nm and 313 nm in the holding circles 55 and 54 are stored

Während des Messens wiederholen sich diese Zyklen ständig, wobei die Ausgangssignale 7, 3, 2 und 1 des Taktgebers 28 zyklisch die Haltekreise 57,56,55 bzw. 54 mit den Abgleichverstärkern 47,46,45,44 verbinden.During the measurement, these cycles are repeated continuously, with the output signals 7, 3, 2 and 1 of the Clock 28 cyclically the holding circles 57, 56, 55 and 54 Connect to the balancing amplifiers 47,46,45,44.

Im Abstand von etwa 10 Minuten wird der Vergleichsreflektor 22 in den Strahlengang eingeschoben. Hierbei signalisieren die Kontakte 29, 30 dem Taktgeber 28, daß vom »Messen« auf »Vergleich« umgeschaltet worden ist Hierdurch ändert sich die Arbeitsweise des Taktgebers 28 in der Weise, daß nunmehr seine Ausgänge 7, 6, 5 und 4 zyklisch die Haltekreise 57,53,52 und 51 mit den Abgleichverstärkern 47, 43, 42 bzw. 41 verbinden. Das Impulsbild istThe comparison reflector 22 is pushed into the beam path at an interval of approximately 10 minutes. Here the contacts 29, 30 signal the clock generator 28 that from "measuring" to "comparison" This changes the mode of operation of the clock generator 28 in such a way that now its outputs 7, 6, 5 and 4 cyclically the holding circuits 57, 53, 52 and 51 with the balancing amplifiers Connect 47, 43, 42 or 41. The impulse picture is

ic dann im wesentlichen das gleiche wie nach Fig.4 mit dem einen Unterschied, daß die Höhen der den einzelnen Wellenlängen zugeordneten Vergleichsimpulse gegenüber der Einstellung »Messen« unterschiedlich, und zwar überwiegend hfittv :^:'nd.ic then essentially the same as with the one difference that the heights of the individual wavelengths associated comparison pulses with respect to the setting of "measuring" different, predominantly hfittv according to Figure ^4:: 'nd.

i> Durch die Klammern gesetzte Bezugszahlen ist in dem Impulsdiagramm der F i g. 4 angedeutet, welcheni> Reference numbers in brackets are in the timing diagram of FIG. 4 indicated which one

Control openings or filter zones of the filter wheel F i g. 2 the individual impulses are assigned. At the output of the switch 27 are thus to the

Haltekreisen 51 bis 56 ständig sechs Signale zur Verfügung, von denen die Signale Uv, Ur und Uy den empfangenen Signalen für die einzelnen Wellenlängen 313,435 bzw. 546 nm bei eingeschobenem Vergleichsreflektor 22 entsprechen, während die Signale U\, U₂ und Ui für die Wellenlängensignale 313.435 bzw. 546 nm bei wirksamem Meßreflektor 13 repräsentativ sind.Holding circles 51 to 56 always have six signals available, of which the signals Uv, Ur and Uy correspond to the received signals for the individual wavelengths 313, 435 and 546 nm with the reference reflector 22 inserted, while the signals U \, U ₂ and Ui for the wavelength signals 313,435 or 546 nm with an effective measuring reflector 13 are representative.

Auf Grund der Abgleichmöglichkeit in den VerJtirkern 41-47 können durch einen Abgleich vor Inbetriebnahme des Gerätes sämtliche Ausgangssignale der Haltekreise 51 bis 56 auf gleiches Niveau gebracht werden. Dies gilt nicht nur für die einzelnen Wellenlängensignale im Vergleich zueinander, sondern insbesondere für die bei Einschaltung des Vergleichsreflektors einerseits und Wirksamkeit des MeßreflektorsDue to the possibility of comparison in the distributors 41-47, all output signals can be calibrated before commissioning the device the holding circles 51 to 56 are brought to the same level. This doesn't just apply to the individual Wavelength signals in comparison to one another, but in particular for those when the comparison reflector is switched on on the one hand and effectiveness of the measuring reflector

r> andererseits erscheinenden Ausgangssignals. Auf diese Weise können z. B. auch unterschiedliche Reflexionseigenschaften des Meßreflektors 13 und des Vergleichsreflektors 22 auf einfachste Weise ohne weiteres ausgeglichen werden.r> output signal appearing on the other hand. To this Way can z. B. also different reflection properties of the measuring reflector 13 and the comparison reflector 22 can be easily compensated for in the simplest way.

Zur Schaffung eines Grobausgleichs zwischen MeB- und Vergleichssignalen können vor den Reflektoren auch noch fest einstellbare Irisblenden (81 in Fig.6) vorgesehen werden, mittels deren beide Reflektoren im wesentlichen auf gleiche Reflexionsintensität voreingestellt werden können.To create a rough balance between measurement and comparison signals, in front of the reflectors also fixed adjustable iris diaphragms (81 in Fig. 6) are provided, by means of which both reflectors are preset to essentially the same reflection intensity can be.

Die Auswertung der Signale Uy bis Ui erfolgt in einer Rechenschaltung 33, die im folgenden an Hand von F i g. 7 beschrieben wird:
Die Signale Uv, Ux₁ Uy, U\, und Uj werden nach F i g. 7 einer Abfrageschaltung 62 zugeführt, die einen Schalter 82 mit internem Taktgeber enthält, auf Grund dessen in der in F i g. 7 schematisch veranschaulichten Weise die Meß- und Vergleichssignaie Uv, U\ bzw. Ur, Ui bzw. Uy, Uz nacheinander paarweise einer anschließenden Divisions- und Logarithmierungsstufe 63 zugeführt werden. Am Ausgang dieser Stufe 63 erscheint dann ein für die Transmission bei der betreffenden Wellenlänge beschreibendes Signal E\, Ei oder Ey, je nachdem, welches der drei Paare gerade an der Stufe 63The signals Uy to Ui are evaluated in a computing circuit 33, which is described below with reference to FIG. 7 is described:
The signals Uv, Ux ₁ Uy, U \, and Uj are shown in FIG. 7 is fed to an interrogation circuit 62 which contains a switch 82 with an internal clock generator, on the basis of which in the FIG. 7, the measurement and comparison signals Uv, U \ or Ur, Ui or Uy, Uz are fed one after the other in pairs to a subsequent division and logarithmic stage 63, as illustrated schematically. At the output of this stage 63 there then appears a signal E \, Ei or Ey describing the transmission at the relevant wavelength, depending on which of the three pairs is currently at stage 63

μ anliegt Diese Signale £, werden einer Verteilerstufe 64 zugeführt, welche ebenfalls von dem im Schalter 82 eingebauten internen Taktgeber über eine schematisch dargestellte Leitung 83 gesteuert ist Auf Grund dieser Steuerung werden die für die einzelnen Wellenlängen repräsentativen Extinktionssignale Et, Ei und £3 auf Haltekreise 65, 66 bzw. 67 gegeben, in denen sie abgespeichert werden. Als Haltekreise werden vorzugsweise Kondensatorspeicher mit Operationsverstärkerμ is present.These signals £, are fed to a distributor stage 64, which is also controlled by the internal clock generator built into switch 82 via a line 83 shown schematically.As a result of this control, the extinction signals Et, Ei and £ 3, which are representative for the individual wavelengths, are held on hold circuits 65, 66 and 67, in which they are saved. The holding circuits are preferably capacitor stores with operational amplifiers

verwendetused

In einer anderen geeigneten Ausführungsform könnte unter Verzicht auf den Schalter 82 in drei getrennten Divisions- und Logarithmierangsstufen 63 eine jeweils paarweise Verarbeitung der Meß- und Vergleichssignale Uv, U\ bzw. U₂; Ui bzw. Uy, U₃ gleichzeitig vorgenommen werden, was eine direkte Weiterverarbeitung der Extinktionssignale Ei, E₂ und £3 in der nachfolgend beschriebenen Rechenstufe 68 ohne vorherige Zwischenspeicherung in den Haltekreisen 65, 66 und 67 ermöglichen würde.In another suitable embodiment, without the switch 82, in three separate division and logarithmic input stages 63, processing of the measurement and comparison signals Uv, U \ and U ₂ ; Ui or Uy, U ₃ can be performed simultaneously, which would enable direct further processing of the extinction signals Ei, E ₂ and £ 3 in the computing stage 68 described below without prior intermediate storage in the holding circuits 65, 66 and 67.

Auf Grund der beschriebenen Bildung und Verarbeitung der vom Photoempfänger 17 aufgenommenen Signale sind die in den Haltekreisen 65, 66, 67 abgespeicherten Extinktionssignale vollständig driftunabhängig und querempfindüchkeitsfrei. Dies ist darauf zurückzuführen, daß in den Vergleichssignalen Uy, Ur und Uv sämtliche Komponenten, wie spektrale Empfindlichkeit des Photoempfängers 17 und spektrales Emissionsvermögen der Strahlungsquelle 16 enthalten sind, so daß diese, das Driften hervorrufenden Komponenten bei der vorgenommenen Division herausfallen. Auf Grund dieser Division machen sich auch Änderungen im Transmissionsverhalten der verwendeten optischen Bauteile bei der Messung nicht störend bemerkbar. Insbesondere haben Alterungserscheinungen bei Lampe und Multiplier keinen Einfluß mehr auf die Messung. Besonders hervorzuheben ist, daß der Vergleich stets bei ein und derselben Wellenlänge erfolgt, so daß Störungen durch unterschiedliche Drift bei verschiedenen Wellenlängen ausgeschlossen sind.Due to the described formation and processing of the signals recorded by the photoreceiver 17, the extinction signals stored in the holding circuits 65, 66, 67 are completely independent of drift and free of cross-sensitivity. This is due to the fact that the comparison signals Uy, Ur and Uv contain all components, such as the spectral sensitivity of the photoreceiver 17 and the spectral emissivity of the radiation source 16, so that these components causing drifting fall out of the division performed. Because of this division, changes in the transmission behavior of the optical components used do not have a disruptive effect on the measurement. In particular, signs of aging in the lamp and multiplier no longer have any influence on the measurement. It should be particularly emphasized that the comparison always takes place at one and the same wavelength, so that interference due to different drift at different wavelengths is excluded.

Der Kanalbereich in der Stufe 31 entspricht einer elektronischen Glättung der im wesentlichen durch die Strahlungsquelle 16 und den Photoempfänger 17 bestimmten Kennlinie des Geräts. Bemerkenswert ist, daß außer Unterschieden im Reflexionsverhalten von Meß- und Vergleichsreflektor 13, 22 auch spektrale Unterschiede für die einzelnen Wellenlängen individuell ausgeglichen werden können, was eine erhebliche Vereinfachung in der Reflektorenherstellung und -einstellung bedeutetThe channel area in the stage 31 corresponds to an electronic smoothing of the essentially by the Radiation source 16 and the photoreceiver 17 determined characteristic of the device. Remarkably, that apart from differences in the reflection behavior of measuring and comparison reflectors 13, 22 also spectral Differences for the individual wavelengths can be compensated individually, which is a considerable Simplification in the reflector manufacture and adjustment means

An die Haltekreise 65, 66, 67 schließt sich eine Rechenstufe 68 an, in der aus den korrigierten und drift-unabhängigen Extinktionswerten E₁, E₂ und Ei die Konzentrationen von Rauch, SO2 und NO2 berechnet werden.The holding circuits 65, 66, 67 are followed by a computing stage 68 in which the concentrations of smoke, SO2 and NO2 are calculated from the corrected and drift-independent extinction values E ₁ , E ₂ and Ei.

Bei Messung von Rauch, SO2 und NO2 im Kamin 72 und Verwendung der Wellenlängen 313,435 und 546 nm ergeben sich für die als Extinktionen Ei bezeichneten logarithmierten Transmissionswerte die folgenden Beziehungen: When measuring smoke, SO2 and NO2 in the chimney 72 and using the wavelengths 313.435 and 546 nm, the following relationships result for the logarithmic transmission values designated as extinctions Ei:

E ₁ = Es + ^l kso ₂ ■ CsO ₂ ■ L + ¹ ZCjVO ₂ 'Cjvo, " L (2)

E₂ =E ₂ =

E₃ = E_R E ₃ = E _R

²k_No₂ ■ c_NOl ■ L ² k _N o ₂ ■ c _NOl ■ L

k_No₂ k _N o ₂

■ L■ L

Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß L und k Konstanten sind, ergibt sich ein Maß für die Konzentration von NO₂ auf Grund folgender Rechnung:Taking into account the fact that L and k are constants, a measure for the concentration of NO ₂ results on the basis of the following calculation:

= E₂ - Ei = W₂ = L ■ c_NO, i²k_NO, - = E ₂ - Ei = W ₂ = L ■ c _NO , i ² k _NO , -

Ein Maß für die Rauchkonzentration erhält man aufgrund folgender Berechnung:A measure for the smoke concentration can be obtained from the following calculation:

wobeiwhereby

/(Cr) = E₃ - fi ■ E₂ = E₃ = Er/ (Cr) = E ₃ - fi ■ E ₂ = E ₃ = Er

fi = fi =

In diesen Formeln bedeuten Er die Rauchextinktion, c die Konzentration des mit einem Index gekennzeichneten Gases, Jt der spektrale Absorptionskoeffizient für das betreffende Gas bei den obengenannten Wellenlängen 1, 2 bzw. 3 und L die Länge des Meßweges. Die Rauchextinktion Er hängt mit dem Staubgehalt Cr wie folet zusammen: Er -ICr-Cr-L In these formulas, Er is the smoke absorbance, c is the concentration of the gas marked with an index, Jt is the spectral absorption coefficient for the gas in question at the above-mentioned wavelengths 1, 2 and 3 and L is the length of the measurement path. The smoke absorbance Er is related to the dust content Cr as follows: Er -ICr-Cr-L

Die Konzentration von SO₂ kann schließlich nach folgender Formel ermittelt werden:The concentration of SO ₂ can finally be determined using the following formula:

/ (f.vo,) ⁼ £i — ' E₂ — E_\ = L - Cso-,' "•'.sOi (8) wobei/ (f.vo,) ⁼ £ i - 'E ₂ - E_ \ = L - Cso-,' "• '.sOi (8) where

r = 4- -sr · (9) r = 4- -sr (9)

In order to carry out the aforementioned invoices

jo führen, ist der Ausgang des Haltekreises 67 über eine Invertierungsstufe 84 und einen Widerstand 85 mit dem einen Eingang einer Differenzbildungsstufe 86 verbunden. Der Ausgang des Haltekreises 66 führt über einen Widerstand 87 zum invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 88, der zugleich über den Regelwiderstand 89 mit dem Ausgang der Invertierungsstufe 84 verbunden istjo lead, the output of the hold circuit 67 is via a Inversion stage 84 and a resistor 85 connected to one input of a differentiating stage 86. The output of the hold circuit 66 leads via a resistor 87 to the inverting input of a Operational amplifier 88, which at the same time via the variable resistor 89 with the output of the inverting stage 84 is connected

Der Ausgang des Operationsverstärkers 88 ist außerdem über einen Regelwiderstand 90 mit dem anderen Eingang der Differenzbildungsstufe 86 verbunden. The output of the operational amplifier 88 is also via a variable resistor 90 with the other input of the difference formation stage 86 connected.

Der Ausgang des Haltekreises 65 liegt über einen Widerstand 94 am Eingang des Operationsverstärkers 91, welcher außerdem über Regelwiderstände 92 und 93 mit den Ausgängen der Invertierungsstufe 84 und des Operationsverstärkers 88 verbunden ist Auf Grund dieser Schaltung erscheint am Ausgang des Operationsverstärkers 91 ein für die Konzentration von SO₂, am Ausgang des Operationsverstärkers 88 ein für die Konzentration von NO₂ und am Ausgang der Differenzbildungsstufe 86, ein für die Konzentration von Rauch repräsentatives SignalThe output of the hold circuit 65 is connected to the input of the operational amplifier 91 via a resistor 94, which is also connected to the outputs of the inverting stage 84 and the operational amplifier 88 via variable resistors 92 and 93 SO ₂ _{, a signal representative of the concentration of NO 2} at the output of the operational amplifier 88 and a signal representative of the concentration of smoke at the output of the subtraction stage 86

Die obengenannten Werte der Koeffizienten β bzw. γ werden durch das Verhältnis der Widerstände 92 und 94 bzw. 85 und 90 auf die oben definierten Werte fest eingestellt Der einmalige Abgleich erfolgt auf meßgas- und rauchfreier Strecke in einfacher Weise so, daß bei eingeschwenktem Kontrollfilter 73 die von diesem repräsentierten Konzentrationswerte angezeigt werden. The above-mentioned values of the coefficients β and γ are permanently set to the values defined above by the ratio of the resistors 92 and 94 or 85 and 90 the concentration values represented by this are displayed.

An die drei Ausgänge der Rechenschaltung 33 kann sich dann gemäß Fig. 1 ein Anzeigegerät 69 anschließen, welches z. B. nach erfolgter Spannungsstromwandlung als Dreifachschreiber mit einem jeweiligen Anzeigebereich 0 bis 20 mA entsprechend vorgegebenen Konzentrationsbereichen ausgebildet sein kann, damit Konzentrationsänderungen stetig verfolgt werden können.According to FIG. 1, a display device 69 can then be connected to the three outputs of the computing circuit 33, which z. B. after the voltage current conversion as a triple recorder with a respective Display range 0 to 20 mA can be designed according to specified concentration ranges, so that changes in concentration can be continuously tracked.

Nach Fig. 1 werden die Strahlungsquelle 16, die Antriebe für das Filterrad 18, tue Zerhackerscheibe 99 und die Vergleichsreflektcranordnung, die Lampen der Lichtschranken sowit die gesamte Elektronik von einem gemeinsamen Netzgerät 70 gespeistAccording to Fig. 1, the radiation source 16, the Drives for the filter wheel 18, do chopping disk 99 and the comparison reflector arrangement, the lamps of the Light barriers and the entire electronics are fed by a common power supply unit 70

Die Anordnung des Vergleichsreflektors außerhalb des eigentlichen Optikgehäuses 15 gemäB Fig.3 hat den Vorteil, daß auch die Transmissionseigenschaften des Austrittsfensters, die sich z. B. durch eine Belagbildung ändern können, in die Driftkompensation einbezogen werden. The arrangement of the comparison reflector outside the actual optics housing 15 according to FIG. 3 has the advantage that the transmission properties of the exit window, which z. B. by a deposit formation can be included in the drift compensation.

Die Information über die Stellung des Vergleichsreflektors für den Taktgeber kann durch eine mitlaufende Nockenscheibe gegeben werden, welche eine Relais einschaltet, sobald der Vergleichsreflektor 22 sich im Strahlengang befindet.The information about the position of the comparison reflector for the clock generator can be provided by a concurrent Cam disc are given, which switches on a relay as soon as the comparison reflector 22 is in Beam path is located.

Nach Fig.6 ist der verwendete Tripelrefiektor 13 bzw. 22 speziell ausgebildet Üblicherweise werden Retroreflektoren nach dem Tripelprinzip als geschliffene oder gepreßte Glas- bzw. Kunststofftripel ausgeführt, in die das Licht über eine Planfläche eintritt und nach Totalreflexion an den inneren Tripelflächen mit einem gewissen seitlichen Versatz in sich umgelenkt wieder austritt Für die vorliegenden Zwecke sind solche Tripel wenig geeignet, da die notwendige UV-Durchlässigkeit mit gepreßten Kunststofftripeln kaum und über geschliffene Quarzglastripel nur sehr aufwendig erreicht werden kann.According to FIG. 6, the triple reflector used is 13 or 22 specially designed Retroreflectors are usually ground according to the triple principle or pressed glass or plastic triples, in which the light enters via a plane surface and after total reflection on the inner triple surfaces a certain lateral offset is deflected in itself and exits for the present purposes Such triples are not very suitable, as the necessary UV permeability with pressed plastic triples can hardly be reached and can only be achieved with great effort via ground quartz glass triples.

Gemäß Fig.6 kann eine weniger aufwendige, gleichwohl aber sehr funktionstüchtige Anordnung dadurch erreicht werden, daß die Rückseite eines üblichen Kunststorf-Tripelpreßlings 95 nach einemAccording to Figure 6, a less complex, nevertheless very functional arrangement can be achieved in that the back of a usual synthetic peat triple pressed 95 after a

s besonderen Reinigungsvorgang mit einer Ahiminiurobedampfung 96 versehen wird. Die auf diese Weise geschaffene Oberfläche wirkt wie ein klassischer Tripel, reflektiert jedoch auch in gleicher Weise im ultravioletten Bereich. Durch eine zusätzliche Bedampfung mits special cleaning process with Ahiminiuro steaming 96 is provided. The surface created in this way looks like a classic triple, however, it also reflects in the same way in the ultraviolet range. By additional steaming with

ig einer besonderen UV-durchlässigen Schutzschicht aus Magnesiumfluorid werden Änderungen der Reflexionseigenschaften durch Alterung der Aluminiumschicht wirksam vermieden. Der so beschaffene Tripelrefiektor 95 ist in einer Halterung 97 in der dargestellten Weise soig a special UV-permeable protective layer Magnesium fluoride will change the reflective properties as the aluminum layer ages effectively avoided. The triple reflector 95 made in this way is in a holder 97 in the manner shown

is gefaßt, daß die empfindlichen Tripelspitzen freiliegen. Eine vor dem Tripelrefiektor 95 angeordnete Irisblende 81 kann zur Veränderung der reflektierenden Fläche mehr oder weniger zugezogen und in der Endstellung Fixiert werden.It is understood that the sensitive triple tips are exposed. An iris diaphragm 81 arranged in front of the triple reflector 95 can be used to change the reflecting surface be pulled more or less and fixed in the end position.

Zweckmäßig wird die gesamte Anordnung durch ein ultraviolettdurchlässiges Fenster 98 abgedeckt.The entire arrangement is expediently covered by an ultraviolet-permeable window 98.

Das beschriebene Verfahren kann auch für die Ermittlung von mehr als drei Gas- bzw. Rauchkomponenten in einem Gasgemisch benutzt werden, wöbe jeweils soviele Strahlungen unterschiedlicher Wellen' länge erforderlich sind, wie Komponenten festgestellt werdensollen.The method described can also be used to determine more than three gas or smoke components be used in a gas mixture, wöbe in each case as many radiations of different wavelengths are required as components are determined should be.

In addition 5 sheets of drawings

Claims

10 15 25 K) Claims:

1. Device for determining the concentration of various gases and optionally Components of an exhaust gas mixture consisting of smoke particles

a) an optical radiation source for generating a measuring beam penetrating the exhaust gas mixture,

b) one that throws the measuring beam back into itself after passing through the exhaust gas mixture Measuring reflector,

c) optical elements for generating a reference beam that is not influenced by the exhaust gas mixture,

d) a chopper disc for periodic interruption of the measuring and reference beams,

e) a filter device for the measuring beam and the reference beam with one of the number of the components corresponding number of each in different, for the components filters permeable to characteristic spectral ranges,

f) a photoelectric beam acted upon by the measuring beam and the reference beam Transducer arrangement for generating corresponding measurement or reference signals,

g) an evaluation circuit for normalizing the measurement signals to the respective associated, im reference signals obtained in the same spectral range and for calculating the concentration of the components from the standardized measurement signals on the basis of Lambert-Beer ^ Law,

characterized in that

h) said filter means (18, 23, 24, 25,100) includes means (18,100) for successive insertion of the individual filter (23, 24, 25) and a _w opaque shutter (26) in the beam path between the radiation source (16) and exhaust gas mixture (49 ) having

i) the chopper disk (99) in the beam path between the filter device (18) and the exhaust gas mixture (49) is arranged and rotates at such a speed that the beam path during each filter or diaphragm phase of the filter device is repeatedly interrupted will,

j) the optical elements enter the beam path between the chopper disk at predetermined times (99) and exhaust gas mixture can be switched on, the radiation in itself to the converter arrangement reflecting comparison reflector (22; 22 ', 39, 40),

k) the evaluation circuit devices (32, 47, 57) for compensating for the dark current component the measurement or reference signals with the aid of the presence of the diaphragm (26) in the beam path generated dark current signal and devices (51 to 56) for storing the includes compensated measurement and reference signals.

2. Device according to claim 1, characterized in that that the light source (16), the filter device (18, 80), the chopper disc (99) and the Converter arrangement (17) in a housing (15)

50

55

60 are housed, which is through a front lens (20) against the measuring section (49) is completed, and that the comparison reflector (22) is immediately behind the front lens (20) can be switched into the beam path by means of a pivotable lever arm (58).

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that at a relatively small distance from Pivot point (59) of the lever arm (58) an actuating rod (60) is articulated, which via a Crank (61) can be driven by a motor in one direction or the other

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the reflectors (13, 22, 22 ') are aluminum-vapor-coated plastic triple compacts (95) on the back.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that at least at the end of the Measuring section (49) arranged measuring reflector (13) is irradiated on all sides by the light beam (50)

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the light source a low-pressure mercury vapor lamp (16) is used and the filters (23, 24, 25) are off Color glass combinations exist.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the means for the successive introduction of the filters (23, 24, 25) and the diaphragm (26) from one of the filters and the diaphragm in a first ring zone supporting rotatable disc (18) which by a Shaft (102) is rotatably coupled to the chopping disk (99).

8. Apparatus according to claim 7, characterized in that in a second ring zone with a Light barrier (35) and a clock (28) cooperating control slots (34) are provided are, each of which is assigned to a filter (23, 24, 25) or the diaphragm (26)

9. Apparatus according to claim 8, characterized in that one with a third ring zone Light barrier (37) and the Takigeber (28) cooperating control opening (36) is provided

10. Device according to one of the preceding Claims, characterized in that the transducer arrangement (17) for each measurement and reference signal as well as a separate signal channel with one adjustable each for the dark current signal Amplifier (14 to 47) is connected and that the clock (28) for unlocking the signal channels is formed synchronously with the occurrence of the measurement, reference and dark current signals.

11. The device according to claim 10, characterized characterized in that electronic switches controlled by the clock (28) in the signal channels (27) are provided, via which the adjustable amplifiers (41-47) each hold the hold circuits (51-57) are connectable.

12. The device according to claim 11, characterized characterized in that a multiplex circuit (62) for interrogation in pairs, one after the other of the holding circuits of mutually corresponding measurement and reference signals, further one of the successive measurement and reference signal pairs applied logarithmizing and quotient forming stage (63) and a demultiplexing circuit (64) for dividing the logarithmic ones obtained Ratio signals to a corresponding number of memory stages (65-67) are provided.

13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that fixedly adjustable iris diaphragms (81) are arranged on the measuring reflector (13) and / or on the comparison reflector (22, 2T).

The invention relates to a device according to the preamble of claim 1. ι ο

From DE-OS 21 30 331 is already a device for non-dispersive optical concentration determination of gas and smoke components in a mixture of different gases and possibly smoke known, at least one corresponding to the number of gas and smoke components to be measured Number of wavelengths passed through the mixture, reflected and again through the mixture is performed and the individual wavelengths e'mpfangen after passing through the mixture and the Concentrations of the individual components can be calculated according to the Lambert-Beer law. All wavelengths are simultaneously in a number of photoelectric transducer assemblies equipped receiving channels evaluated 2s. A disadvantage of the known device is that despite the presence of a comparison beam path does not completely reduce the spectral drifting of the arrangement can be switched off because, for example, the partially transparent mirror used by the measuring and Comparison beams are acted upon in different ways. Partly measuring and Comparison bundle through various optical elements, so that also a frequency-independent A third factor is added over time. The influence of the dark currents is increased with the known arrangement not considered at all

A device for non-dispersive optical determination of the concentration of smoke components is also available in a mixture of different gases known (DE-OS 16 23 071), in which a direct Reflection of the radiation alternately before entering the mixture and after passing through it takes place via the same optical beam path to a photoreceiver and a storage of a electrical comparison signal is made. A quotient is formed by means of an evaluation circuit the measurement signal influenced by the transmission and the stored comparison signal. With the known device, however, there is only one Measurement of the smoke density and not the determination of different gas components possible. Also the There is no provision for a dark current signal to be generated.

It is also a device for monitoring a flowable medium, in particular for determination the concentration of various components of an air or liquid sample known, which in is primarily used as a mine gas monitoring device in a mine (DE-OS 23 21 405). In which known device generates a light source an electric eo Magnetic radiation that passes through a sample chamber and through several narrow-band filters of a filter chopper wheel is directed to a beam splitter that converts the energy in the visible range to one first detector and the one lying in the infrared range Energy leads to another detector. The gas to be examined is fed in via an air inlet and -auslaßsystem passed into the closed sample chamber and analyzed there. The filter wheel not only for the spectral separation of the light but also for the generation of baseline output signals used, which can be referred to as dark currents and from the covering ones Web are obtained between the spectrally transparent filter areas.

The known device, however, does not contain any means which produce spectral signals that are not influenced by the gas to be measured Provide location of the measurement wavelength. Rather, it will be Reference signals obtained from the vicinity of the measurement wavelengths and corresponding to the known Two-frequency measurement technology processes which, however, cannot take into account the spectral drift.

In a known spectrometer (DE-OS 24 03 368) very small filters are a periodically reciprocating filter selector plate and a chopper disk essentially at the image location arranged next to the radiation source Several small filters are provided next to each other in the filter selector plate, which can be switched on suddenly into the beam path, where they are during the passage of light through the openings of the chopper disc. Switching to the next filter takes place during the period of time within which the beam path passes through the opaque areas of the Chopper is interrupted. The combination of a filter device, which in time successive Periods of light of a predetermined wavelength can get into the beam path and one of the The chopper disk which periodically interrupts the beam path is therefore known per se

Finally, a spectrometer is already known (DE-OS 22 59 782) in which two different samples should be compared with each other. First, a reference sample is placed in the beam path and the transmission values for different wavelengths successively penetrating the reference sample are stored. Then the actual test sample is brought into the beam path and the transmission values of this sample determined at the same wavelengths are determined by the corresponding stored reference values. A consideration of the dark current is with this known spectrometers are not provided, nor is continuous measurement of a sample. It rather, it is a discontinuous measuring process.

In contrast, the invention is based on the object of providing a device of the type mentioned at the beginning To create a species in which the concentration measurement is neither by dark currents nor by drift effects is impaired, and there is also no spectrally different drifting of optical elements should have an adverse effect.

To solve this problem, the features mentioned in the characterizing part of claim 1 are intended. Due to this design, both the measurement and the comparison signals are continuous corrected depending on the existing dark currents; only then will the already corrected Measurement and comparison signals compared with one another. It is of particular importance that, since both Measurement and comparison beams, all optical elements with the exception of the measurement and Reference reflector run through in completely the same way, avoiding any spectral drift will. With the help of the chopper disk and a