DE3736673A1 - Infrarot-analysengeraet - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Infrarot-Analysengerät zum
Bestimmen der Konzentration eines Gases mit einer
breitbandigen Strahlungsquelle, die über eine Meß
strecke und mindestens ein Interferenzfilter einen
Detektor beaufschlagt, und mit einer an den Detektor
ausgang angeschlossenen Steuer- und Auswerteschaltung.
Derartige Meßgeräte sind beispielsweise aus der Zeit
schrift "messen + prüfen/automatik", Mai 1983, Seite
264 ff bekannt. Geräte zur Gasanalyse durch Strahlungs
absorptionsmessung sind auch in der DE-PS 11 59 184,
der DE-OS 29 39 735, der DE-OS 26 55 062, der DE-OS
26 25 431 und der DE-OS 23 50 004 beschrieben. Zur
Auswahl verschiedener Wellenlängenbereiche werden
entweder verschiedene Interferenzfilter, die auf einem
Filterrad angeordnet sind, oder verhältnismäßig teure
Verlaufsfilter herangezogen. Bei den bekannten Geräten
handelt es sich um relativ aufwendige Geräte und zwar
insbesondere dann, wenn der zu erfassende Konzentra
tionsbereich über drei Größenordnungen hinausgeht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Analysen
gerät der eingangs genannten Art zu schaffen, das sich
durch einen einfachen Aufbau sowie dadurch auszeichnet,
daß es Konzentrationsunterschiede von mindestens vier
Größenordnungen erfaßt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
der Steuer- und Auswerteschaltung ein Strahlunterbre
cher sowohl zum wechselseitigen Durchlaß von zwei unter
verschiedenen Winkeln durch ein Interferenzfilter
gelangenden Strahlenbündeln als auch zum wechselseiti
gen Abblocken beider Strahlenbündel zugeordnet ist und
die Einfallsrichtungen der beiden Strahlen so gewählt
sind, daß den unterschiedlichen Einfallsrichtungen
benachbarte Wellenlängen mit stark unterschiedlichen
Absorptionen für das untersuchte Gas zugeordnet sind.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen gekennzeichnet.
Dadurch, daß für die zu erfassenden Konzentrationen
zwei Meßwellenlängenbereiche zur Verfügung stehen, die
bei schwachen Gaskonzentrationen einer stärkeren
Absorptionsbande und bei hohen Gaskonzentrationen einer
schwächeren Absorptionsbande zugeordnet sind, erfolgt
eine Meßbereichserfassung und Meßbereichszuordnung und
damit eine jeweils optimale Signalverarbeitung. Es ist
somit ein großer Dynamikbereich ohne die Gefahr eines
zu großen Rauschanteils in dem Detektorsignal möglich.
Die Absorption des jeweils zu untersuchenden Gases
erfolgt in benachbarten Wellenlängenbereichen stark
unterschiedlicher Absorption mit ein und derselben
Detektoranordnung. Durch die Veränderung der Einfalls
richtung der Strahlung auf das Interferenzfilter wird
die Wellenlängenänderung bewirkt, die innerhalb der
Absorptionsbanden des betreffenden Gases bzw. der Gase
derart ausgesucht wird, daß sich die Absorption der
Strahlung in beiden Fällen sehr stark unterscheidet und
dadurch ein besonders großer Dynamikbereich des Meß
gerätes entsteht.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind zwei
Konkavspiegel, auf die das Licht der breitbandigen
Lichtquelle trifft, räumlich gegeneinander versetzt, so
daß die von ihnen reflektierte Strahlung nach dem
Durchqueren des Meßraums unter unterschiedlichen Win
keln auf das Interferenzfilter vor dem Detektor auf
trifft. Ein Ausblenden des Lichtes von den beiden
Spiegeln erfolgt durch einen Strahlunterbrecher, der
wechselseitig jeweils das Licht von nur einem der
beiden Konkavspiegel durch das Interferenzfilter auf
den Detektor gelangen läßt oder in einer Zwischen
stellung das von beiden Spiegeln reflektierte Licht vom
Detektor fernhält und so eine genauere Untergrundbe
stimmung zuläßt.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand der Zeichnung näher erläutert, deren einzige
Figur ein Analysengerät mit zwei Konkavspiegeln zeigt.
Das Analysengerät zum qualitativen und quantitativen
Nachweis von Gasen über einen großen Dynamikbereich
verfügt über eine breitbandige Strahlungsquelle 1,
beispielsweise eine Glühlampe oder sonstige thermische
Strahlungsquelle.
Das von der Strahlungsquelle 1 ausgesandte infrarote
Lichtbündel 11 durchquert einen Meßraum 12, in dem sich
das zu analysierende und auf seine Konzentration zu
überwachende Gas befindet. Das Lichtbündel 11 wird mit
Hilfe zweier sphärischer Spiegel 13, 18 die das der
Strahlungsquelle 1 gegenüberliegende Ende des Meßraums
12 bilden, zurückreflektiert und als fokussierte Licht
bündel 14 und 19 unter verschiedenen Winkeln auf einen
Detektor 15 konzentriert.
Unmittelbar vor dem Detektor 15 befindet sich im Weg
der fokussierten Lichtstrahlenbündel 14 und 19 ein
Interferenzfilter 16, das beispielsweise rechtwinklig
zum Strahlenbündel 14 des ersten Spiegels 13 angeordnet
ist, während das Lichtbündel 19 des zweiten Spiegels 18
mit einem dazu unterschiedlichen Winkel durch das
Interferenzfilter 16 gelangt. Wegen der Abhängigkeit
der Transmissionswellenlänge des Interferenzfilters 16
vom Einfallswinkel der Strahlung werden zwei unter
schiedliche Wellenlängenbereiche aus dem von der Licht
quelle 1 emittierten Kontinuum selektiert. Diese beiden
Wellenlängenbereiche sind aufgrund der gegenseitigen
geometrischen Anordnung der optischen Komponenten
derart eingestellt, daß einer im Bereich einer beson
ders starken Absorptionsbande liegt und somit niedri
gere Gaskonzentrationen erfaßt, während der andere im
Bereich einer schwächeren Absorptionsbande vorgesehen
ist und folglich zur Bestimmung höherer Gaskonzentra
tionen dient.
Die Trennung der beiden Signale erfolgt mit Hilfe eines
Strahlunterbrechers 5, der bei dem in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiel als Schwingschirm
ausgestaltet ist. Der Strahlunterbrecher 5, dessen
Abschirmfläche in der in der Zeichnung eingezeichneten
Richtung des Doppelpfeils 20 am festgelegten Ort min
destens die Ausdehnung des dort vorhandenen Quer
schnitts der beiden Strahlenbündel 14, 19 einschließ
lich des Zwischenraums 21 zwischen den Strahlenbündeln
14, 19 hat, wird beispielsweise nach dem Stimmgabel
prinzip elektromechanisch derart hin- und herbewegt,
daß jeweils das Licht von einem oder keinem der beiden
Spiegel 13, 18 auf den Detektor 15 gelangt.
Das vom Detektor 15 umgesetzte Signal wird mit einem
Vorverstärker 24 verstärkt und gesteuert von zwei
Lichtschranken 3 und 4, über zwei Torschaltungen 22, 23
im Gegentakt zwei Lock-in-Verstärkern 25 und 26 zuge
führt, die ihrerseits von einer Steuerschaltung 9 des
Strahlunterbrechers 5 angesteuert werden (Referenzsig
nal).
Auf diese Weise werden die elektrisch umgesetzten und
verstärkten Signale von den beiden Spiegeln 13, 18
getrennt, wobei während der gleichzeitigen Strahlunter
brechung von beiden Spiegeln 13, 18 die jeweiligen
Untergrundsignale gewonnen werden. Die getrennten
Signale werden einer Auswerteschaltung 27 zugeführt,
die die gemessenen Konzentrationen bestimmt und über
eine Anzeigeeinheit 29 anzeigt.
Claims (7)
1. Infrarot-Analysengerät zum Bestimmen der Konzen
tration eines Gases mit einer breitbandigen Strah
lungsquelle, die über eine Meßstrecke und min
destens ein Interferenzfilter einen Detektor
beaufschlagt, und mit einer an den Detektorausgang
angeschlossenen Steuer- und Auswerteschaltung,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Steuer- und Auswerteschaltung (27) ein Strahlun
terbrecher (5) sowohl zum wechselseitigen Durchlaß
von zwei unter verschiedenen Winkeln durch ein
Interferenzfilter (16) gelangenden Strahlenbündeln
(14, 19) als auch zum zeitweisen Abblocken beider
Strahlenbündel zugeordnet ist und die Einfalls
richtungen der beiden Strahlenbündel (14, 19) so
gewählt sind, daß den unterschiedlichen Einfalls
richtungen benachbarte Wellenlängen mit stark
unterschiedlichen Absorptionen für das jeweils
untersuchte Gas zugeordnet sind.
2. Analysengerät nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß eine Umschaltung zwischen
zwei Wellenlängen zur Meßbereichsumschaltung
erfolgt.
3. Analysengerät nach Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß zwei Meßstrecken mit
unterschiedlichen Einfallsrichtungen vorgesehen
sind, zwischen denen eine Umschaltung erfolgt.
4. Analysengerät nach Anspruch 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß zwei im Abstand voneinan
der angeordnete wahlweise ausblendbare Spiegel
(13, 18) vorgesehen sind.
5. Analysengerät nach Anspruch 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß eine Strahlungsquelle (1)
vorgesehen ist, deren Strahlungsrichtung bezüglich
des Interferenzfilters (16) umschaltbar ist.
6. Analysengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß einer
Strahlungsquelle (1) zwei Spiegel (13, 18) zuge
ordnet sind.
7. Analysengerät nach Anspruch 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Spiegel feststehende
sphärische Konkavspiegel (13, 18) sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE3736673A1 true DE3736673A1 (de) | 1989-05-11 |
DE3736673C2 DE3736673C2 (de) | 1989-11-23 |
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ID=6339355
Family Applications (1)
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Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3736673A1 (de) |
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Also Published As
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---|---|
DE3736673C2 (de) | 1989-11-23 |
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