DE4331847A1 - Absorptionsmeßvorrichtung zur Analyse eines mehrere Komponenten enthaltenden Gases - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Absorptionsmeßvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. In erster Linie, aber keines­ wegs ausschließlich, ist dabei an die Analyse der Abgase von Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen hinsichtlich ihrer giftigen Bestandteile, wie Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Stick­ oxide, gedacht.

Die aus der EP 0 238 871 B1, G01N 21/31, bekannte gattungsgemäße Absorptionsmeßvorrichtung besitzt den grundlegenden Vorteil, daß die Erfassung mehrerer Gaskomponenten im wesentlichen gleichzei­ tig erfolgen kann. Dies bedeutet nicht nur einen sehr geringen Zeitaufwand bei der Messung, sondern gestattet auch, die in dem Gas enthaltenen, zu erfassenden Gaskomponenten zu demselben Zeitpunkt zu messen. Dies wird bei dem betrachteten Stand der Technik dadurch erreicht, daß das zu analysierende Gas parallel in eine Vielzahl von Meßküvetten geleitet wird, deren Anzahl durch die Anzahl der zu erfassenden Gaskomponenten vorgegeben ist, und daß zwar allen Meßküvetten über eine Faseroptik die von einer einzigen strahlquelle erzeugte Strahlung zugeführt wird, daß aber jeder Küvette die Reihenschaltung eines auf die je­ weilige Gaskomponente abgestimmten Strahlungsfilters und eines Empfängers nachgeschaltet ist. Abgesehen davon, daß eine exakte wellenlängenmäßige Abstimmung der Strahlungsfilter schwierig ist, muß auch die Parallelanordnung einer Vielzahl von Meß­ küvetten und demgemäß die Notwendigkeit der Aufteilung sowohl der zu analysierenden Gasströmung als auch der Strahlung auf die einzelnen Meßküvetten als nachteilig angesehen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Absorptionsmeßvorrichtung so auszubilden, daß insbesondere der Aufwand an Meßküvetten oder Meßzellen sowie an Strahlungsfiltern erheblich verringert ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbil­ dungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Die Erfindung verwendet also bewußt mehrere Laserimpulslicht­ quellen, von denen jede wellenlängenmäßig auf eine der zu er­ fassenden Gaskomponenten abgestellt ist. Dies ermöglicht den Einsatz einer einzigen Gasmeßzelle, vorteilhafterweise einer Herriot-Meßzelle, und eines einzigen Strahlungsdetektors, wobei die "Zuordnung" des Strahlungsdetektors zu den einzelnen Gaskom­ ponenten durch Zeitmultiplexbetrieb der Laserimpulslichtquellen gewonnen wird. Da die von den einzelnen Laserimpulslichtquellen emittierten Impulse eine Dauer in der Größenordnung einer Milli­ sekunde besitzen, arbeitet die erfindungsgemäße Vorrichtung trotz des Zeitmultiplexbetriebs sehr schnell.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert.

Den Kern der Vorrichtung bildet die Herriot-Gasmeßzelle 1, die bekanntlich an den Enden einer zylindrischen Wand 2 sphärische Spiegel 3 und 4 aufweist und den Vorteil langer Meßstrecken bei kleinem Volumen bietet. Die über Lichtwellenleiter 5 in einer Anzahl, die höchstens der Anzahl der zu erfassenden Gaskomponen­ ten entspricht, in die Zelle 1 eingekoppelten, von jeweils einer Laserimpulslichtquelle erzeugten impulsförmigen Strahlungen werden, wie durch unterbrochene Linien angedeutet, an den Spiegeln 3 und 4 mehrfach reflektiert, ehe sie durch den Austrittsspalt 6 und eine bündelnde Linse 7 in den Lichtwellen­ leiter 8 gelangen, der den Anschluß des Strahlungsdetektors 9 bildet. Bei 10 sind Laserspots, d. h. Auftreffpunkte der Laser­ strahlungen, angedeutet.

In diesem Ausführungsbeispiel ist im Spiegel 3 der im wesent­ lichen radial verlaufende Eintrittsspalt 11 vorgesehen, in den die Eintritts-Lichtwellenleiter 5 radial nebeneinanderliegend münden. Verständlicherweise wäre es auch möglich, anstelle eines gemeinsamen Eintrittsspalts 11 individuelle Eintrittsöffnungen vorzusehen.

Die Herriot-Meßzelle 1 besitzt also den Vorteil, daß trotz ge­ ringer Baulänge infolge Mehrfachumlenkung der Strahlungen eine hohe Empfindlichkeit erzielt wird.

Die Laserimpulslichtquellen arbeiten, wie gesagt, im Zeitmulti­ plexbetrieb, so daß in den Impulspausen jeder Laserimpulslicht­ quelle die Impulse der anderen Laserimpulslichtquellen liegen.

Wie auch aus der Beschreibung des Ausführungsbeispiels ersicht­ lich, ermöglicht die erfindungsgemäße Absorptionsmeßvorrichtung mit sehr geringem Aufwand eine praktisch gleichzeitige meßtech­ nische Erfassung mehrere Gaskomponenten.

Claims (4)

1. Absorptionsmeßvorrichtung zur Analyse eines mehrere Komponen­ ten enthaltenden Gases mit praktisch gleichzeitiger mengen­ mäßiger Erfassung mehrerer Gaskomponenten, dadurch gekenn­ zeichnet, daß einer einzigen, das zu analysierende Gas ent­ haltenden Meßzelle (1) strahlungseintrittsseitig mehrere, auf jeweils eine der Gaskomponenten wellenlängenmäßig abgestimm­ te, im Zeitmultiplexbetrieb arbeitende Laserimpulslichtquel­ len zugeordnet sind, während an die Meßzelle (1) strahlungs­ austrittsseitig ein allen Gaskomponenten gemeinsamer Strah­ lungsdetektor (9) angeschlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anschluß der Laserimpulslichtquellen und/oder des Strahlungs­ detektors (9) Lichtwellenleiter (5, 8) vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Verwendung einer Herriot-Meßzelle (1).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzelle (1) zumindest eine Strahlungseintrittsöffnung (11) zum etwa radial aufeinanderfolgenden Anschluß der Laserim­ pulslichtquellen besitzt.