DE2606110A1 - Verfahren und vorrichtung zur spektroskopischen gasanlyse - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur spektroskopischen gasanlyse

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DE2606110A1 DE19762606110 DE2606110A DE2606110A1 DE 2606110 A1 DE2606110 A1 DE 2606110A1 DE 19762606110 DE19762606110 DE 19762606110 DE 2606110 A DE2606110 A DE 2606110A DE 2606110 A1 DE2606110 A1 DE 2606110A1
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Description

Die Erfindung betrifft die Spektroskopie und bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, mit welchen zwei kohärente Strahlen aus monochromatischem Licht durch eine Gasprobe bei einer Frequenzdifferenz durchgelassen werden, die mit der Drehfrequenz eines gasförmigen Bestandteils in Wechselbeziehung steht, um den Bestandteil zu erfassen und quantitativ zu messen.
Bei der für die spektroskopische Gasanalyse verwendeten Vorrichtung wird Streulicht, welches durch erregte Quanten bei einer Frequenzdifferenz nahe der Vibrationsfrequenz des Gases erzeugt
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ORIGINAL INSPECTED
wird durch eine Filtereinrichtung gerichtet, die wahlweise eine Antistokeskomponente durchläßt, welche während der Streuung kohärent erzeugt ist. Der Ausgang der Filtereinrichtung wird in ein erfaßbares Signal umgewandelt und dargestellt.
Eines der Hauptprobleme bei solchen Vorrichtungen ist die Schwierigkeit, sehr kleine Mengen gasförmiger Bestandteile zu analysieren. Das Ausgangssignal aus der Filtereinrichtung wird häufig durcli.Hintergrundstörungen verändert oder verundeutlicht, die sich aus der nicht vorhandenen Zugänglichkeit oder Ansprechbarkeit von Gasen stammt, die bei dem zu analysierenden Gas vorhanden sind. Das Problem ist besonders unangenehm, wenn das zu analysierende Gas sich an einer Stelle in gewisser Entfernung von der Vorrichtung befindet. Zur Behebung dieser Schwierigkeiten ist es notwendig gewesen, die Vorrichtung mit sehr hoch empfindlichen Gebilden und Kombinationen aus Detektoren, Energiequellen, Filtern, Steuersystemen und dergleichen zu versehen, die relativ teuer sind.
Durch die Erfindung ist eine Vorrichtung mit erhöhter Empfindlichkeit für die spektroskopische Gasanalyse geschaffen. Die Vorrichtung hat eine Strahlungsquelle zur Erzeugung zweier kohärenter Strahlen monochromatischen Lichtes bzw. Strahlung. Eine solche Strahlungsquelle weist eine zugeordnete Abstimmeinrichtung zum Einstellen der Frequenzdifferenz zwischen den Strahlen auf, um die Drehfrequenz eines vorgewählten Bestandteiles gasförmigen Materials im wesentlichen gleich zu machen. Eine Projektionseinrichtung ist vorgesehen, um die Strahlen durch das gasförmige Material zu richten und Streustrahlung zu erzeugen, die ein erfaßbares Signal enthält, welches aus einer Antistokeskom-
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ponente besteht, die während der Streuung kohärent erzeugt ist. Eine Filtereinrichtung ist zur Aufnahme der Streustrahlung ausgebildet und läßt wahlweise das Signal zu einer Detektoreinrichtung durch, welche dessen Intensität anzeigt.
Ferner schafft die Erfindung ein Verfahren zur spektroskopischen Gasanalyse mit den folgenden Schritten: Erzeugen zweier kohärenter, monochromatischer Strahlen; Einstellen der Frequenzdifferenz zwischen den Strahlen, um im wesentlichen die Drehfrequenz eines vorgewählten Bestandteiles gasförmigen Materials gleichzumachen; Richten der Strahlen durch das Gas zur Erzeugung von Streustrahlung, welche ein erfaßbares Signal enthält und eine Antistokeskomponente aufweist, welche während der Streuung kohärent erzeugt wird; Filtern der Streustrahlung, um wahlweise das erfaßbare Signal durchzulassen; und Anzeigen der Intensität des Signals.
Verschiedene bekannte Abstiirmeinrichtungen können bei der Verwendung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung zweckmäßig sein. Vorzugsweise weist die Abstimmeinrichtung zwei Beugungsgitter mit hoher Auflösung auf, die so eingestellt sind, daß sie die zwei monochromatischen Lichtstrahlen mit einer Frequenzdifferenz durchlassen, die mit der Drehfrequenz einer Molekülsorte des Gases in Wechselbeziehung steht. Diese Bedingung erhält man, wenn gilt 2 Co - 6U3 = GJ3 und Qj - k>2 = U3 - Cu^ = Wr, wobei ω1 bzw. COu die Frequenzen der zwei kohärenten monochromatischen Strahlen darstellen, CO3 die Frequenz der kohärent erzeugten Antistokeskomponente ist und CJl die Drehfrequenz der Molekülsorte ist. Für eine gegebene Molekülsorte bestehen die Drehspektren bei einer speziellen bzw. eigenartigen Gruppe von Frequenzen.
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Jedes dieser Spektren kann in Resonanz befindlich vergrößert
bzw. gesteigert werden, um eine Äntxstokesdrehkomponente erheblich erhöhter Intensität zu erzeugen. Die Identifikation der
Sorten mit einer speziellen Gruppe Drehspektren wird wirksam
bzw. bestimmt, wenn die Resonanzsteigerung für Antistokeskomponenten erfaßt wird, welche den verschiedenen Drehspektren der
Sorten entsprechen.
Der Frequenzbereich der Drehspektren einer gegebenen Sorte ist
sehr klein. Somit kann das gesamte Drehspektrum schnell mit geringen Kosten unter Verwendung eines elektronischen Instrumentes und einer einzigen Strahlungsquelle abgetastet werden. In vorteilhafter Weise wird das erfaßte Signal von einer Drehspektralkomponente der Sorte abgeleitet, dessen Intensität erheblich
größer als die der Sorten-SchwingungsSpektren ist. Folglich ist die Intensität des erfaßbaren Signals und damit die Genauigkeit der Vorrichtung weit größer als diejenige, welche man von einer Vorrichtung erhält, bei welcher das erfaßbare Signal kohärent
erzeugte Raman-SchwingungsSpektren von Gas aufweist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigen
Fig. 1 ein Blockdiagramm unter Darstellung der Vorrichtung zur
spektroskopischen Gasanalyse und
Fig. 2 schematisch die Vorrichtung gemäß Fig. 1.
Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Eine Strahlung mit Drehspektren findet man sowohl
im sichtbaren als auch im infraroten und ultravioletten Fre-
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2 B Π ß 1 IO
quenzbereich. Folglich arbeitet die Erfindung mit einer Strahlung, welche einen relativ breiten Frequenzbereich hat. Su Zwecken der Darstellung wird die Erfindung in Verbindung mit dem Verfahren und der Vorrichtung zum Messen der Drehspektren eines Gases bei Streustrahlung vom sichtbaren Frequenzbereich beschrieben. Bei der Anwendung auf diese Weise eignet sich die Erfindung insbesondere für die Erfassung und Messung quantitativ geringer Bestandteile eines Gases, wie z.B. Luft. Ersichtlich kann die Erfindung auch unter Verwendung einer Strahlung aus einem beliebigen anderen der vorstehend erwähnten Frequenzbereiche benutzt werden, und sie kann für ähnliche und sogar unterschiedliche Anwendungen benutzt werden, z.B. für die Analyse von Schwxngungsdrehspektren, die Bestimmung von molekularen Gasbestandteilen und dergleichen.
In Fig. 1 ist eine bevorzugte Vorrichtung für die spektroskopisch^ Gasanalyse gezeigt. Die allgemein bei 10 gezeigte Vorrichtung hat eine Strahlungsquelle 12 zur Erzeugung zweier kohärenter Strahlen 15 und 17 monochromatischer Strahlung. Der'Strahlungsquelle 12 ist eine Abstimmeinrichtung 14 für die Einstellung der Frequenzdifferenz zwischen den Strahlen zugeordnet, um im wesentlichen der Drehfrequenz eines bestimmten gasförmigen Bestandteils gleichzukommen. Eine Projektionseinrichtung 16 ist vorgesehen, um die Strahlen 15 und 17 durch das Gas in der Kammer 18 zu richten und Streustrahlung 2O zu erzeugen, die ein erfaßbares Signal 22 enthält, welches aus einer Anitstokeskomponente zusammengesetzt ist, die während der Streuung kohärent erzeugt wird. Eine Filtereinrichtung 23 ist geeignet ausgebildet, um die Streustrahlung von der Kammer 18 aufzunehmen. Die
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Filtereinrichtung trennt trennscharf das Signal 22 von der Streustrahlung und läßt das Signal 22 zu einer Detektoreinrichtung 24 durch, welche dessen Intensität anzeigt.
Wie genauer in Fig. 2 gezeigt ist, kann die Strahlungsquelle 12 einen allgemein bei 24 gezeigten Farblaser aufweisen, der geeignet ausgestaltet ist, um durch Energie von einer Blitzlampe 26 oder einem gepulsten Stickstofflaser, einem frequenzgedoppelten, gepulsten Rubinlaser oder dergleichen erregt zu werden. Ein solcher Farblaser 24 weist auf 1. eine einen Farbstoff enthaltende Zelle 28 und 2. einen Laserraum, der aus einem teilweise durchlässigen Ausgangsspiegel 30 und einem optischen Element 32 zur Erzeugung von Laserstrahlung besteht. Die Farbmaterialien, die zur Benutzung im Farblaser 2 4 geeignet sind, sind beliebige, herkömmlich verwendete Materialien, die nach der Erregung Licht emittieren, welches Frequenzen im Durchlässigkeitsbereich des zu analysierenden Gases haben. Typische Farbmaterialien weisen auf Rhodamin 6G, Kiton Jiot, Cresyl Violett, Nil Blau und dergleichen.
Die von dem Farbmaterial in der Farbzelle 28 emittierte Strahlung ist kontinuierlich über einen breiten Frequenzbereich abstimmbar. Eine Abstimmeinrichtung 14, welche dem Farbraum 24 zugeordnet ist, trennt die Strahlung in ein Paar kohärenter monochromatischer Strahlen 6j> , £nJL , die von der Strahlungsquelle 12 über den Ausgangsspiegel 3O durchgelassen werden. Die Erzeugung des erfaßbaren Signals 22 ist äußerst wirksam, wenn die von dem Farblaser 2 4 emittierte Strahlung eine Linienbreite und eine Frequenzstabilität hat, die etwa gleich oder.kleiner als die Linienbreite der Drehspektren des Gases sind, welches für die Erfassung bestimmt ist.
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Die Verwendung eines gepulsten Farblasers als Strahlungsquelle 12 zusammen mit einem getaktet gesteuerten elektronischen Erfassungs~ bzw. Nachweissystern gestattet die Bestimmung der Verunreinigungskonzentration und der Lage einer Gasprobe in einer Entfernung von der Vorrichtung 10. Beispielsweise kann man die Vorrichtung 10 versehen mit 1. einer Einrichtung zum Messen des Zeitintervalles, welches erforderlich ist, um einen Laserimpuls in die Probe zu schicken und ein Rückkehrsignal zu empfangen, welches von dem in der Probe gestreuten Licht hervorgerufen ist, und 2. einer Einrichtung zur Messung der Amplitude des Rückkehrsignals, wodurch der Abstand der Probe von der Vorrichtung 10 ebenso wie die Verunreinigungskonzentration derselben leicht erhalten werden kann. Ein gepulster Laser, der in der Lage ist, die Schmutzstoffkonzentration und die Lage in der vorstehend erwähnten Weise zu bestimmen, hat vorzugsweise eine Einrichtung zur Erzeugung der Strahlung mit einer Linienbreite und Frequenzstabilität etwa gleich der oder kleiner als die Linienbreite der Drehspektren des für den Nachweis anstehenden bzw. bestimmten Gases.
Die Abstimmeinrichtung kann eine sich verändernde Anzahl optischer Bestandteile aufweisen, die in einer Vielzahl von Kombinationen angeordnet sind. Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung 10 weist die Abstimmeinrichtung 14 eine Strahlspalteinrichtung 34 zum Trennen der Strahlung von der Farbzelle 28 in zwei Strahlen W und G)* und zwei Beugungsgitter 36 und 38 auf, die in Autokollimation angebracht sind. Die zwei Beugungsgitter 36 und 38 arbeiten in der Weise eines herkömmlichen Spiegels und beschränken zusäztlich den Frequenzbereich der Strahlen,
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damit im Raum 24 zwei kohärente monochromatische Strahlen mit engen Linienbreiten erzeugt werden. Ein den Strahl auseinanderziehendes Teleskop 29 kann erwünschtenfalls in Reihe zur Farbzelle 28 sowie zwischen dieser und der Strahlenspalteinrichtung 34 für die Vergrößerung der Strahlenbreite und die Verbesserung der Wirksamkeit der Gitter angeordnet sein. Die Abstimmeinrichtung 14 kann außerdem zwei Teile (Etalons) 40, 42 aufweisen, die mit der Strahlspalteinrichtung 3 4 sowie zwischen dieser und den Beugungsgittern 36 und 38 angeordnet sind, um weiterhin die Frequenz der Strahlen einzuschränken. Die Beugungsgitter 36 und 38 sind über v/ellenkodierte Schrittmotore 44 und 46 an einer Steuereinrichtung 48 angeschlossen, die in der Lage ist, die Drehgeschwindigkeit des Schrittmotors 44 bezüglich der des Schrittmotors 46 zu verändern. Die Strahlen u) und & werden durch Drehen der Beugungsgitter 36 und 38 dementsprechend derart abgestimmt, daß die Frequenzdifferenz zwischen diesen im wesentlichen der Drehfrequenz eines vorgewählten Bestandteils des gasförmiggen Materials gleichkommt.
Die Steuereinrichtung 48 wird vorzugsweise derart eingestellt, daß die Frequenzabtastrate des Beugungsgitters 36 doppelt so groß ist wie die des Beugungsgitters 38. Diese Einstellung der Steuereinrichtung 48 gestattet die Erzeugung eines erfaßbaren bzw. nachweisbaren Signals 22 mit einer im wesentlichen konstanten Frequenz. Ein Bandpaßfilter 56 mit einem einzigen engen Band kann somit verwendet werden, um eine unerwünschte Strahlung abzuweisen, die während der Streuung erzeugt ist, und trennscharf das nachweisbare Signal 22 durchzulassen.
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— Q —
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Ein zur Projektionseinrichtung gehörender Spiegel 50 ist dem Farblaser 2 4 zugeordnet. Die Projektionseinrichtung führt die zwei kohärenten monochromatischen Strahlen 15 und 17 in das Gas in der Probenkammer 52 in einer Richtung ein, die für im wesentlichen vertikal erachtet wird zur bequemeren Bezugnahme auf Richtungen, kann aber selbstverständlich in jeder anderen gewünschten Richtung liegen. Die Raman-Streustrahlung 20 aus dem Gas in der Probenkammer 52 wird über den Spiegel 54 zur Filtereinrichtung 23 durchgelassen.
Verschiedene bekannte Filtereinrichtungen können bei der Vorrichtung 10 verwendet werden. Vorzugsweise ist die Filtereinrichtung 23 ein enger Bandpaß-Interferenzfilter 56, der geeignet ausgebildet ist, um das Streulicht 20 von der Probe 52 aufzunehmen. Außerdem weist die Filtereinrichtung eine Linse 60 und eine Blende 58 auf, die zur Trennung des nachweisbaren Signals 22 von der Streustrahlung 20 zusammenwirkt. Letztere weist Strahlen und 17 sowie einen Antistokesstrahl auf, der kohärent bei der Streuung erzeugt wird. Das Interferenzfilter 56 ist so aufgebaut, daß es eine Strahlung in einem engen Frequenzbereich durchläßt, der mittig auf die Frequenz des Antistokessignals eingestellt ist.
Vor der Beschreibung, wie die Vorrichtung der Fig. 2 verwendet werden kann, um die Intensität des Signals 22 zu bestimmen, ist es nützlich, die der Erzeugung der kohärenten Antistokesdrehspektren zugrundeliegenden Prinzipien darzulegen.
Wenn zwei Lichtstrahlen bei U-, und Ui2 auf einem nicht linearen
Material ineinanderliegen, wird eine kohärente Emission bei
erzeugt,
2 UL - &Λ, /und zwar durch die nichtlineare Polarisation dritter
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( 3) Ordnung. Die nichtlineare Suszeptibilität dritter Ordnung χ , welche dieser Polarisation zugeordnet ist, ist für die Emission verantwortlich. \ ist aus zwei Grundteilen zusammengesetzt, X ι ein nicht in Resonanz befindlicher Teil, der eine Steigerung auf das konstante Hintergrundsignal gibt, und ein in Resonanz befindlicher Teil % r welcher in Resonanz befindliche Nenner aufweist, die eine große Steigerung bei 2 Uz1 - C--« zeigen.
wenn U, 1 - Uy —> Qj und wenn ^1 oder Q> sich einer elektronisehen Resonanz in dem Material nähern (ähnlich dem Raman-Resonanzeffekt) . An der Spitze der Raman-Resonanz vermindert sich
, welches normalerweise eine Summe aus reellen und komplexen Teilen ist, auf die komplexe Komponente, welche auf den differentiellen Raman-Querschnitt durch folgende Gleichung bezogen ist:
ff
worin C1 die normale Raman-Linienbreite (hwhm) und die
Jx
der gewöhnliche spontane Raman-Differentialquerschnitt ist. Da dSVUv ein Paktor von zwischen 1 und 10 größer und V ein Faktor
κ.
von zwischen 1 und 10 kleiner für die Drehlinien ist, ist diese
Suszeptibilität \" zwischen 1 und 1OO mal größer für Drehlinien gegenüber den Schwingungslinxen.
Die Umwandlungswirksamkeit zu den Antistokeslinien ist gegeben durch die Gleichungr
P(W.
T /2icoh2 ί—Α
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wo η die Brechzahl ist, N die Molekülzahldichte ist, lcoh die Kohärenzlänge oder der Abstand ist, über welchen kollineare Strahlen um 'ΪΓ-Winkel außer Phase gleiten, und A der Querschittstrahlbereich ist. Da die nichtlineare Suszeptibilität X in diesem Effektivitätsausdruck quadriert ist, ist ein 1 bis 10 000 mal größerer Nutzeffekt bzw. eine größere Effektivität für das Drehstreuen gegenüber der Schwingungsstreuung für die Schwingungslinien erhalten.
Das nachweisbare Signal 22 vom Interferenzfilter 56 wird in der Ebene der Blende 58 durch eine Linse 60 fokussiert. Die Linse 60 wird so eingestellt, daß das Zentrum des Signals 22 auf der Blende 62 in Stellung gelangt. Die Intensität des Teils des Signals 22, welcher durch die Blende 62 hindurchgeht, wird von einem Photovervielfacher 64 erfaßt. Der Ausgang der Filtereinrichtung 23, welcher das Signal 22 darstellt, wird von einer Anzeige- und Aufzeichnungseinrichtung 66 dargestellt, die ein Oszilliskop und einen Kartenschreiber aufweisen kann.
Die Vorrichtung 10, die hier beschrieben worden ist, kann selbstverständlich ohne Verlassen des Erfindungsgedankens auf zahlreiche Weise modifiziert werden. Beispielsweise kann die Filtereinrichtung 23 die Kombination einer festen Einheit (Etalon) aufweisen, die durch Steuerung ihrer Temperatur abgestimmt ist, und kann ein schmales Bandpaß-Interferenzfilter aufweisen, dessen Bandpaß bei der Frequenz des Antistokessignals 22 zentriert bzw. mittig eingestellt ist. Eine Art von zweckmäßiger, fester Einheit (Etalon) besteht aus optisch transparentem Material, wie z.B. geschmolzenes Siliciumoxid, dessen gegenüberliegende Oberflächen poliert, eben, parallel und mit Silber, einem dielektri-
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sehen Material oder dergleichen für ein hohes Reflexionsvermögen in einem vorgewählten Frequenzbereich beschichtet sind. Die Dicke der in der Filtereinrichtung 23 verwendeten Einheit kann derart ausgewählt werden, daß der Spektralbereich der Einheit gleich oder größer als die volle Breite von Halbdurchlässigkeitsstellen des Schmalbandpaß-Interferenzfilters ist. Die Feinabstimmung der in der Filtereinrichtung verwendeten festen Einheit (Etalon) wird durch die Schaffung einer Temperatursteuereinrichtung und folglich der optischen Weglänge derselben beeinflußt, damit die Durchlässigkeitsspitze für eine Ordnung an der Frequenz der Antistokeskomponente des Signals 22 einzentriert gelassen wird. Eine solche feste Einheit hat vorzugsweise eine derart ausgewählte Feinheit, daß die volle Breite an ihren HaIbdurchlässigkeitsstellen im wesentlichen gleich der Spektralbreite des Antistokessignals 22 ist. Die Abstimmeinrichtung kann aus einem einzigen Beugungsgitter bestehen, welches geeignet ausgestaltet ist, um erste und zweite Strahlen W, und CuU monochromatischer Strahlung zu erzeugen, wobei der zweite Strahl Q von der zweiten Ordnung des Gitters abgeleitet ist und seine Frequenz beim Zweifachen der Rate oder Geschwindigkeit des ersten Strahls abgestimmt hat. Ein akustisch-optischer Modulator kann in Reihe mit dem Teleskop 29 und zwischen diesem und dem Beugungsgitter 38 angeordnet sein, um die elektronische Erzeugung der Strahlen QJ. und W, zu bewirken.
Eine allgemein bei 68 gezeigt Kalibriereinrichtung weist eine Strahlspalteinrichtung 70, eine Bezugsgaszelle 72 auf, und die Nachweis- und Aufzeichnungseinrichtung 74 kann erwünschtenfalls der Vorrichtung 10 zugeordnet sein, um Antistokesbezugssignal
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vorzusehen, welches von einem Bezugsgas der zu analysierenden Art abgeleitet ist. Die Strahlspalteinrichtung 70 ist geeignet
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ausgestaltet, um ein Teil der Strahlen 15, 17 durch das Bezugsgas zu richten, welches in der Zelle 7 2 enthalten ist. Die Streustrahlung, welche in der Bezugsgaszelle 72 erzeugt ist, wird durch die Nachweis- bzw. Detektoreinrichtung 74 verarbeitet, die in der gleichen Weise aufgebaut und betrieben sein kann wie die Nachweiseinrichtung 24. Der Ausgang der Nachweisexnrichtung 74 stellt die Größe des Bezugs-Antistokessignals 76 für eine bekannte Konzentration des Bezugsgases dar. Ein solches Ausgangssignal kann mit dem Ausgangssignal der Nachweisexnrichtung 24 verglichen werden, um die Konzentration des Gases in der Probenkammer 52 zu bestimmen. Die gesteigerte Empfindlichkeit der Vorrichtung 10 macht sie besonders geeignet für den Nachweis gasförmiger Bestandteile, die in dem unteren Millionstelbereich zugegen sind, und zwar an entfernten Stellen. Folglich muß das Gas nicht in der Probenkammer angeordnet sein, sondern kann sich stattdessen an von der Vorrichtung 10 entfernten Stellen befinden, z.B. in einer Größenordnung bis zu 32,19 km (20 Meilen) im Abstand von dieser. Andere ähnliche Modifikationen können im Rahmen der Erfindung vorgenommen werden. Es ist demgemäß beabsichtigt, daß alle in der obigen Beschreibung erwähnten Dinge, die auch in den Zeichnungen interpretiert sind, im darstellenden und nicht im begrenzenden Sinne verstanden werden.
Im Betrieb der bevorzugten Vorrichtung erzeugt die Strahlungsquelle 12 zwei monochromatische kohärente Strahlen 15 und 17. Die Frequenzdifferenz zwischen den Strahlen 15 und 17 wird durch die Abstimmeinrichtung 14 so eingestellt, daß sie im wesentli-
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chen der Drehfrequenz eines vorgewählten Bestandteiles eines gasförmigen Materials gleichkommt. Die Projektionseinrichtung richtet die Strahlen 15 und 17 durch das Gas, um eine Streustrahlung 20 zu erzeugen, die ein nachweisbares Signal 22 enthält, welches sich aus einer Antistokeskomponente zusammensetzt, die während der Streuung kohärent erzeugt ist. Eine Filtereinrichtung 23 nimmt die Streustrahlung 20 auf und trennt das Signal 22 trennscharf von diesem ab. Das sich aus der Filtereinrichtung 23 ergebende Signal 22 wird von der Anzeige- und Aufzeichnungseinrichtung 66 dargestellt.
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Claims (9)

Patentansprüche
1. Verfahren zur spektroskopischen Gasanalyse, dadurch gekennzeichnet, daß zwei kohärente monochromatische Strahlen erzeugt werden, die Frequenzdifferenz zwischen den Strahlen so eingestellt wird, daß sie'im wesentlichen der Drehfrequenz eines vorgewählten Bestandteils des Gases gleichkommt, daß die Strahlen durch das Gas gerichtet werden, eine Streustrahlung erzeugt wird, die ein nachweisbares Signal aufweist, welches eine Antistokeskomponente enthält, die während der Streuung kohärent erzeugt ist, daß die gestreute Strahlung zum trennscharfen Durchlassen des erfaßbaren Signals gefiltert wird und daß die Intensität des Signals angezeigt wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strahlungsquelle (12) zur Erzeugung zweier kohärenter Strahlen (15, 17) monochromatischen Lichtes vorgesehen ist, eine Abstimmeinrichtung (14) zum Einstellen der Frequenzdifferenz zwischen den Strahlen (15, 17) derart vorgesehen ist, daß die Frequenzdifferenz im wesentlichen der Drehfrequenz eines vorgewählten Bestandteiles gasförmigen Materials gleichkommt, eine Projektionseinrichtung (16) die Lichtstrahlen (15, 17) durch das Gas derart richtet, daß Streustrahlung erzeugt wird, die ein erfaßbares Signal aufweist, welches aus einer Antistokeskomponente besteht, die kohärent während der Streuung erzeugt ist, daß eine Filtereinrichtung (23) geeignet zur Aufnahme des Streulichtes und zum trennscharfen Durchlassen des Signals (22) ausgebildet ist und daß eine Nachweiseinrichtung (24) zur Anzeige der Intensität des Signals (22) vorgesehen ist.
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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (12) einen Farblaser (24) mit einer Farbzelle (28) mit einem Farbmaterial aufweist, eine Einrichtung (26) zur Erregung des Farbstoffes (28) und ein Laserraum (24) vorgesehen sind, der aus einem optischen Element (32) und einem teildurchlässigen Ausgangsspiegel (30) zur Erzeugung und Durchlässigkeit einer Laserstrahlung besteht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmeinrichtung (14) eine Strahlspalteinrichtung (34) zum Trennen der Strahlung in zwei Strahlen (15, 17,U).., W-) unc^ zwei in Autokollimation angebrachte Beugungsgitter (36, 38) aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmeinrichtung (14) zwei Einheiten (Etalons; 40, 42) aufweist, die in Reihe mit der Strahlspalteinrichtung (34) sowie zwischen dieser und den Beugungsgittern (36, 38) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beugungsgitter (36, 38) über schaft- bzw. wellenkodierte Schrittmotore (44, 46) mit einer Steuereinrichtung (48) zur Veränderung der Drehgeschwindigkeit eines der Schrittmotore (44, 46) bezüglich der Drehgeschwindigkeit des anderen der Schrittmotore verbunden s ind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (48) derart einstellbar ist, daß ein Beugungsgitter (36 bzw. 38) eine Frequenzabtastrate hat, die das Zweifache der des anderen Beugungsgitters ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmeinrichtung (14) einen akustisch-optischen Modulator auf-
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2 6 O ß 110
weist, der in Reihe mit der Farbzelle (28) sowie zwischen dieser und einem Beugungsgitter (3 8) für die elektronische Erzeugung der Strahlen (15, 17, Gj , 6J9) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (12) einer zeitlich gesteuerten elektronischen Nachweisanlage zugeordnet ist, welche 1. eine Einrichtung (36, 38, 44, 46) für die Messung des Zeitintervalles, welches erforderlich ist, um einen Impuls vom Laser (24) in eine Gasprobe (52) zu schicken und ein Rückkehrsignal zu empfangen, welches durch darin erfolgte Streustrahlung hervorgerufen ist, und 2. eine Einrichtung (64) zur Messung der Amplitude des Rückkehrsignals aufweist.
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