DE4446723C2 - Vorrichtung und Verfahren zur Messung der Konzentration eines Gases - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung der Konzentration eines zu detektierenden Gases in ei­ nem Gasgemisch gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 9.

Aus der DE 35 10 052 A1 ist ein Prozeßphotometer und ein transmissionsspektroskopisches Verfahren zur kontinuierlichen Messung von Konzentrationen bekannt. In der US-PS 49 43 161 wird eine Vorrichtung und ein photoakustisches Verfahren zur Messung der Konzentration von Kohlenwasserstoffen in Wasser be­ schrieben. Als nächstkommender Stand der Technik ist die fol­ gende Druckschrift anzusehen: US-Z: Feh´r, M., et al., Optoa­ coustic trace-gas monitoring with near-infrared diode lasers, in: Applied Optics, Vol. 33, No. 9, 20 March 1994, S. 1655-1658.

Aus dieser Druckschrift ist eine Vorrichtung zur Messung der Konzentration von Ammoniak bekannt, welche eine an ihren entgegengesetzten Enden mit jeweils einem Fenster versehene Meßzelle mit einem eine gasförmige Probe aufnehmenden Hohl­ raum, sowie ein Mikrofon, eine auf einem Peltierelement mon­ tierte, temperaturgeregelte, bei annähernd Raumtemperatur be­ triebene und mit einem modulierten Betriebsstrom versorgte Laserdiode und einen Lock-In-Verstärker zur Verarbeitung des Mikrofonsignals aufweist.

Zur Berechnung der Konzentration von Ammoniak (Konz) aus dem photoakustischen Signal (PA-Signal) setzen F´her et al. einen Näherungswert für die Laserleistung (P_Laser) ein:

Konz = PA-Signal/(Konstante·P_Laser).

Ein durchaus übliches Verfahren ist es z. B., anzunehmen, daß die Emission der Laserdiode für kleine Konzentrationen des zu detektierenden Gases gleich der Transmission der Laserstrah­ lung hinter der Meßzelle ist, und für P_Laser diesen Wert ein­ zusetzen. So wird vermutlich auch bei Feh´r et al. vorgegan­ gen, denn die Transmission wird mit einer Photodiode detek­ tiert. Genau genommen ist diese Methode aber nur dann zuläs­ sig, wenn sich keine Anteile des zu detektierenden Gases in der Meßzelle befinden. Bereits kleinste Spuren des Gases be­ wirken aber eine Absorption der Laserstrahlung, und die Transmission ist deutlich kleiner als die Emission der Laser­ diode. Die Berechnung der Konzentration durch Normierung des photoakustischen Signals bzgl. der Transmission hat also zur Folge, daß die berechnete Konzentration größer ist als die reale Konzentration. Dieser Fehler wird mit wachsender Kon­ zentration größer. Der Gasdetektor arbeitet somit sehr unzu­ verlässig (für kleinere Konzentrationen genauer als für grö­ ßere).

Eventuell wird zur Berechnung der Konzentration aber auch ein konstanter Wert für die Laserleistung eingesetzt und davon ausgegangen, daß sich diese über die Zeit nicht ändert. Dies ist aber nicht der Fall. Eine Laserdiode unterliegt im­ mer Alterungseffekten bzgl. ihrer Leistung. Auch bedingen die Regelung der Betriebstemperatur und des Betriebsstroms sowie die spontane Emission des Lasers ständig leichte Fluktuatio­ nen der Leistung. Sollte ein konstanter Wert zur Berechnung der Konzentration herangezogen werden, ist also nicht mehr zu unterscheiden, ob eine Veränderung des Signals auf eine ver­ änderte Konzentration des zu detektierenden Gases oder eine veränderte Laserleistung zurückzuführen ist. Alle Schwankun­ gen der Laserleistung gehen also direkt auf Kosten der Nach­ weisempfindlichkeit des photoakustischen Gasdetektors.

Die ermittelte Konzentration des zu detektierenden Gases ist also - unabhängig davon welcher Näherungswert für die La­ serleistung eingesetzt wurde - mit einem erheblichen Fehler behaftet.

Außerdem werden die Ammoniak-Signale von kohärenten Störsignalen überlagert. Die hauptsächlichen Störungen bilden dabei photoakustische Signale, die durch Absorptionen der La­ serstrahlung in den Meßzellenfenstern erzeugt werden. Diese kohärenten Fenstersignale verschlechtern die Nachweisemp­ findlichkeit des Detektors.

Die gläserne Meßzelle gemäß Feh´r et al. besteht aus zwei großen zylinderförmigen Hohlräumen die durch ein dünnes Röhrchen axial miteinander verbunden sind. Die großen Zylin­ der dienen als akustische Filter und sollen die Fenstersigna­ le dämpfen. Dieses komplizierte 3-Kammersystem ist unhandlich und aufgrund seiner Geometrie und seines Materials sehr zer­ brechlich. Weiterhin muß die Führung der Laserstrahlung durch das dünne Röhrchen sehr präzise erfolgen und es besteht eine große Gefahr, den Aufbau durch Erschütterungen zu dejustie­ ren. Der gesamte Gasdetektor wird durch diese Meßzelle un­ handlich und instabil.

Die neuen unabhängigen Ansprüche 1 und 9 lösen in bezug auf den nächstkommenden Stand der Technik die Aufgabe, mit einem handlicheren und robusteren Aufbau Gase mit höherer Nachweisempfindlichkeit und Zuverlässigkeit zu detektieren.

Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung und das Ver­ fahren zur Messung der Konzentration eines zu detektierenden Gases in einem Gasgemisch gemäß den Merkmalen der Patentan­ sprüche 1 und 9 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 und 9 erfolgt eine Detektion der Emis­ sionsleistung der Laserdiode. Dadurch ist es nicht mehr er­ forderlich, bei der Berechnung der Konzentration des zu de­ tektierenden Gases einen Näherungswert für die Laserleistung einzusetzen. Fehler, die aus der Vernachlässigung der Absorp­ tion und dem Gleichsetzen der Emission mit einer hinter der Meßzelle detektierten Transmission resultieren, werden so vermieden. Effekte - wie die Alterung der Laserdiode oder Schwankungen der Laserleistung -, die unter der Annahme einer konstanten Laseremission eine geringe Nachweisempfindlichkeit des Gasdetektors zur Folge hätten, werden erfaßt, und deren Einfluß auf die ermittelte Konzentration wird eliminiert. Durch diese Maßnahme erhält man erfindungsgemäß einen emp­ findlicheren und zuverlässigeren Gasdetektor.

Zudem erfolgt die Detektion der Emissionsleistung der Laserdiode gemäß Anspruch 1 und 9 mit einer in das Laserdi­ odengehäuse integrierten Photodiode. Die Verwendung einer sol­ chen Monitordiode zur Detektion der Emissionsleistung stellt durch die Nutzung der rückwärtigen Laserstrahlung ein sehr platzsparendes Verfahren zur Leistungsdetektion dar, das gleichzeitig einen besonders stabilen Aufbau erlaubt ohne die nach vorn emittierte Laserleistung abzuschwächen. Diese Maß­ nahme ermöglicht einen besonders handlichen und robusten Gas­ detektor.

Gemäß Anspruch 1 und 9 erfolgt der Einsatz einer Einzel- Frequenz-Laserdiode, die auch unter Modulation des Be­ triebsstroms nur eine einzelne longitudinale Mode emittiert. Nachdem Abstimmen dieser Mode auf eine Absorptionslinie des zu detektierenden Gases sind zufällige Koinzidenzen anderer Moden mit Absorptionslinien anderer Gase des Gemisches ausge­ schlossen. Diese Eigenschaft ermöglicht erfindungsgemäß eine zuverlässige Wellenlängenmodulation.

Gemäß Anspruch 9 erfolgt die Modulation des Be­ triebsstroms der Laserdiode derart, daß durch die damit ein­ hergehende Verstimmung der Emissionswellenlänge die Absorpti­ onslinie des zu detektierenden Gases überstrichen wird. Da die Linienbreite einer druckverbreiterten Absorptionslinie ca. 0,03 nm beträgt, liegt damit auch die Verstimmung der Emissionswellenlänge in dieser Größenordnung. Festkörper - wie die Meßzellenfenster - haben aber sehr breite Absorptionsban­ den (ca. 100 nm). Die Änderung des Absorptionswirkungsquer­ schnitts des Fenstermaterials innerhalb der Modulationsampli­ tude der Laserdiode ist daher vernachlässigbar. Da eine deut­ liche Änderung der Absorption aber gerade Voraussetzung für die Generation eines photoakustischen Signals ist, werden keine Fenstersignale erzeugt. Die Eliminierung dieser Störun­ gen erlaubt erfindungsgemäß einen empfindlicheren Nachweis.

Weiterhin bedarf es, da Signale der Fenster gar nicht erst entstehen, auch keiner Dämpfung. Der Einsatz von akusti­ schen Filtern zur Minimierung der Fenstersignale ist damit gemäß dieser Erfindung nicht mehr erforderlich. Diese Tatsa­ che erlaubt anstatt des komplizierten 3-Kammersystems den Einsatz einer einfachen zylindrischen Meßzelle gemäß Anspruch 1. Der Wegfall der großen Filterzylinder ermöglicht einen viel handlicheren Aufbau. Durch die Wahl eines moderaten Zy­ linderdurchmessers ist auch eine relativ unkritische Führung der Laserstrahlung durch die Meßzelle möglich, was einen ro­ busteren Aufbau zur Folge hat.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Meßzelle mit einer resonanten Geometrie vor. Diese ermöglicht eine Überhöhung des photoakustischen Signals am Ort des Mikro­ phons sowie die Unterdrückung äußerer akustischer Störungen und gestattet damit einen sehr empfindlichen Nachweis.

Vorteilhaft läßt sich durch die Verwendung einer Glasfa­ ser eine sehr stabile und gegen mechanische Erschütterungen weitgehend unempfindliche Meßvorrichtung realisieren. Besonders günstig erfolgt die Einkopplung der Laserstrahlung in die Glas­ faser in Form eines sogenannten Pigtails, so daß die Verbindung zwischen der Laserdiode, der einkoppelnden Kollimationsoptik und der Glasfaser fest verschweißt ist. Zur Erzeugung eines pa­ rallelen Strahls kann ein sogenannter Faserkollimator fest auf dem Ende der Glasfaser befestigt werden. Eine Dejustage ist da­ mit fast unmöglich. Außerdem erlaubt die Verwendung einer Glas­ faser die räumliche Trennung der Meßzelle und der auf einer konstanten Temperatur zu haltenden Laserdiode.

Eine andere, für die Zuverlässigkeit von laserdioden­ spektroskopischen Meßgeräten vorteilhafte Ausgestaltung der Er­ findung sieht den Einsatz einer Referenzzelle vor, die mit dem zu detektierenden Gas in bekannter Konzentration gefüllt ist. Diese kann zum einen zur Stabilisierung der Emissionswellenlän­ ge der Laserdiode auf die Linienmitte der Absorptionslinie des zu detektierenden Gases durch stetige Regelung des Referenz­ signals auf das Maximum und zum anderen zur Selbstkalibrierung der Vorrichtung dienen, indem die Konzentration des zu detek­ tierenden Gases in der unbekannten Probe durch Vergleich der Signale von Meß- und Referenzzelle errechnet wird. Dadurch er­ reicht man eine Eliminierung von Alterungseffekten der Laser­ diode z. B. bzgl. Emissionsleistung oder Emissionswellenlänge. Für eine resonante Anregung ist es erforderlich, daß Meß- und Resonanzzelle die gleiche Geometrie besitzen.

Ein vorteilhafter Effekt läßt sich auch durch die Refle­ xion der Strahlung der Laserdiode mit Hilfe eines Spiegels hin­ ter den verwendeten Zellen (nur Meßzelle oder Meß- und Refe­ renzzelle) erreichen. Auf diese Weise werden die Zellen ein zweites Mal durchstrahlt. So lassen sich durch vergrößerte Ab­ sorptionen die Signale vergrößern, und damit läßt sich die Nachweisgrenze senken. Durch mehrfache Reflexion mittels eines weiteren Spiegels vor den verwendeten Zellen läßt sich dieser Effekt noch steigern. Um die Laserdiode vor Schädigungen zu be­ wahren, ist eine Rückkopplung der Laserstrahlung in die La­ serdiode zu vermeiden.

Ebenfalls vorteilhaft kann die Detektion der Mikrophonsi­ gnale durch die Lock-In-Verstärker auf einem vielfachen der Mo­ dulationsfrequenz der Laserdiode erfolgen. So lassen sich even­ tuelle Signale von Störkomponenten sowie das Rauschen redu­ zieren.

Die ermittelte Konzentration des zu detektierenden Gases kann nun gemäß weiterer Ausgestaltungen entweder angezeigt oder mit einem vorher festgelegten Schwellwert verglichen werden, bei dessen Überschreitung eine Warnung erfolgt.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung für den Nachweis von Fluorwasserstoff sind in den Zeichnungen dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Vorrichtung zur Messung der Konzentration eines Gases mit einer resonanten Meßzelle und ohne Referenzzelle, bei der die ermittelte Konzen­ tration von Fluorwasserstoff in der unbekannten Probe angezeigt wird.

Fig. 2 beinhaltet eine zweite Ausführungsform der Vor­ richtung zur Messung der Konzentration eines Gases mit einer nichtresonanten Meßzelle und einer nichtresonanten Referenz­ zelle, bei der die Konzentration von Fluorwasserstoff in der unbekannten Probe mit einem Grenzwert verglichen wird und die Überschreitung dieses Grenzwertes eine Warnung zur Folge hat.

In Fig. 1 ist eine einfache Vorrichtung zur Ermittlung der Konzentration von Fluorwasserstoff in einer unbekannten Probe dargestellt. Die Strahlung einer Distributed-Feedback-La­ serdiode 10 bei 1310 nm wird mit einer Optik 12 zu einem pa­ rallelen Strahl 14 kollimiert und durch die zylindrische und resonante Meßzelle 16 gelenkt (Aluminium 10 cm lang und 5 cm Durchmesser), die von zwei MgF₂-Fenstern 18 begrenzt wird. Die Laserdiode 10 ist auf einem Kühlkörper 20 montiert, und ihre Emissionswellenlänge wird durch die Steuerung ihrer Temperatur mit Hilfe eines Peltierelements 22 und eines Temperatursensors 24, die beide mit einer Temperaturregelschaltung 26 über 28 verbunden sind, bestimmt (ca. 0,1 nm/°C). Eine Fluorwasser­ stoff-Absorptionslinie liegt bei 1312,5908 nm (P 3 Rotations­ übergang des 2-0 Vibrationsübergangs). Die Emissionswellenlänge der Laserdiode 10 wird mit Hilfe ihrer Temperatur auf diese Ab­ sorptionslinie gesteuert.

Der Betriebsstrom der Laserdiode 10 wird mit einer aku­ stischen Resonanzfrequenz der Meßzelle 16 moduliert (erste azi­ muthale Mode: ν_mod = 3735 Hz). Eine Verstimmung des Betriebs­ stroms hat ebenfalls eine Verstimmung der Emissionswellenlänge der Laserdiode 10 zur Folge (ca. 0,01 nm/mA). Die Modulation des Betriebsstroms der Laserdiode 10 erfolgt derart, daß durch die damit einhergehende Verstimmung der Emissionswellenlänge die Absorptionslinie von Fluorwasserstoff überstrichen wird und die Mitte der Absorptionslinie gerade beim mittleren Betriebs­ strom erreicht wird. Die Absorptionslinie wird also während ei­ ner Modulationsperiode gerade zweimal voll überstrichen. Der Betriebsstrom (über 30 an die Laserdiode 10) setzt sich aus ei­ nem konstanten Anteil der Stromversorgung 32 (I₀) und einem kleineren, harmonisch modulierten Anteil eines Modulators 34 (I_Δ) zusammen (über 36 an die Stromversorgung):
I₀ = 65 mA; I_Δ = 5 mA·sin (2π·3735 Hz·Zeit).

Das photoakustische Signal in der Meßzelle 16 wird mit einem Mikrophon 38 aufgenommen, zu einem Lock-In-Verstärker 40 (über 42) geleitet und dort phasenempfindlich verstärkt. Ein Span­ nungssignal des Modulators 34, das mit dem Doppelten der Modu­ lationsfrequenz der Laserdiode 10 moduliert wird, dient über 44 als Phasenreferenz für den phasenempfindlichen Verstärker 40.

Die Emissionsleistung der Laserdiode 10 wird mit einer in das Laserdiodengehäuse integrierten Monitordiode 46 gemessen, die einen zur Laserdiodenleistung proportionalen Strom liefert. Die Stromversorgung 32 der Laserdiode 10 liefert über 48 die Betriebsspannung für die Monitordiode 46 und gibt deren Strom über 50 an einen Rechner 52 weiter. Das Meßsignal, das über 54 ebenfalls in den Rechner 52 eingelesen wird, wird bezüglich des Mittelwertes des Betriebsstroms der Monitordiode (mittlere La­ serleistung) normiert.

Das normierte photoakustische Signal ist direkt propor­ tional zur Konzentration von Fluorwasserstoff in der Probe. Die Meßzelle 16 wurde zuvor mit verschiedenen Kalibrationsstandards gefüllt, deren photoakustische Signale gemessen und leistungs­ normiert. Dabei bediente man sich verschiedener Fluorwasser­ stoffkonzentrationen in synthetischer Luft. Durch Interpolation dieser Kalibrationswerte wird nun mit Hilfe des Rechners 52 aus dem normierten photoakustischen Signal der Meßzelle 16 der Flu­ orwasserstoffgehalt in der unbekannten Probe berechnet und an­ gezeigt.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die vor der Überschreitung der maximal zulässigen Konzentration von Fluorwasserstoff am Arbeitsplatz (MAK-Grenzwert = 3 ppm) warnt. Hier wird die Strahlung der Distributed-Feedback-Laserdiode 10 bei 1310 nm mit einer Optik 12 zu einem parallelen Strahl 14 kollimiert und durch die Meßzelle 16 und die Referenzzelle 56 gelenkt. Beide Zellen haben eine zylindrische nichtresonante Geometrie (Teflon 3 cm lang und 3 cm Durchmesser) und werden jeweils von zwei CaF₂-Fenstern 18, 58 begrenzt. Die Steuerung des Betriebsstroms und der Temperatur der Laserdiode erfolgt genau wie in der ersten Ausführungsform. Allerdings ist die Mo­ dulationsfrequenz der Laserdiode keine Resonanzfrequenz der Meßzelle (ν_mod = 200 Hz). Die Referenzzelle 56 dient in diesem Beispiel zur Selbstkalibrierung des Aufbaus. Sie enthält 3 ppm Fluorwasserstoff in synthetischer Luft (gleich dem MAK-Grenzwert). Die photoakustischen Signale von beiden Zellen wer­ den von baugleichen Mikrophonen 38, 60 aufgenommen und von bau­ gleichen Lock-In-Verstärkern 40, 62 verstärkt (über 42, 64). Beide Lock-In-Verstärker 40, 62 erhalten als Phasenreferenz vom Modulator 34 ein Spannungssignal, das mit dem Doppelten der Mo­ dulationsfrequenz der Laserdiode 10 moduliert wird (über 44).

Durch einen Vergleich des Meßsignals mit dem Referenzsi­ gnal (über 54, 66 zum Rechner 52) wird nun mit Hilfe des Rech­ ners 52 ermittelt, ob die Konzentration von Fluorwasserstoff in der unbekannten Probe über dem MAK-Grenzwert liegt. Ist dies der Fall, wird vom Rechner 52 ein Alarm ausgelöst.

Jede Leistungsschwankung der Laserdiode 10 oder eine Ver­ schiebung ihrer Emissionswellenlänge wird durch den Vergleich von Meß- und Referenzsignal eliminiert. Eine Monitordiode 46 zur Leistungsdetektion wird prinzipiell nicht benötigt, kann aber als Ergänzung zur Referenzzelle 56 betrieben werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbe­ sondere darin, daß ein robuster, mechanisch unempfindlicher und kompakter Aufbau mit hoher Meßgenauigkeit zum Nachweis von Ga­ sen realisiert wird.

Claims (20)

1. Vorrichtung zur Messung der Konzentration eines zu detek­ tierenden Gases in einem Gasgemisch mit einer Meßzelle (16), die an entgegengesetzten Enden mit Fenstern (18) ausgestattet ist und die darinnen einen Hohlraum definiert, der eine gasför­ mige Probe enthält, welche auf Anteile des zu detektierenden Gases zu untersuchen ist, einer bei annähernd Raumtemperatur betriebenen Laserdiode (10), die betriebsmäßig mit einer Strom­ versorgung (32) verbunden ist, die sie mit moduliertem Be­ triebsstrom versorgt, wobei die Laserdiode (10) mit einem Peltierelement (22) ausgestattet ist, welches betriebsmäßig mit einer Temperaturregelschaltung (26) verbunden ist, und einem Mikrophon (38) im Hohlraum der Meßzelle, das zur pha­ senempfindlichen Verstärkung seines Signals (Meßsignal) be­ triebsmäßig mit einem Lock-In-Verstärker (40) verbunden ist, wobei ein dem modulierten Betriebsstrom der Laserdiode (10) entsprechendes Spannungssignal die Phasenreferenz für die pha­ senempfindliche Verstärkung bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserdiode auf einem Kühlkörper (20) befestigt ist, der mit einem Temperatursensor (24) ausgestattet ist, der ebenfalls betriebsmäßig mit der Temperaturregelschaltung (26) verbunden ist, daß sich eine Kollimationsoptik (12) im vorderen Strahlengang der Laserdiode (10) befindet, die die Laserstrahlung parallel formt (14) und durch die Meßzelle (16) leitet, daß sich eine Monitordiode (46) im rückwärtigen Strahlengang der Laserdiode (10) befindet, die die Emissionsleistung der Laserdiode (10) detektiert, daß die Meß­ zelle (16) eine zylindrische Geometrie besitzt, und daß es sich bei der Laserdiode (10) um eine Einzel-Frequenz-Laserdiode handelt, die auch im Modulationsbetrieb nur eine longitudinale Mode einer transversalen Mode emittiert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzelle (16) eine resonante Geometrie besitzt und die Modulationsfrequenz der Laserdiode (10) gleich einer akusti­ schen Resonanzfrequenz der Meßzelle (16) ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kollimationsoptik (12) und der Laserdiode (10) eine weitere Kollimationsoptik und eine Glasfa­ ser angeordnet sind, wobei diese zweite Optik die Strahlung der Laserdiode (10) in die Glasfaser einkoppelt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich außer der Meßzelle (16) noch eine Refe­ renzzelle (56) im Strahlengang (14) der Laserdiode (10) befin­ det, die ebenfalls an entgegengesetzten Enden mit Fenstern (58) ausgestattet ist und die mit dem zu detektierenden Gas in be­ kannter Konzentration gefüllt ist, und daß im Hohlraum dieser Referenzzelle (56) ein zweites Mikrophon (60) befestigt ist, das zur phasenempfindlichen Verstärkung seines Signals (Refe­ renzsignal) betriebsmäßig mit einem zweiten Lock-In-Verstärker (62) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzzelle (56) die gleiche Geometrie besitzt wie die Meßzelle (16).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich hinter den verwendeten Zellen (nur 16 oder 16, 56) ein Spiegel befindet, der die Strahlung (14) der Laserdiode (10) reflektiert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich vor den verwendeten Zellen (nur 16 oder 16, 56) ein weite­ rer Spiegel befindet, so daß die Strahlung (14) der Laserdiode (10) mehrfach reflektiert wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Emission der Laserdiode (10) im Wellen­ längenbereich um 1,3 mm erfolgt, und daß es sich bei dem zu detektierenden Gas um Fluorwasserstoff handelt.

9. Verfahren zur Messung der Konzentration eines zu detek­ tierenden Gases in einem Gasgemisch durch Einschließen einer gasförmigen Probe, die auf Anteile des zu detektierenden Gases zu untersuchen ist, in eine Meßzelle (16), Steuern der Emis­ sionswellenlänge einer annähernd bei Raumtemperatur betriebenen Laserdiode (10) auf eine Absorptionslinie des zu detektierenden Gases durch entsprechendes Steuern ihrer Temperatur, Modulieren der Strahlung der Laserdiode (10) mit Hilfe ihres Betriebs­ stroms, Hindurchleiten der Laserstrahlung (14) durch die Meß­ zelle (16), Absorbieren der modulierten Laserstrahlung (14) durch Moleküle des zu detektierenden Gases, Erzeugen einer Schallwelle in der Probe, Detektieren dieser Schallwelle mit einem Mikrophon (38) und phasenempfindliches Verstärken des Mikrophonsignals (Meßsignal) mit einem Lock-In-Verstärker (40), dadurch gekennzeichnet, daß die Laserdiode (10) modulierte Strahlung nur einer longitudinalen Mode einer transversalen Mode emittiert, daß die Strahlung (14) dieser Laserdiode (10) mit einer Optik (12) kollimiert wird, daß die Modulation des Betriebsstroms der Laserdiode (10) derart erfolgt, daß durch die damit einherge­ hende Verstimmung der Emissionswellenlänge die Absorptionslinie des zu detektierenden Gases überstrichen wird, daß die rückwärtige Strahlung der Laserdiode mit einer Monitordiode detektiert wird (46) und daß aus den Meßwerten die Konzentra­ tion des zu detektierenden Gases in der unbekannten Probe er­ mittelt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulation der Laserdiode (10) derart erfolgt, daß in der Meßzelle (16) eine resonante Schallwelle erzeugt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Strahlung der Laserdiode (10) mit Hilfe einer weiteren Optik in eine Glasfaser eingekoppelt und am Ende der Glasfaser mit der ersten Optik (12) zu einem parallelen Strahl kollimiert wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in einer Referenzzelle (56) eine zweite gas­ förmige Probe eingeschlossen wird, deren Gehalt an dem zu de­ tektierenden Gas bekannt ist, daß die modulierte kollimierte Strahlung (14) der Laserdiode (10) auch durch diese Referenz­ zelle (56) gelenkt wird, daß die darin durch Absorption der Laserstrahlung erzeugte zweite Schallwelle mit einem zweiten Mikrophon (60) detektiert wird und daß dieses zweite Mikrophon­ signal (Referenzsignal) phasenempfindlich von einem zweiten Lock-In-Verstärker (62) verstärkt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzsignal zur Selbstkalibrierung der Meßvorrichtung dient, indem die Konzentration des zu detektierenden Gases in der unbekannten Probe durch Vergleich des Meßsignals mit dem Referenzsignal ermittelt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzsignal zur Stabilisierung der Emissionswellenlänge der Laserdiode (10) auf die Linienmitte der Absorptionslinie des zu detektierenden Gases dient, indem dieses Referenzsignal über die Temperatur der Laserdiode (10) ständig auf das Maximum geregelt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Strahlung (14) der Laserdiode (10) nach Durchlaufen der verwendeten Zellen (nur 16 oder 16, 56) mit Hilfe eines Spiegels reflektiert wird, um die Zellen ein zwei­ tes Mal zu durchlaufen.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung (14) der Laserdiode (10) mit Hilfe eines weiteren Spiegels vor den verwendeten Zellen (nur 16 oder 16, 56) mehr­ fach reflektiert wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Detektion der Mikrophonsignale durch die Lock-In-Verstärker (nur 40 oder 40, 62) auf einem Vielfachen der Modulationsfrequenz der Laserdiode (10) erfolgt.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die ermittelte Konzentration des zu detektie­ renden Gases angezeigt wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die ermittelte Konzentration des zu detektie­ renden Gases mit einem vorher festgelegten Schwellwert vergli­ chen wird, und daß bei einer Überschreitung dieses Schwellwer­ tes eine Warnung erfolgt.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Laserdiode (10) Strahlung im Wellenlän­ genbereich um 1,3 mm emittiert und Fluorwasserstoff nachgewie­ sen wird.