DE69232375T2 - Methode und Vorrichtung zum Nachweis von Kohlenwasserstoffdämpfen in einem überwachten Bereich - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, und außerdem eine Vorrichtung, zum Nachweis der Gegenwart von vorherbestimmten leicht entzündlichen Kohlenwasserstoffdämpfen in einem überwachten Bereich, wenn sie bei einer Konzentration vorhanden sind, die eine mögliche leicht entzündliche oder explosive Atmosphäre anzeigen könnte, und die Erfindung wird deshalb mit Bezug auf diese Anwendung beschrieben.
• Zur Zeit wird eine Analyse einer Atmosphäre zum Bestimmen der Konzentration eines leicht entzündlichen Dampfes darin gewöhnlich durch Verbrennungsverfahren durchgeführt. Der leicht entzündliche Dampf wird (mit Luft) einer Verbrennungskammer zugeführt, wo er einer geregelten Flamme ausgesetzt wird. Wenn der Dampf auf die Flamme trifft, verbrennt er und gibt Hitze ab, die mit einem Widerstandstemperaturdetektor (RTD) oder mit einem Flammenionisationsdetektor (FID) wahrgenommen wird, was es ermöglicht, die Konzentration an leicht entzündlichen Dämpfen zu bestimmen.
• Ein anderes Verfahren, das auf der Analyse der Gesamtmenge an organisch gebundenem Kohlenstoff (TOC = total organic-carbon) basiert, vereint Verbrennung mit Infrarotabsorption, um den Gehalt an organisch gebundenem Kohlenstoff zu bestimmen. Der Probenstrom wird oxidiert, um CO&sub2; zu bilden, und die Menge an CO&sub2; wird nach 2-Infrarotanalyseverfahren gemessen.
• Die obigen bekannten Verfahren zur Analyse von leicht entzündlichem Dampf erfordern jedoch eine exakte Kalibrierung des jeweils nachzuweisenden Materials, und sie sind sehr empfindlich gegenüber anderen Verbindungen mit ähnlichem Verhalten, erfordern Langzeitmessungen (die Reaktionszeit ist normalerweise größer als eine Minute), sind teuer und beschwerlich, und/oder es mangelt ihnen an Vielseitigkeit bei der Implementierung.
• Es ist auch vorgeschlagen worden, ein Feuer optisch durch die Verwendung eines sichtbaren Wellenlängenbanddetektors allein oder in Kombination mit einem Infrarotwellenlängenbanddetektor zu bestimmen (siehe zum Beispiel US-Patent 4.156.816 vom 29. Mai 1979), und auch, einen Detektor für sichtbare Wellenlängenbänder zum Nachweis verschiedener Arten von Fluorkohlenstoffgasen zu verwenden, die der Umgebung entweichen können (siehe zum Beispiel US-Patent 4.891.518 vom 2. Januar 1990). Andere bekannte Typen von Dampf- oder Gasanalysegeräten, die auf dem Nachweis von Strahlung oder der Dämpfung von Strahlung durch das gerade analysierte Gas oder den gerade analysierten Dampf basieren, sind in den US-Patenten 4.385.516 vom 31. Mai 1983, 4.517.161 vom 14. Mai 1985 und 4.964.309 vom 23. Oktober 1990 beschrieben. Ein weiteres Verfahren zum Analysieren eines Gases oder Dampfes, das auf der Messung der Stärke der akustischen Resonanz in einer Kammer, die eine Probe des Gases enthält, basiert, ist in US-Patent 4.055.764 vom 25. Oktober 1977 beschrieben.
• Die EP-A 0 254 879 offenbart ein System, um fortlaufend und quantitativ bis zu ungefähr zehn Komponenten von Gasen oder Flüssigkeiten durch UV-IR-Absorptionsspektroskopie im Bereich von 0,2 bis 20 um zu bestimmen. Beispiele von Gasen, die nachgewiesen werden können, sind CH&sub4; und NH&sub3;. Die Gase strömen durch eine Prozessküvette, die Fenster auf gegenüberliegenden Seiten der Küvette für den Durchgang von Licht aufweist. Die Vorrichtung umfasst eine Lichtquelle und einen Detektor. Gemäß der EP-A-0 421 100 genügt es in bestimmten Fällen anzuzeigen, wenn ein Schwellwert überschritten worden ist. Die WO 92/12411 offenbart eine Vorrichtung zum Nachweis der Komponenten von Lösungsmittelemissionen einschließlich Kohlenwasserstoffgasen, worin die Vorrichtung eine Infrarotstrahlungsquelle, Mittel zum Aussetzen von Gas gegenüber dieser Quelle, Nachweismittel zum Nachweisen der Strahlung, nachdem sie durch das Gas hindurchgegangen ist, und Vergleichsmittel zum Bestimmender Menge an Kohlenwasserstoffgasen in den Lösung mittelemissionen umfasst.
• In der EP-A-0 210 676 ist ein optisches rückstrahlendes System zum Nachweis von Freisetzungen von Kohlenwasserstoffen, zum Beispiel auf Meeresölplattformen, beschrieben.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein neuartiges Verfahren und eine neuartige Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die Vorteile in einigen oder allen der obigen. Beziehungen haben, und die besonders zum Nachweis der Gegenwart eines vorherbestimmten Kohlenwasserstoffdampfes in einem überwachten Bereich nützlich sind.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Nachweis einer potentiell leicht entzündlichen oder explosiven Atmosphäre in einem überwachten Bereich bereitgestellt, indem auf die Gegenwart mindestens eines vorherbestimmten leicht entzündlichen Kohlenwasserstoffdampfes einer vorherbestimmten Konzentration in diesem überwachten Bereich geprüft wird, wie es in Anspruch 1 definiert wird.
• Gemäß der unten beschriebenen Erfindung wird Strahlung innerhalb des ultravioletten Spektralbereiches, und insbesondere in dem ultravioletten Spektralband von 0,1-0,4 um, nachgewiesen. Nachgewiesene Strahlung unterhalb der Referenz liefert eine Anzeige der Gegenwart des vorherbestimmten Kohlenwasserstoffdampfes in der überwachten Atmosphäre bei einer Konzentration, die eine mögliche leicht entzündliche oder explosive Atmosphäre bildet.
• Gemäß weiterer Merkmale der unten beschriebenen Erfindung schließt die Strahlung, der das Gas ausgesetzt wird, auch Infrarotstrahlung eines vorherbestimmten Infrarotspektralbereiches ein; und die nachgewiesene Strahlung wird auch mit einer Referenz von vorherbestimmten Dämpfungsmerkmalen in dem Infrarotspektralbereich verglichen.
• Das Verfahren ist besonders nützlich zum Nachweis von leicht entzündlichen Kohlenwasserstoffdämpfen in einem explosionsgefährdeten Bereich, z. B. im Lagerbereich von Petrochemikalien, in Motorräumen, wo Lecks von Brennstoff eine Explosions- oder Feuergefahr bilden, usw. Ein derartiger Nachweis ist sehr wichtig, um ein Signal oder einen Alarm für einen gefährlichen Zustand bereitzustellen, oder um automatisch ein Feuerlöschsystem oder eine andere Steuerung zu betätigen, um den gefährlichen Zustand zu beseitigen.
• Zum Beispiel ist gut bekannt, dass die Alkane (geradkettige Paraffine) Strahlung in den fernen Ultraviolett- und mittleren Infrarotspektralbändern (insbesondere 0,16-0,14 um und 3,5 um) absorbieren, während doppeltgebundene Alkene und Aromaten (z. B. Benzol, Naphtalen) Strahlung leichter in dem nahem Ultraviolettband (0,2-0,3 um) und in dem mittleren Infrarotband (3,5 um, 6-7 um) absorbieren. Da die meisten leicht entzündlichen Brennstoffe (z. B. Benzin, Kerosin, Diesel) die oben genannten drei chemischen Gruppen enthalten, könnte die logische Schaltungsanordnung mit drei Spektralsignaturen versorgt werden, die durch ihre Dämpfung der Strahlung in ihren jeweiligen Spektralbändern definiert sind, um zu ermöglichen, dass eine Bestimmung vorgenommen werden kann, ob sie in der angegebenen Konzentration in dem überwachten Bereich vorhanden sind, und um das entsprechende Signal, den entsprechenden Alarm oder die entsprechende Steuerung als ein Ergebnis einer derartigen Bestimmung zur Verfügung zu stellen.
• Gemäß weiterer Merkmale in den bevorzugten Ausführungsformen der unten beschriebenen Erfindung wird das Infrarotspektralband zu 1-3,5 um gewählt. Innerhalb dieses breiten Bereiches wird eine Flamme, Rauch oder Wasserdampf innerhalb des überwachten Bereiches die nachgewiesene Strahlung im Vergleich zu der Referenz erhöhen, und deshalb kann der Nachweis der Infrarotstrahlung innerhalb dieses Strahlungsbereiches auch verwendet werden, um die Gegenwart einer Flamme, von Rauch oder von Wasserdampf in dem überwachten Bereich anzuzeigen. Der vorherbestimmte Infrarotspektralbereich kann das 2,63-um-Band und das 4,3-um-Band einschließen. Nachweis einer Strahlung unterhalb der Referenz in dem 2,63-um-Band liefert eine Anzeige für die Gegenwart von Wasserdampf, von Flamme und/oder von Rauch in dem überwachten Bereich; und Nachweis einer Strahlung oberhalb der Referenz in dem 4,3-um-Band liefert eine Anzeige für die Gegenwart von Flamme und/oder von Rauch in dem überwachten Bereich.
• Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung schließt die Strahlung, der das Gas ausgesetzt wird, auch sichtbares Licht des Spektralbandes 0,4-0,8 um ein, und die nachgewiesene Strahlung wird ebenfalls mit einer Referenz von vorherbestimmten Dämpfungsmerkmalen in dem sichtbaren Lichtband verglichen. Der Nachweis von Strahlung oberhalb der Referenz zeigt die Gegenwart von Wasserdampf oder einer Flamme in dem überwachten Bereich an, und der Nachweis von Strahlung unterhalb der Referenz zeigt Rauch und/oder Rußpartikel in dem überwachten Bereich an.
• Gemäß eines noch anderen Merkmals der Erfindung schließt die Strahlung, der das Gas ausgesetzt wird, auch Strahlung im Mikrowellenspektralbereich ein, und die nachgewiesene Strahlung wird ebenfalls mit einer Referenz von vorherbestimmten Dämpfungsmerkmalen in dem Mikrowellenbereich verglichen. Nachweis von Strahlung unterhalb der Referenz zeigt die Gegenwart von Wasserdampf und/oder einer Flamme in dem überwachten Bereich an.
• Die Erfindung stellt auch eine Vorrichtung zum Nachweis einer potentiell leicht entzündlichen oder explosiven Atmosphäre in einem überwachten Bereich bereit, indem die Gegenwart mindestens eines vorherbestimmten leicht entzündlichen Kohlenwasserstoffdampfes einer vorherbestimmten Konzentration in dem überwachten Bereich geprüft wird, wie in Anspruch 11 definiert. Die Fig. 1-5 veranschaulichen fünf Detektorsysteme, die gemäß der vorliegenden Erfindung gebaut wurden;
• Fig. 1a ist ein Flussdiagramm, das die Arbeitsweise der logischen Schaltungsanordnung in dem System von Fig. 1 sowie in den Systemen von Fig. 2 bis Fig. 5 veranschaulicht; und
• Fig. 2a, Fig. 4a und Fig. 5a sind Blockdiagramme, die wesentliche Komponenten und die elektrische Schaltungsanordnung in den Systemen von Fig. 2, Fig. 4 bzw. Fig. 5 veranschaulichen.
• Das Detektorsystem, das in der Fig. 1 veranschaulicht ist, umfasst eine Prüfkammer 10 mit einem Eingang 10a, der angeschlossen ist, um Luft oder ein anderes Gas aus dem überwachten Bereich mittels einer Pumpe 11 und/oder einer semipermeablen Membran 12 zu empfangen. Die Luft strömt durch einen Strömungsweg in Prüfkammer 10 zu deren Ausgang 10b. Wie unten spezieller beschrieben werden wird, umfasst die Prüfkammer 10 eine Vorrichtung zum Nachweis der Gegenwart von einem oder mehreren vorherbestimmten Kohlenwasserstoffdämpfen in einer vorherbestimmten Konzentration, um eine Anzeige dafür zu liefern, ob es eine mögliche leicht entzündliche oder explosive Atmosphäre in dem überwachten Bereich gibt.
• Die Prüfkammer 10 ist auf ihren gegenüberliegenden Seiten mit zwei Fenstern 13, 14 ausgebildet, die in Ausrichtung zueinander entlang einer Achse, die sich quer zu dem Strömungsweg der Luft durch die Prüfkammer erstreckt, angeordnet sind. Eine ultraviolette Strahlungseinheit 15 ist in Ausrichtung mit Fenster 13 angeordnet, und eine Detektoreinheit 16 ist in Ausrichtung mit Fenster 14 angeordnet. Das Ausgangssignal von Detektoreinheit 16 wird einer logischen Steuerschaltungsanordnung 17 zugeführt, die Steuersignale an eine Anzeige oder eine Alarmeinheit 18a und/oder an einen Feuerlöscheinheit 18b ausgibt.
• Das gesamte elektrische Systeme wird von einem Prozessor 12 versorgt und gesteuert, der an die Strahlungseinheit 15 und auch an die logische Steuerschaltungsanordnung 17 angeschlossen ist. So erregt der Prozessor 19 die Strahlungseinheit 15 mit einem Modulationssignal (oder Unterbrechersignal) mit einer vorherbestimmten Frequenz. Das Modulationssignal wird auch der logischen Steuerschaltungsanordnung 17 zugeführt, um das Eingangssignal der logischen Schaltungsanordnung 17 von dem Strahlungsdetektor 14 mit der gleichen Frequenz anzusteuern und dadurch Störsignale von dem Strahlungsdetektor herauszufiltern.
• Die Strahlungseinheit 15 ist gewählt, um das Gas, das durch die Prüfkammer 10 strömt, einer ultravioletten Strahlung eines vorherbestimmten ultravioletten Spektralbereiches auszusetzen. Die Strahlungseinheit 15 kann eine Deuteriumlampe, eine Quecksilberlampe, eine Laserdiode oder jede andere Quelle sein, die in der Lage ist, in dem erforderlichen ultravioletten Spektralbereich abzustrahlen. Die Detektoreinheit 16 weist folglich die Strahlung von der Strahlungseinheit 15 nach, nachdem sie durch das Gas in der Prüfkammer 10 hindurchgegangen ist, und liefert ein elektrisches Ausgangssignal entsprechend der Strahlung, nachdem sie durch das Gas innerhalb der Prüfkammer gedämpft worden ist.
• Der Prozessor 19 versorgt die logische Schaltungsanordnung 17 außerdem mit vorgespeicherten Referenzdaten entsprechend den Dämpfungsmerkmalen von vorherbestimmten leicht entzündlichen Kohlenwasserstoffdämpfen in dem untersuchten Spektralbereich und in einer angegebenen vorherbestimmten Konzentration, z. B. einer Konzentration, die einen gefährlichen Zustand in dem überwachten Bereich hervorrufen könnte. Die logische Schaltungsanordnung 17 vergleicht dann die von der Strahlungsdetektoreinheit 16 empfangenen Daten mit den Referenzdaten, die von dem Prozessor 19 zugeführt wurden, und liefert ein elektrisches Ausgangssignal, das für die Gegenwart und die Konzentration von jedem der vorherbestimmten leicht entzündlichen organischen Dämpfe in dem Gas, das durch die Prüfkammer 10 hindurchgegangen ist, kennzeichnend ist.
• Sobald die logische Schaltungsanordnung 17 so bestimmt hat, das einer der vorherbestimmten leicht entzündlichen Dämpfe in der Prüfkammer 10 in einer Konzentration vorhanden ist, die einen gefährlichen Zustand in dem überwachten Bereich, der das Gas für die Prüfkammer bereitstellt, anzeigt, gibt sie ein elektrisches Signal an die Anzeige/Alarmeinheit 18a aus, um diesen gefährlichen Zustand anzuzeigen, und/oder sie gibt ein elektrisches Signal an den Feuerlöscher 18b aus, um diesen automatisch zu betätigen und somit zu verhindern, dass ein Feuer oder eine Explosion auftritt, oder um ein Feuer oder eine Explosion zu unterdrücken, falls sie aufgetreten sind.
• Es wird folglich zu sehen sein, dass, so lange das Gas in der Prüfkammer 10 nicht einen der vorherbestimmten Kohlenwasserstoffdämpfe in einer gefährlichen Konzentration enthält, die logische Schaltungsanordnung 17 ein Signal "Kein Alarm" an Einheit 18a, 18b ausgegeben wird. Falls jedoch festgestellt wird, dass Prüfkammer 10 einen der vorherbestimmten Kohlenwasserstoffdämpfe in einer gefährlichen Konzentration enthält, wird die logische Schaltung ein "Alarm"-Signal an die Anzeige/Alarmeinheit 18a und/oder an den Feuerlöscher 18b ausgeben.
• Mathematisch berechnet sich die Dämpfung gemäß dem Lambert- Beerschen Gesetz:
• It/I&sub0; = e-k.p.l.
• worin: It die übertragene Strahlung ist, die an dem Detektor in jedem Zeitintervall t aufgezeichnet wird;
• I&sub0; ist die ursprüngliche Strahlung, die von der Strahlungsquelle übertragen wird (und an dem Detektor aufgezeichnet wird, wenn kein absorbierender Dampf vorhanden ist);
• k ist der Absorptionskoeffizient des Dampfes;
• p ist der Dampfdruck (oder die Konzentration);
• und
• l ist der optische Weg (der Abstand zwischen der Strahlungsquelle und dem Detektor).
• Die Strahlungseinheit 15 ist reich an Strahlung im ultravioletten Spektralbereich von 0,1-0,4 um, und insbesondere in dem engen Band von 0,15-0,3 um. Jedoch kann diese Strahlungsquelle Strahlung anderer Spektralbereiche einschließen, um besser zwischen den vorherbestimmten Kohlenwasserstoffdämpfen und/oder anderen Stoffen, die in dem überwachten Bereich sein können, wie Wasserdampf, Flamme, Rauch und/oder Rußpartikel, unterscheiden zu können. Für Strahlung in dem sichtbaren Spektralbereich von 0,4-0,8 um, in dem breiten infraroten Spektralband von 1-3,5 um, und insbesondere in den engen Bändern 2,63 um bzw. 4,3 um, und in dem Mikrowellenbereich von 20 cm (1,4 GHz) wurde festgestellt, dass sie besonders wirksam ist, um zwischen Kohlenwasserstoff(Brennstoff-)dämpfen, Wasserdampf, Flammen, Rauch und Rußpartikeln zu unterscheiden. Nachfolgend ist eine Tabelle, die zeigt, wie jeder dieser Stoffe in dem überwachten Bereich die nachgewiesenen Strahlungsänderungen beeinflusst. EINFLUSS DER ZUSAMMENSETZUNG DER ATMOSPHÄRE AUF STRAHLUNGSÄNDERUNGEN
• Falls die Vorrichtung Kohlenwasserstoffdämpfe nachweisen soll und einige oder alle der vorhergehenden Einflüsse in dem überwachten Bereich nachweisen und zwischen ihnen unterscheiden soll, würde der Prozessor 19 Referenzdaten speichern entsprechend den Dämpfungsmerkmalen des einzelnen nachzuweisenden Zustandes in dem jeweiligen Spektralbereich, bei dem dieser Zustand nachgewiesen werden soll. Das Ausgangssignal der logischen Schaltung 17 würde somit eine Anzeige für die Gegenwart oder Abwesenheit jedes einzelnen dieser Zustände gemäß der obigen Tabelle bereitstellen.
• Fig. 1a ist ein Flussdiagramm, das veranschaulicht, wie jeder dieser Zustände durch die logische Schaltung 17 nachgewiesen werden kann, wenn die Strahlungseinheit alle die Spektralbereiche abstrahlt, die in der obigen Tabelle angegeben sind. So emittiert das Strahlungsmittel 15 gemäß dem Flussdiagramm von Fig. 1a Strahlung in allen sechs Spektralbereichen, die in der obigen Tabelle eingeschlossen sind, durch den überwachten Bereich, und die Detektoreinheit 16 schließt einen Detektor 16a-16f ein, der empfindlich für jeden dieser Spektralbereiche ist. Die Ausgangssignale des Detektors 16a-16f werden der logischen Schaltung 17 zugeführt, die eine Schaltung 17a-17e umfasst, um die Änderung der Strahlungstransmission durch den überwachten Bereich zu messen, und falls es eine signifikante Zunahme oder Abnahme gibt, wird diese Zunahme oder Abnahme einem Vergleicher COMP zugeführt, der damit die Strahlung aus den zuvor gespeicherten Referenzen (vorgespeichert in Prozessor 19), die die Dämpfungsmerkmale in dem jeweiligen Spektralbereich für den einzelnen nachzuweisenden Zustand darstellen, vergleicht, und Binärwerte ausgibt, die den Ergebnissen dieser Vergleiche entsprechen.
• Somit wird gemäß dem Flussdiagramm von Fig. 1a (a) ein Flammenzustand angezeigt, wenn der Ultraviolettdetektor 16a, der sichtbares-Licht-Detektor 16b und der Infrarotdetektor 16c für das breite Spektralband von 1-3,5 um alle Strahlung oberhalb der Referenz nachweisen, und die anderen drei Detektoren 16d, 16e, 16f die Strahlung unterhalb der Referenz nachweisen; (b) ein Kohlenwasserstoffgas- oder -dampfzustand angezeigt, wenn der Ultraviolettdetektor 16a Strahlung im Ultraviolettbereich unterhalb der Referenz nachweist, und der Mikrowellendetektor 16f Mikrowellenstrahlung in dem jeweiligen Spektralbereich entweder unterhalb oder oberhalb der Referenz nachweist; (c) ein Wasserdampfzustand angezeigt, wenn der breitbandige Infrarotdetektor 16c Strahlung oberhalb der Referenz anzeigt, und der schmalbandige Infrarotdetektor 16d (2,63-um-Band) und der Mikrowellendetektor 16f beide Strahlung unterhalb der Referenz nachweisen; (d) und ein Rauch- oder Rußzustand angezeigt, wenn der Ultraviolettdetektor 16a, der sichtbares-Licht-Detektor 16b und die zwei schmalbandigen Infrarotdetektoren 16d und 16e alle Strahlung unterhalb der Referenz nachweisen, während der breitbandige Infrarotdetektor 16c Strahlung oberhalb der Referenz nachweist.
• Während die obige Tabelle und insbesondere das in der Fig. 1a dargestellte Flussdiagramm eine große Zahl an unterschiedlichen Zuständen einschließen, die zusätzlich zu der Gegenwart des Kohlenwasserstoffdampfes nachgewiesen werden können, versteht es sich, dass einfachere und weniger anspruchsvolle Systeme verwendet werden könnten, worin nicht alle der obigen Zustände nachgewiesen werden sollen.
• Die zwei Fenster 13, 14 in der Prüfkammer 10 (Fig. 1) können durch bekannte wasser- und brennstoffabweisende Beschichtungen sauber gehalten werden. Eine andere Möglichkeit zum Sauberhalten der Fenster besteht darin, deren Innenseite einem Strom von Stickstoff oder Luft auszusetzen, wodurch auch ein positiver Druck erzeugt wird und verhindert wird, dass sich Tropfen und Schmutz an diesen Oberflächen ansammeln.
• Das Folgende ist ein anderes Beispiel eines Aufbaus gemäß der Fig. 1 und wie oben mit Bezug auf die Fig. 1a beschrieben:
• Das Strahlungsmittel 15 ist eine Quarzzenon-Blitzlampe, die Strahlung von 0,2 bis 4,5 um emittiert. Die Detektoreinheit 16 umfasst sieben Sensoren, von denen fünf in den IR- und die restlichen zwei in den UV-Spektralbereichen liegen.
• Die beiden UV-Sensoren umfassen zwei Silikonsensoren, einer mit einem 0,26-um-Filter und der andere mit einem 0,3-um-Filter. Die 0,26-um-Wellenlänge wird stark von leicht entzündlichen aromatischen Dämpfen absorbiert, während die 0,3-um-Wellenlänge von solchen Dämpfen nicht beeinflusst wird.
• Die fünf IR-Sensoren sind für die folgenden Spektralbänder: (a) 2,7 um, diese Wellenlänge wird in Wasserdampf absorbiert;
• (b) 3,4 um, diese Wellenlänge wird von jedem Dampfgas absorbiert, das die chemische Bindung C-H enthält (praktisch alle leicht entzündlichen Gase);
• (c) 4,0 um, diese Wellenlänge wird von atmosphärischer Luft oder von leicht entzündlichem Gas/leicht entzündlichen Dämpfen nicht absorbiert;
• (d) 4,4 um, diese Wellenlänge wird stark von Feuer emittiert; und
• (e) 4,0 um, diese Wellenlänge wird schwach von Feuer emittiert.
• Die ersten drei IR-Sensoren können an drei Brennpunkten der IR-Optik angeordnet werden; während die letzten zwei IR-Sensoren so angeordnet werden können, dass sie ein 90º-Sichtfeld haben. Der Algorithmus zum Messen der leicht entzündlichen Gas- und Wasserdampfkonzentration im Raum zwischen der Strahlungsquelle und der Detektoreinheiten basiert auf dem sich ändernden Verhältnis gemessener Strahlung zwischen den Referenzwellenlängensensoren und den absorbierten Wellenlängensensoren. Wenn eine Konzentration von leicht entzündlichem Gas (Wasserdampf) zunimmt, nimmt die gemessene Strahlung der absorbierten Wellenlängen ab, während die gemessene Strahlung der Referenzwellenlängen nahezu die gleiche bleibt. Das Ergebnis ist, dass das Verhältnis zwischen den Ablesungen der zwei Sensoren gegenüber dem ursprünglichen Verhältnis geändert ist. In diesem Fall ist die absorbierte Wellenlänge 3,4 um für leicht entzündliches Gas und 2,7 um für Wasserdampf, während die Referenzwellenlänge 4,0 um für beide Fälle ist.
• Die Formel, die die Konzentration an leicht entzündlichem (Wasserdampf) Gas als eine Funktion des sich ändernden Verhältnisses zwischen der absorbierten Wellenlängenstrahlung und der Referenzwellenlängenstrahlung bestimmt, lautet:
• C = [ln(qo) - ln(q)]/α.
• worin:
• C - die leicht entzündliche (Wasserdampf-) Gaskonzentration ist;
• qo - das Verhältnis in einer sauberen Umgebung zwischen der Spitzenblitzstrahlung, gemessen von dem Sensor mit beobachtetem Wellenlängenfilter und dem Sensor mit Referenzwellenlängenfilter ist;
• q - das gleiche wie qo in einer Umgebung ist, die leicht entzündliches Gas (Wasserdampf) enthält; und
• α - ein experimenteller Parameter ist, der abhängig ist von den Sensoren, dem Gas und dem Abstand zwischen der Strahlungsquelle und der Detektoreinheit.
• Der Algorithmus für Feuernachweis basiert auf der starken 4,4-um-Emissionlinie, die typisch für alle organischen. Feuerspektren ist. In Gegenwart von Feuer wird der Sensor mit 4,4-um- Filter signifikant mehr Strahlung empfangen als der Sensor mit 4,0-um-Filter. In Gegenwart von anderen gewöhnlichen Quellen für Strahlung (Lampen, Sonne) wird die Lage umgekehrt sein; daher ist eine Zunahme der 4,4-um-Strahlung, größer als die Zunahme der 4,0-um-Strahlung, ein Zeichen für ein Feuerereignis.
• Die Erfindung ist zusätzlich nützlich zum Nachweisen leicht entzündlicher und toxischer Dämpfe oder Gase wie H&sub2;S, NH&sub3; und CO, die häufig in der petrochemischen Industrie zu finden sind. Diese Dämpfe/Gase werden in den UV- und IR-Spektralbändern gemäß dem Folgenden nachgewiesen:
• H&sub2;S → UV ← (0,23 um, 0,26 um)
• NH&sub3; → UV ← (0,20 um, 0,23 um)
• CO → IR ← (4,5-4,6 um)
• Die Fig. 2 veranschaulicht eine andere Anordnung, die ebenfalls eine Prüfkammer 20 umfasst mit einem Eingang 20a, der angepasst ist, Luft aus dem überwachten Bereich zu empfangen, wie sie durch eine Pump 21 zugepumpt wird, und/oder wie sie über eine semipermeable Membran 22 auf der Eingangsseite 20a empfangen wird. In diesem Fall ist die Strahlungsquelle 25 innerhalb der Prüfkammer 20 an einem Vorschub 25a befestigt, der die Strahlungseinheit zum Fenster 24 hin und von diesem weg bewegt.
• Die Strahlung, nach ihrer Dämpfung durch das Gas innerhalb der Prüfkammer, wird von dem Strahlungsdetektor 26 empfangen, der außerhalb der Prüfkammer befestigt ist, und zwar in Ausrichtung mit dem Fenster 24.
• Der Vorschub 25a wird von einem Prozessor 29 gesteuert, um die Strahlungseinheit 25 von einer Fernposition, wie als durchgezogene Linien in der Fig. 2 dargestellt, zu einer Proximalposition, wie als gestrichelte Linien in der Fig. 2 dargestellt, bezüglich Detektor 26 hin- und herzubewegen. Diese Verschiebung der Strahlungseinheit kann mit einer Geschwindigkeit von zum Beispiel zwei Hinundherbewegungen pro Sekunde erfolgen. Der Strahlungsdetektor 26 wird von dem Prozessor 29 gesteuert, um sein Ausgangssignal det logischen Schaltungsanordnung 27 zuzuführen, wenn die Strahlungseinheit 25 sowohl in ihrer fernen als auch in ihrer nächstgelegenen Position ist. Die logische Schaltungsanordnung wird daher zwei Signale gemäß der Dämpfung der Strahlung in diesen zwei momentanen Positionen der Strahlungsquelle ausgeben.
• Die Fig. 2a veranschaulicht die Arbeitsweise des Systems in der Anordnung von Fig. 2. Wenn die Strahlungseinheit 25 in ihrer Fernposition ist, dargestellt als durchgezogene Linien in der Fig. 2 und bei P&sub1; in der Fig. 2a angegeben, gibt es einen langen optischen Weg (bezeichnet als X&sub1;) zwischen der Strahlungseinheit 25 und dem Detektor 26. Wenn die Strahlungseinheit in ihrer Proximalposition ist, dargestellt als gestrichelte Linien in der Fig. 2 und bei P&sub2; in der Fig. 2a angegeben, ist der optische Weg (X&sub2;) zu dem Detektor viel kürzer.
• Daher wird Detektor 26 ein erstes elektrisches Signal (I&sub0;, X&sub1;) senden, wenn die Strahlungseinheit in ihrer Fernposition P&sub1; ist, und ein zweites Signal (I&sub0;, X&sub2;), wenn die Strahlungseinheit in ihrer Proximalposition P&sub2; ist. Da die zwei Stellungen P&sub1; und P&sub2; bekannt und konstant sind, beseitigt die in der Fig. 2 veranschaulichte Anordnung die Einflüsse von relativ konstanten Zuständen wie Schmutz auf den Fenstern, Kondensation usw., und dadurch erzeugt die logische Schaltungsanordnung 27 ein Ausgangssignal, das den Grad der Dämpfung der Strahlung durch das Gas in der Prüfkammer genauer anzeigt.
• Wie in der Fig. 2a wird die Strahlungseinheit 25 bei einer vorherbestimmten Frequenz durch Prozessor 29 auch moduliert, wie schematisch durch Block 29a in der Fig. 2a angezeigt wird. Diese Modulationsfrequenz wird außerdem vom Prozessor an die logische Schaltungsanordnung 27 angelegt, wie oben mit Bezug auf die Ausführungsform von Fig. 1 beschrieben ist.
• Es versteht sich, dass das in der Fig. 2 dargestellte System sowie die Systeme in den Fig. 3-5, die unten beschrieben werden sollen, Strahlung in einem oder mehreren der Spektralbereiche, die oben mit Bezug auf die Fig. 1 beschrieben sind, insbesondere wie sie in dem Flussdiagramm von Fig. 1a und der entsprechenden Tabelle veranschaulicht sind, anwenden können, um die vielen unterschiedlichen Zustände, wie sie in der Tabelle veranschaulicht sind, nachzuweisen und zwischen ihnen zu unterscheiden.
• Die Fig. 3 veranschaulicht eine weitere Implementierung, ebenfalls einschließlich einer Prüfkammer 30, in die Luft aus dem überwachten Bereich durch eine Pumpe 31 und/oder über eine semipermeable Membran 32 eingespeist wird. Die Prüfkammer 30 umfasst ebenfalls ein Fenster 33, durch das Strahlung von der Strahlungseinheit 35 in die Prüfkammer 30 gelangt. In diesem Fall ist die Prüfkammer jedoch mit einer "Knie"-Biegung geformt um einen Abschnitt 30a mit relativ kleinem Durchmesser und einen anderen Abschnitt 30b mit größerem Durchmesser bereitzustellen. Der Prüfkammerabschnitt 30a ist mit einem Fenster 34a versehen, das mit einem externen Strahlungsdetektor 36a zusammenarbeiten kann, und Prüfkammerabschnitt 30b ist mit einem Fenster 34b versehen, das mit einem externen Strahlungsdetektor 36b zusammenarbeiten kann. Beide Detektoren werden von einer externen Strahlungseinheit 35 über ein Fenster 33 angestrahlt.
• Es wird folglich zu sehen sein, dass die zwei Detektoren 36-a, 36b mit einem Abstand 11 bzw. 12 von der Strahlungseinheit 35 angeordnet sind. Daher berechnet sich das Dämpfungssignal α nach der Gleichung:
• α = (Ia/(ln Ib))/(l&sub1;l&sub2;)
• worin: Ia das Ausgangssignal von Detektor 36a ist;
• l&sub1; das Ausgangssignal von Detektor 36b ist;
• l&sub1; der Abstand von Detektor 36a von der Strahlungsquelle 35 ist; und
• 12 der Abstand von Detektor 36b von der Strahlungsquelle 35 ist.
• Der Hauptvorteil der in der Fig. 3 dargestellten Implementierung ist die Unabhängigkeit der Ausgangssignale von der Stabilität der elektronischen Schaltungselemente, der Stromversorgung, von Temperaturschwankungen und dem Altern der Detektoren und anderen Elementen der elektronischen Schaltung.
• Unter allen anderen Gesichtspunkten ist die in der Fig. 3 veranschaulichte Anordnung einschließlich der Arbeitsweise des Prozessors 39 die gleiche, wie sie oben in Bezug auf dies Fig. 1 und Fig. 2 beschrieben wurde.
• Fig. 4 veranschaulicht eine Anordnung, worin das System aus einer Vielzahl modularer Einheiten aufgebaut ist, die wie gewünscht zusammengestellt werden können. So umfasst das in der Fig. 4 veranschaulichte System eine Prüfkammer 40 in Form einer modularen Einheit und mit einem Eingang 40a an einem Ende, einem Ausgang 40b an dem gegenüberliegenden Ende, und Fenster 43 und 44 auf den gegenüberliegenden Seiten quer zum Strömungsweg der Luft vom Eingang zum Ausgang. Das System von Fig. 4 umfasst weiter: eine Strahlungseinheit 45 in Form einer getrennten modularen Einheit mit einem Ausgangsfenster 45a, das mit dem Fenster 43 der modularen Prüfkammereinheit 40 ausgerichtet werden kann; eine modulare Detektoreinheit 46 mit einem ähnlichen Fenster (nicht dargestellt), das mit Fenster 44 der Prüfkämmereinheit 40 ausgerichtet werden kann; und eine Fernsteuer- und Logikeinheit 48, in der alle Elemente des Prozessors und der logischen Schaltungsanordnung eingegliedert sind, die obenbeschrieben sind, z. B. 19 und 17 in der Fig. 1.
• Die modulare Prüfkammereinheit 40 kann außerdem eine Pumpe 41 (Fig. 4a) umfassen zum Pumpen von Luft aus dem überwachten Bereich in ihren Eingang 40a, z. B. über eine semipermeable Membran, und kann außerdem ein Ausgangs- oder Freigabeventil an ihrem Ausgang 40b umfassen zum Ablassen der Luft, die durch die Prüfkammer strömt. Alle die obigen modularen Einheiten 40, 45, 46 und 48 können geeignete "steckbare" Verbindungen haben, um sie elektrisch, optisch und mechanisch miteinander zu verbinden.
• Die Inhalte jeder der modularen Einheiten 40, insbesondere der Strahlungseinheit 45 und der Detektoreinheit 46, sind ausführlicher in der Fig. 4a veranschaulicht.
• So umfasst die Strahlungseinheit 45 eine Strahlungsquelle 45a und einen Chopper (elektromechanischen Modulator) 45b zum Modulieren der Strahlung, die in die Prüfkammer in der modularen Einheit 40 übertragen wird. Die modulare Einheit 45 umfasst weiter einen Prüfdetektor 45c, der ebenfalls der Strahlung ausgesetzt wird, die von dem Chopper 45b ausgegeben wird. Detektor 45c erzeugt ein Prüfsignal (St), das direkt der Steuerlogik 48 zugeführt wird, zusammen mit dem ursprünglichen Signal (So) von der Strahlungsquelle 45a.
• Die modulare Detektoreinheit 46 umfasst einen Detektor 46a, der die Strahlung aus der Prüfkammer 40 nachweist und das Signal (Do) an die Steuerlogik 48 ausgibt. Detektoreinheit 46 umfasst weiter eine Prüfstrahlungsquelle 46b, die auch den Detektor 46a der Prüfstrahlung aussetzt, wobei der letztere ein Prüfsignal (Dt) an die Steuerlogik 48 ausgibt.
• Wenn So/St größer als "1" ist, wird ein erstes "Nachweissignal" von der Steuerlogik 48 empfangen; und wenn Do/Dt größer als "1" ist, wird ein zweites "Nachweissignal" an der Steuerlogik empfangen. Somit wird das Auftreten eines derartigen "Nachweissignals" das erste Auftreten von Dämpfen in der näheren Umgebung anzeigen, und das Auftreten beider "Nachweissignale" wird anzeigen, dass der Dampf den überwachten Raum gefüllt hat. Die tatsächliche Messung wird stattfinden, wenn beide "Nachweissignale" innerhalb eines vorherbestimmten Zeitintervalls (z. B. 1-10 Sekunden) aufgetreten sind. Das Verhältnis von So/St und Do/Dt wird außerdem unzulässige Dämpfung durch Störmittel, z. B. schmutzige Fenster in den modularen Einheiten, anzeigen und wird ein Signal in dieser Hinsicht bereitstellen.
• In allen oben beschriebenen Anordnungen wird eine Gasprobe aus einem überwachten Bereich einer Prüfkammer zugeführt, in der die Prüfungen vorgenommen werden. Fig. 5 und Fig. 5a veranschaulichen eine Anordnung, in der das Gas in dem überwachten Bereich direkt und fortlaufend untersucht wird.
• Folglich umfasst gemäß der Fig. 5 und der Fig. 5a der überwachte Bereich, allgemein als 50 bezeichnet, eine Vielzahl von Strahlungseinheiten 55a-55c an unterschiedlichen Stellen auf einer Seite des überwachten Bereiches 50, und eine Vielzahl von Detektoreinheiten 56a-56c auf der gegenüberliegenden Seite des überwachten Bereiches 50, wobei eine jede mit einer der Strahlungseinheiten 55a-55c ausgerichtet sit. Alle die Strahlungseinheiten und Detektoreinheiten werden durch eine entfernte Zentralsteuer- und Logikeinheit 57 gesteuert. Kreuzkorrelation zwischen den verschiedenen Detektoreinheiten 56a-56c ermöglicht eine volle Abdeckung des überwachten Bereichs.
• Wie früher angegeben, können die Systeme von Fig. 2-5 auf alle Spektralbereiche oder jede beliebige Zahl dieser Bereiche prüfen, die oben mit Bezug auf das System von Fig. 1, insbesondere das Flussdiagramm von Fig. 1a und die entsprechende Tabelle, beschrieben wurden. Folglich können alle der obigen Systeme nicht nur auf die Gegenwart eines vorherbestimmten Kohlenwasserstoffdampfes prüfen, der von einer vorherbestimmten Konzentration abweicht, z. B. einer Konzentration, die eine mögliche leicht entzündliche oder explosive Atmosphäre anzeigt, oder lediglich einer Konzentration, die von einer "sauberen" Atmosphäre um einen vorherbestimmten Betrag abweicht, sondern auch auf die Gegenwart von Flamme, Wasserdampf, Rauch und/oder Rußpartikel, die anzeigen können, dass ein Brand bereits begonnen hat.
• Wenn technischen Merkmalen, die in einem der Ansprüche erwähnt sind, Bezugszeichen folgen, wurden diese Bezugszeichen nur zu dem Zweck aufgenommen, die Verständlichkeit der Ansprüche zu erhöhen, und entsprechend haben derartige Bezugszeichen keine begrenzende Wirkung auf die Tragweite jedes Elementes, das nur exemplarisch durch solche Bezugszeichen gekennzeichnet ist.

Claims (35)

1. Ein Verfahren zum Nachweis einer potentiell leicht entzündlichen oder explosiven Atmosphäre in einem überwachten Bereich durch Prüfen auf die Gegenwart mindestens eines vorherbestimmten leicht entzündlichen Kohlenwasserstoffdampfes einer vorherbestimmten Konzentration in dem überwachten Bereich, das die Schritte umfasst:

das Aussetzen von Luft im oder vom überwachten Bereich gegenüber einer Strahlung eines oder mehrerer der ultravioletten, sichtbaren, infraroten und Mikrowellenspektralbereiche, worin die Strahlung durch mindestens eine Quarzxenon-Blitzlampe bereitgestellt wird, die Strahlung einer Wellenlänge von 0,2 bis 4,5 um emittiert, einschließlich eines ultravioletten Spektralbereiches, eines Spektralbereiches des sichtbaren Lichts und eines infraroten Spektralbereiches;

das Nachweisen der. Strahlung innerhalb mindestens eines vorherbestimmten Spektralbandes in dem ultravioletten Spektralbereich oder infraroten Spektralbereich, nachdem sie durch die Luft hindurchgegangen ist; und

das Vergleichen der nachgewiesenen Strahlung mit mindestens einer entsprechenden Referenz von vorherbestimmten Dämpfungsmerkmalen des mindestens einen vorherbestimmten Kohlenwasserstoffdampfes der vorherbestimmten Konzentration in dem mindestens einen Spektralband;

wodurch ein möglicher leicht entzündlicher oder explosiver Zustand angezeigt werden kann.

2. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das mindestens ein Spektralband eine erste Wellenlänge einschließt, die von dem mindestens einen vorherbestimmten Kohlenwasserstoffdampf absorbiert wird, und eine zweite Referenzwellenlänge, die von dem mindestens einen vorherbestimmten Kohlenwasserstoffdampf nicht absorbiert wird.

3. Das Verfahren gemäß Anspruch 2, das weiter den Schritt des Berechnens der Konzentration des mindestens einen vorherbestimmten Kohlenwasserstoffdampfes basierend auf dem sich ändernden Verhältnis zwischen der nachgewiesenen Strahlung der ersten Wellenlänge und der nachgewiesenen Strahlung der zweiten Referenzwellenlänge einschließt.

4. Das Verfahren gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Verfahren außerdem angepasst ist, unterschiedliche vorherbestimmte Gase nachzuweisen und zwischen ihnen zu unterscheiden, und worin die Strahlung innerhalb jedes einer Vielzahl von Spektralbändern, einschließlich mindestens eines Bandes in dem ultravioletten Spektralbereich oder infraroten Spektralbereich, nachgewiesen wird, wobei jedes dieser Spektralbänder Wellenlängen einschließt, die von einem vorherbestimmten Gas absorbiert werden.

5. Das Verfahren gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Verfahren außerdem angepasst ist, unterschiedliche vorherbestimmte Zustände nachzuweisen und zwischen ihnen zu unterscheiden, wobei die Zustände gewählt sind aus der Gruppe bestehend aus:

(a) einem Flammenzustand;

(b) einem Kohlenwasserstoffgaszustand;

(c) einem Wasserdampfzustand; und

(d) einem heißen oder kalten Rauch- oder Rußzustand;

und worin jedes der Spektralbänder eine Wellenlänge einschließt, die in einem vorherbestimmten Zustand absorbiert wird.

6. Das Verfahren gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Strahlung innerhalb des Bandes von Wellenlängen zwischen 0,1 um und 0,4 um nachgewiesen wird.

7. Das Verfahren gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Strahlung innerhalb des Bandes von Wellenlängen zwischen 0,16 um und 0,14 um nachgewiesen wird.

8. Das Verfahren gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Strahlung innerhalb des Bandes von Wellenlängen zwischen 0,2 um und 0,3 um nachgewiesen wird.

9. Das Verfahren gemäß Anspruch 1 oder irgendeinem Anspruch, der von Anspruch 1 abhängig ist, worin die Luft weiter Strahlung im Mikrowellenspektralbereich ausgesetzt wird, und worin die Mikrowellenstrahlung innerhalb eines vorherbestimmten Spektralbandes nachgewiesen wird.

10. Das Verfahren gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Verfahren angepasst ist, zusätzlich die Gegenwart eines toxisches Gases in dem überwachten Bereich zu prüfen.

11. Vorrichtung zum Nachweis einer potentiell leicht entzündlichen oder explosiven Atmosphäre in einem überwachten Bereich durch Prüfen auf die Gegenwart mindestens eines vorherbestimmten leicht entzündlichen Kohlenwasserstoffdampfes einer vorherbestimmten Konzentration in dem überwachten Bereich, die folgendes umfasst:

mindestens ein Strahlungselement (15) von einem oder mehreren der ultravioletten, sichtbaren, infraroten und Mikrowellenspektralbereiche, worin das Strahlungselement (15) mindestens eine Quarzxenon-Blitzlampe umfasst, die Strahlung einer Wellenlänge von 0,2 bis 4,5 um emittiert, einschließlich eines ultravioletten Spektralbereiches, eines Spektralbereiches des sichtbaren Lichts und eines infraroten Spektralbereiches;

Mittel zum Aussetzen von Luft (10) im oder vom überwachten Bereich gegenüber einer Strahlung des mindestens einen Elementes;

mindestens ein nachweisendes Element (16) zum Nachweisen von Strahlung innerhalb mindestens eines vorherbestimmten Spektralbandes in dem ultravioletten Spektralbereich oder infraroten Spektralbereich, nachdem sie durch die Luft hindurchgegangen ist; und

Mittel zum Vergleichen (19) der nachgewiesenen Strahlung mit mindestens einer entsprechenden Referenz von vorherbestimmten Dämpfungsmerkmalen des mindestens einen vorherbestimmten Kohlenwasserstoffdampfes der vorherbestimmten Konzentration in dem mindestens einen Spektralband, um anzuzeigen, ob ein möglicher leicht entzündlicher oder explosiver Zustand nachgewiesen worden ist.

12. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 11, worin das mindestens ein Spektralband eine erste Wellenlänge einschließt, die von dem mindestens einen vorherbestimmten Kohlenwasserstoffdampf absorbiert wird, und eine zweite Referenzwellenlänge, die von dem mindestens einen vorherbestimmten Kohlenwasserstoffdampf nicht absorbiert wird.

13. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 12, die weiter Mittel zum Berechnen der Konzentration des mindestens einen vorherbestimmten Kohlenwasserstoffdampfes basierend auf dem sich ändernden Verhältnis zwischen der nachgewiesenen Strahlung der ersten Wellenlänge und der nachgewiesenen Strahlung der zweiten Referenzwellenlänge einschließt.

14. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 11 oder irgendeinem Anspruch, der von Anspruch 11 abhängig ist, worin die Vorrichtung außerdem angepasst ist, unterschiedliche vorherbestimmte Gase nachzuweisen und zwischen ihnen zu unterscheiden, und worin die Strahlung innerhalb jedes einer Vielzahl von Spektralbändern nachgewiesen wird, wobei jedes der Spektralbänder eine Wellenlänge einschließt, die von einem vorherbestimmten Gas absorbiert wird.

15. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 11 oder irgendeinem Anspruch, der von Anspruch 11 abhängig ist, worin die Vorrichtung außerdem angepasst ist, unterschiedliche vorherbestimmte Zustände nachzuweisen und zwischen ihnen zu unterscheiden, wobei die Zustände gewählt sind aus der Gruppe bestehend aus:

(a) einem Flammenzustand;

(b) einem Kohlenwasserstoffgaszustand;

(c) einem Wasserdampfzustand; und

(d) einem heißen oder kalten Rauch- oder Rußzustand;

und worin jedes der Spektralbänder eine Wellenlänge einschließt, die in einem vorherbestimmten Zustand absorbiert wird.

16. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 11 oder irgendeinem Anspruch, der von Anspruch 11 abhängig ist, die weiter eine Quelle für Strahlung einschließt, die Strahlung im Mikrowellenspektralbereich emittiert, und worin die Mikrowellenstrahlung innerhalb eines vorherbestimmten Spektralbandes nachgewiesen wird.

17. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 11 oder irgendeinem Anspruch, der von Anspruch 11 abhängig ist, worin das nachweisende Element Strahlung innerhalb des Bandes von Wellenlängen zwischen 0,1 um und 0,4 um nachweist.

18. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 11 oder irgendeinem Anspruch, der von Anspruch 11 abhängig ist, worin das nachweisende Element Strahlung innerhalb des Bandes von Wellenlängen zwischen 0,16 um und 0,14 um nachweist.

19. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 11 oder irgendeinem Anspruch, der von Anspruch 11 abhängig ist, worin das nachweisende Element Strahlung innerhalb des Bandes von Wellenlängen zwischen 0,2 um und 0,3 um nachweist.

20. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 11 oder irgendeinem Anspruch, der von Anspruch 11 abhängig ist, die weiter eine Prüfkammer einschließt, um Luft aus dem überwachten Bereich der Strahlung auszusetzen, die von dem Blizlampenstrahlungselement emittiert wird.

21. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 20, worin die Prüfkammer einen Eingang umfasst, der mit dem überwachten Bereich zur Aufnahme von Gas hieraus verbunden ist, und einen Strömungsweg umfasst, durch den das Gas zu einem Ausgang strömt, wobei das Blizlampenstrahlungselement und das nachweisende Element auf gegenüberliegenden Seiten des Strömungsweges sind.

22. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 20 oder 21, worin das Blitzlampenstrahlungselement außerhalb der Prüfkammer ist, und worin die Prüfkammer ein Fenster umfasst, durch welches das äußere Blitzlampenstrahlungselement ausgerichtet ist.

23. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 20-22, worin das nachweisende Element außerhalb der Prüfkammer ist, und die Prüfkammer ein Fenster umfasst, durch welches das äußere nachweisende Element ausgerichtet ist.

24. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 21, worin das Blitzlampenstrahlungselement innerhalb der Prüfkammer von einer ersten Position bezüglich des nachweisenden Elementes zu einer zweiten Position näher zu dem nachweisenden Element verschiebbar ist; und worin die Vorrichtung eine logische Schaltungsanordnung umfasst, wobei die Schaltungsanordnung erste und zweite Ausgangssignale der nachweisenden Elemente in den beiden Positionen des Blitzlampenstrahlungselementes empfängt und diese Ausgangssignale verarbeitet, um den Einfluss von im wesentlichen konstanten Zuständen zu beseitigen.

25. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 21, worin die Prüfkammer erste und zweite Abschnitte von unterschiedlichen Querabmessungen aufweist, und worin das nachweisende Element ein erstes Glied auf dem ersten Abschnitt und ein zweites Glied auf dem zweiten Abschnitt umfasst, wobei das erste und zweite Glied mit dem Blitzlampenstrahlungselement ausgerichtet sind; und worin die Vorrichtung eine logische Schaltungsanordnung umfasst, wobei die Schaltungsanordnung erste und zweite Ausgangssignale von dem ersten und zweiten Glied des nachweisenden Elementes empfängt und diese Ausgangssignale verarbeitet, um den Einfluss der Stabilität der Elemente der elektronischen Schaltung, der Stromversorgung, von Temperaturschwankungen und dem Altern der Detektoren und anderer Elemente der elektronischen Schaltung zu beseitigen.

26. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 21 oder irgendeinem Anspruch, der von Anspruch 21 abhängig ist, worin der Eingang über eine semipermeable Membran mit dem überwachten Bereich verbunden ist.

27. Die Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 11-19, worin das mindestens eine Strahlungselement und das mindestens eine nachweisende Element direkt auf das Gas in dem überwachten Bereich wirken.

28. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 27, die eine Vielzahl von Strahlungseinheiten an unterschiedlichen Stellen auf einer Seite des überwachten Bereiches und eine Vielzahl von Detektoreinheiten auf der gegenüberliegenden Seite des überwachten Bereiches umfasst.

29. Die Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 11-28, worin die Vorrichtung angepasst ist, zusätzlich die Gegenwart eines toxischen Gases in dem überwachten Bereich zu prüfen.

30. Ein System zum direkten und fortlaufenden Prüfen des Gases in einem überwachten Bereich auf die Gegenwart mindestens eines vorherbestimmten leicht entzündlichen Kohlenwasserstoffdampfes in einer vorherbestimmten potentiell leicht entzündlichen oder explosiven Konzentration, worin:

mindestens ein Strahlungselement, das auf einer Seite des überwachten Bereiches angeordnet ist, Strahlung eines oder mehrerer der ultravioletten, sichtbaren, infraroten und Mikrowellenspektralbereiche emittiert, worin das mindestens eine Strahlungselement eine Quarzxenon-Blitzlampe ist oder mindestens eine Quarzxenon-Blitzlampe umfasst, die Strahlung einer Wellenlänge von 0,2 bis 4,5 um emittiert, einschließlich eines ultravioletten Spektralbereiches, eines Spektralbereiches des sichtbaren Lichts und eines infraroten Spektralbereiches;

mindestens ein Empfänger, der auf der gegenüberliegenden Seite des überwachten Bereiches angeordnet ist, Strahlung innerhalb mindestens eines vorherbestimmten Spektralbandes in dem ultravioletten Spektralbereich oder infraroten Spektralbereich nachweist, nachdem sie durch das Gas hindurchgegangen ist; und

die nachgewiesene Strahlung mit mindestens einer entsprechenden Referenz von vorherbestimmten Dämpfungsmerkmalen des mindestens einen vorherbestimmten Kohlenwasserstoffdampfes der vorherbestimmten Konzentration in dem mindestens einen Spektralband verglichen wird;

wodurch ein potentiell leicht entzündlicher oder explosiver Zustand der Atmosphäre nachgewiesen werden kann.

31. Das System gemäß Anspruch 30, worin mindestens ein Empfänger Strahlung mit einer Wellenlänge von 3,4 um nachweist.

32. Das System gemäß irgendeinem der Ansprüche 30 und 31, das angepasst ist, zusätzlich die Gegenwart eines toxischen Gases in dem überwachten Bereich zu prüfen.

33. Das Verfahren gemäß Anspruch 1 oder irgendeinem Anspruch, der von Anspruch 1 abhängig ist, worin der überwachte Bereich sich in einem Lagerbereich von Petrochemikalien befindet.

34. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 11 oder irgendeinem Anspruch, der von Anspruch 11 abhängig ist, worin der überwachte Bereich sich in einem Lagerbereich von Petrochemikalien befindet.

35. Das System gemäß Anspruch 30 oder irgendeinem Anspruch, der von Anspruch 30 abhängig ist, worin der überwachte Bereich sich in einem Lagerbereich von Petrochemikalien befindet.