ES2268716T3 - Detector optoacustico de gases. - Google Patents
Detector optoacustico de gases. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2268716T3 ES2268716T3 ES97101168T ES97101168T ES2268716T3 ES 2268716 T3 ES2268716 T3 ES 2268716T3 ES 97101168 T ES97101168 T ES 97101168T ES 97101168 T ES97101168 T ES 97101168T ES 2268716 T3 ES2268716 T3 ES 2268716T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- gas
- cell
- light source
- filter
- measuring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 21
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 23
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 claims description 2
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 claims 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 claims 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 49
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 2
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000032900 absorption of visible light Effects 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002730 additional effect Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 1
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 238000010895 photoacoustic effect Methods 0.000 description 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/1702—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with opto-acoustic detection, e.g. for gases or analysing solids
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/1702—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with opto-acoustic detection, e.g. for gases or analysing solids
- G01N2021/1704—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with opto-acoustic detection, e.g. for gases or analysing solids in gases
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
- G01N2291/028—Material parameters
- G01N2291/02809—Concentration of a compound, e.g. measured by a surface mass change
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
- G01N2291/028—Material parameters
- G01N2291/02872—Pressure
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Detector de gases optoacústico con un cuerpo sensor, que presenta una fuente de luz (10), una célula de medida (6) con una membrana permeable a los gases (15) y un micrófono de medida (13), un filtro óptico de medida (11) dispuesto entre la fuente de luz (10) y la célula de medida (6) y un dispositivo electrónico de evaluación, caracterizado porque el cuerpo sensor presenta una célula de referencia (7) separada de la célula de medida (6), con una membrana permeable a los gases (15) y un micrófono de referencia (14), protegido contra las señales optoacústicas del gas a detectar, porque entre la fuente de luz (10) y la célula de referencia (7) se dispone un filtro óptico de referencia (12), que no permite el paso a la célula de referencia (7) de ninguna radiación directa o sólo aquella radiación de la fuente de luz (10), que no es absorbida o sólo muy poco por el gas a medir, y porque en el dispositivo electrónico de evaluación se lleva a cabo una resta de las señales de ambos micrófonos (13,14).
Description
Detector optoacústico de gases.
La presente invención está relacionada con un
detector optoacústico de gases, con un cuerpo sensor, que presenta
una fuente de luz, una célula de medida con una membrana permeable a
los gases y un micrófono de medida, un filtro óptico de medida
dispuesto entre la fuente de luz y la célula de medida y un
dispositivo electrónico de evaluación.
La función de este detector de gases radica en
el efecto fotoacústico, en el que por irradiación de un gas a
detectar con luz modulada, se origina una onda acústica de presión,
cuyo tamaño es directamente proporcional a la concentración del gas
en cuestión. La onda acústica de presión surge por tanto, porque el
gas absorbe la radiación luminosa y, de este modo, se calienta. De
esto resulta una dilatación térmica y, proporcionalmente a la
modulación de la radiación luminosa, una oscilación periódica de la
presión.
Entonces se puede obtener una medición de la
presión acústica en base a la concentración del gas a detectar. Los
diversos gases se diferencian mediante el empleo de fuentes de luz
de diferentes longitudes de onda, correspondientes a las longitudes
de absorción de los gases. Para ello se emplean focos láser o
fuentes de luz de banda ancha, como por ejemplo filamentos
incandescentes junto con filtros ópticos pasabanda. Los detectores
optoacústicos de gases del tipo especificado inicialmente se
describen por ejemplo en la EP-A-0
151 474 y la EP-A-0 760 474
(documento incluido en el artículo 54 (3) EPÜ). En el caso del
último detector de gases, el eje longitudinal de la célula de
medida discurre perpendicular al eje longitudinal del cuerpo sensor
y la fuente de luz se dispone aquí de forma que irradia la célula
de medida y la membrana permanece sin irradiar y no puede originar
ninguna señal de interferencia. El detector de gases es además a
prueba de explosiones, mientras que la fuente de luz está aislada
de forma estanca del ambiente. Este sensor ha demostrado ser muy
bueno en la práctica, mientras la concentración de los gases a
detectar se encuentre por encima de una determinada concentración
mínima, siendo éste siempre el caso del CO_{2} en la práctica.
En cambio, en el arte actual, este tipo de
sensores optoacústico apenas pueden detectar disolventes
inflamables, que contienen enlaces CH, en el intervalo de 300 -
3000 ppm ó NH_{3} en el intervalo de 100 -
200 ppm. La detección de disolventes inflamables, que contienen enlaces CH, sería una aplicación especialmente importante del detector optoacústico de gases, pues en el citado intervalo de 300 - 3000 ppm los pellistores sólo se pueden emplear condicionalmente y se pueden envenenar además fácilmente, y porque los sensores de óxidos metálicos, aunque pueden detectar las citadas concentraciones, son sin embargo muy inestables.
200 ppm. La detección de disolventes inflamables, que contienen enlaces CH, sería una aplicación especialmente importante del detector optoacústico de gases, pues en el citado intervalo de 300 - 3000 ppm los pellistores sólo se pueden emplear condicionalmente y se pueden envenenar además fácilmente, y porque los sensores de óxidos metálicos, aunque pueden detectar las citadas concentraciones, son sin embargo muy inestables.
El motivo de la limitada sensibilidad de los
detectores optoacústicos de gases estriba en que los
apantallamientos (señal del neutro), fluctuaciones de la presión
del aire (originadas por el accionamiento de puertas o de sistemas
de ventilación) y vibraciones (originadas por el propio edificio o
por motores o personas) generan señales de interferencia, que
limitan el límite de detección de los detectores optoacústicos de
gases hacia abajo. La solución obvia para la minimización de las
citadas señales se encontraría en el empleo de mayores células de
medida y mayores fuentes de luz, lo que conduciría sin embargo a un
perceptible aumento de las dimensiones del cuerpo sensor y a un
correspondiente aumento de los costes del sensor.
Mediante la presente invención debería
especificarse un detector optoacústico de gases del tipo citado
inicialmente con una sensibilidad claramente mayor.
Este objetivo se resuelve conforme a la
invención mediante las características de la Reivindicación 1, según
las cuales el cuerpo sensor presenta una célula de referencia
separada de la célula de medida, con una membrana permeable a los
gases y un micrófono de referencia, protegido contra las señales
optoacústicas del gas a detectar; según las cuales entre la fuente
de luz y la célula de referencia se dispone un filtro óptico de
referencia, que no permite el paso a la célula de referencia de
ninguna radiación directa o sólo aquella radiación de la fuente de
luz, que no es absorbida o sólo muy poco por el gas a medir; y según
las cuales en el dispositivo electrónico de evaluación se lleva a
cabo una resta de las señales de ambos micrófonos.
Mediante la solución conforme a la invención se
eliminan las señales de interferencia generadas por las vibraciones
y fluctuaciones de la presión del aire originadas. La eliminación de
las primeras señales de interferencia se lleva a cabo mediante el
empleo del micrófono de referencia, que no recibe ninguna señal
optoacústica del gas a medir, y la eliminación de las últimas se
realiza mediante la célula de referencia espacialmente separada con
el micrófono de referencia.
Mediante el empleo de uno de estos filtros de
referencia se garantiza, que en la célula de referencia no se
produzca ninguna señal optoacústica del gas a detectar, de forma que
el micrófono de referencia tampoco pueda recibir ninguna de estas
señales. Además, con el filtro de referencia se eliminan también las
señales del neutro originadas por apantallamientos, que proceden
principalmente del calentamiento modulado del filtro óptico
dispuesto entre la fuente de luz y la célula de medida.
Gracias a la
US-A-4 058 725 se conocen un
detector optoacústico de gases con células de medida y de referencia
estando, sin embargo, en este sensor la célula de referencia
aislada del ambiente, de forma que no se pueden eliminar las
señales de interferencia creadas por las oscilaciones de la
presión.
En Springer Series in Optical Sciences, vol. 62,
Fenómenos Fotoacústicos y Fototérmicos II (Photoacustic and
Photothermal Phenomena II), pág. 369, describen O. Oehler y H. Blum
un detector optoacústico con dos células de medida, dos fuentes de
luz, dos filtros ópticos y un micrófono simétrico incorporado entre
las células de medida, cuya membrana está en contacto con el
volumen de gas de ambas células de medida. Ambas células de medida
reciben luz pulsante con la misma frecuencia, estando sin embargo
ambas intensidades luminosas desfasadas unos 180° una de otra.
Ambas células se conectan a través de válvulas con una cámara de
muestra, en la que se localiza una hoja de árbol, cuyas actividades
gaseosas deberían medirse. El aire se trasiega por todo el sistema
y se mide en cada caso entre los impulsos de la bomba.
El detector optoacústico de gases descrito en
este artículo, con dos células de medida y un micrófono, no puede
solucionar el objetivo establecido, pues, por una parte, no se
pueden compensar las vibraciones mecánicas que se transmiten a la
membrana del micrófono y originan por eso señales de interferencia,
y porque, por otra parte, las señales del neutro generadas por los
apantallamientos no pueden compensarse tampoco. Además, este
detector de gases es relativamente difícil de fabricar y caro.
A continuación se describe a fondo la invención
en base a un ejemplo de ejecución y los dibujos; muestran:
la Fig. 1, una representación de explosión de un
detector de gases conforme a la invención;
la Fig. 2, una sección axial esquemática del
detector de gases de la Fig. 1; y
la Fig. 3 un diagrama de bloques del detector de
gases de la Fig. 1.
El detector de gases consiste según la
representación en dos semicarcasas semiesféricas idénticas 1 y 2 de
moldeo por inyección de aluminio u otro material apropiado, que
forman al unirse un cuerpo sensor cilíndrico, en un cuadro de
circuitos impresos 3 y dos anillos de seguridad 4 y 5. Cada una de
las dos semicarcasas 1 y 2 contiene una cámara cilíndrica,
sirviendo la cámara de una semicarcasa 1 como célula de medida 6 y
la cámara de la otra semicarcasa 2 como célula de referencia 7, y
una cámara 8 y/o 9 alojada delante de la célula de medida y de la
célula de referencia 6 y/o 7 prevista para la incorporación de una
fuente de luz común a la célula de medida y la de referencia 6 y/o
7. Las células de medida 6 y de referencia 7 están aisladas de la
fuente de luz 10 cada una mediante un filtro óptico de medida 11 y/o
de referencia 12. La fuente de luz 10 se dispone preferentemente de
forma que su filamento incandescente se encuentre sobre la
prolongación de los ejes longitudinales de ambas cámaras
cilíndricas, célula de medida 6 y célula de referencia 7.
La célula de medida y la de referencia 6 y/o 7
presentan, cada una, en la superficie de su base un orificio para
la inserción de un micrófono de medida 13 y/o un micrófono de
referencia 14. Las superficies frontales superiores de ambas
semicarcasas 1 y 2 presentan, cada una, una abertura continua hasta
la célula de medida y/o de referencia 6, 7, en cada una de las
cuales se inserta una membrana permeable a los gases 15 y al final
de ésta una rejilla 16. La membrana 15, permeable al gas e
impermeable a las gotitas de agua, consiste en un material de malla
tupida con una luz del orden de nanómetros. Las rejillas 16 sirven
como portadores de las membranas 15 y evitan además una irradiación
directa de las membranas por parte de la fuente de luz 10. Los
micrófonos de medida 13, de referencia 14 y la fuente de luz 10
están montados sobre el cuadro de circuitos impresos 3, que además
tiene incluso un fotodiodo 17 para la monitorización de la
intensidad de la luz emitida por la fuente de luz 10.
En la base de las cámaras 8 y 9 se prevén
perforaciones 18 y 19 para la incorporación de la fuente de luz 10
y del fotodiodo 17, disponiéndose el orificio 18 para la fuente de
luz 10 en la superficie de separación entre las dos semicarcasas 1,
2, de forma que la fuente de luz 10 se localice hacia la mitad del
interior de una de las semicarcasas 1, 2. El orificio 19 para el
fotodiodo 17 se practica según la representación en la base de la
cámara 8, pudiendo sin embargo hallarse asimismo como el orificio 18
hacia la mitad del interior de cada cámara. En cada caso se, para
que ambas semicarcasas 1 y 2 sean idénticas y sólo se necesite un
molde para su elaboración, también la cámara 9 está provista de
estos orificios. Ambas semicarcasas 1 y 2 están provistas por su
superficie lateral plana con pernos y los orificios
correspondientes, que sirven para la guía y ajuste. En el estado
listo para el servicio del sensor se pegan el filtro de medida y el
filtro de referencia 11, 12 en las correspondientes mitades del
sensor 1 y/o 2, las mitades del sensor 1 y 2 se unen por sus
superficies laterales planas, se fijan y afianzan con los anillos 4
y 5, preferentemente pegados o encolados y el cuadro de circuitos
impresos 3 se fija al cuerpo sensor. Las células de medida y de
referencia 6 y/o 7 y los micrófonos de medida y de referencia 13
y/o 14 son idénticos.
El cuadro de circuitos impresos 3 está conectado
a otro cuadro de circuitos impresos no representado, que contiene
un dispositivo de accionamiento y un dispositivo electrónico de
evaluación. La fuente de luz 10 es una lámpara convencional con un
filamento incandescente o un foco láser. El fotodiodo 17 consiste en
una célula de silicio y un filtro de luz diurna. En el caso de
empleo de una lámpara con filamento incandescente como fuente de
luz 10, el fotodiodo 17 mide la intensidad luminosa en un rango de
longitudes de onda en torno a preferentemente 900 nm. El filamento
incandescente emite luz a lo largo de un amplio espectro hasta la
zona infrarroja, y, en la mayoría de los casos, se usa una línea
espectral de la zona infrarroja para la detección de gases. Sin
embargo, de esto puede concluirse, que una medición de control de la
intensidad luminosa a 900 nm para la supervisión de la intensidad
luminosa en la zona infrarroja es suficientemente significativa y
fiable. Si la fuente de luz 10 irradia preferentemente en la zona de
infrarrojos de onda larga, puede emplearse también un sensor
infrarrojo en vez del fotodiodo de silicio 17.
La electrónica de accionamiento hace que la
fuente de luz 10 conecte y desconecte en un ciclo de operación de
1:3, durando un ciclo de conexión aproximadamente 1/10 segundo. El
calentamiento del filamento incandescente durante la conexión de la
fuente de luz 10 se lleva a cabo por regla general más rápido que el
enfriamiento durante la desconexión, de forma que el ciclo de
operación de 1:3 garantiza un enfriamiento suficiente del filamento
incandescente tras la desconexión. Las señales de salida del
micrófono de medida 13 y del micrófono de referencia 14 se
transmiten al dispositivo electrónico de evaluación, donde se
realiza una resta de las dos señales (Fig. 3). El resultado de esta
resta se amplifica y se convierten mediante rectificación sensible
a la fase en una tensión continua. La determinación del valor de la
concentración de gas se lleva a cabo mediante la comparación de la
señal de tensión con valores de calibración almacenados, a los que
se asignan valores de concentración del gas.
El filtro de medida y el de referencia 11 y/o 12
actúan como filtros ópticos pasabanda con una banda característica
de transmisión característica del gas a detectar en forma de
estrecha banda espectral. Esta banda espectral se encuentra para la
comprobación del CO_{2} en torno a 4.25 Pm, para la comprobación
del NH_{3} en torno a 10 Pm. Los filtros 11 y 12 se pegan con un
adhesivo que absorbe la luz visible en el interior de su semicarcasa
1 y/o 2, evitando la absorción de la luz visible la iluminación de
la célula de medida y de la de referencia 6 y/o 7 con longitudes de
onda no deseadas. Mediante la absorción de la luz visible se
calientan el adhesivo y los filtros 11 y 12. De esta forma se
genera una señal acústica, empleada para el control funcional de los
micrófonos 13, 14, de la fuente de luz 10 y del fotodiodo 17. Pues
tan pronto como esta señal desaparece, por lo menos uno de los
componentes citados deja de ser funcional. No se representan los
circuitos que sirven para este control funcional.
En el régimen de marcha del detector de gases se
irradia el gas presente en la célula de medida con luz modulada de
la fuente de luz 10. El gas absorbe la radiación luminosa y, de esta
forma, se calienta. De esto surge una dilatación térmica y, una
oscilación periódica de la presión correspondiente a la modulación
de la radiación luminosa, de forma que se forma una onda acústica
de presión, cuya intensidad es directamente proporcional a la
concentración del gas. La concentración buscada se determina por
medición de la presión acústica.
La dependencia de la señal de medida de las
dimensiones y propiedades adicionales de la célula de medida 6 y la
determinación de la curva de calibración se describen detalladamente
en el registro europeo de patente Nr. 95 113 854.4 citado
inicialmente y no se siguen describiendo aquí. En este contexto, se
remite al citado registro europeo de patente.
Si no se prevén ninguna célula de referencia 7 y
ningún micrófono de referencia 14, entonces se superponen señales
de interferencia a la señal de medida del detector de gases en
cuestión, que reducen el límite de detección del sensor. Las
señales de interferencia se originan esencialmente por
apantallamientos, fluctuaciones de la presión del aire y
vibraciones.
Las señales de interferencia originadas por
vibraciones se eliminan porque paralelamente al micrófono de medida
13 se usa como referencia un segundo micrófono idéntico (micrófono
de referencia 14), que no recibe ninguna señal optoacústica S (Fig.
3) del gas a detectar, y las señales de ambos micrófonos se restan.
Las señales de interferencia originadas por fluctuaciones de la
presión del aire (sistemas de ventilación, apertura y cierre de
puertas y ventanas) se eliminan usándose paralelamente a la célula
de medida 6 una célula de referencia 7 y disponiendo el micrófono
de referencia 14 en esta célula de referencia. Entonces las señales
de interferencia se contienen tanto en la señal de la célula de
medida como también en la señal de la célula de referencia, y no
afectan a la señal de medida obtenida mediante la resta de ambas
señales. El micrófono de referencia 14 en la célula de referencia 7
no puede recibir ninguna señal optoacústica S del gas a detectar,
para eliminar asimismo las señales originadas por vibraciones. Esta
condición debe satisfacerla de la forma más simple posible el
hecho, de que no se lleve a cabo en la célula de referencia 7
ninguna irradiación del gas allí contenido con luz modulada o que
la radiación incidente en la célula de referencia 7 no es absorbida
o sólo muy poco por el gas a detectar.
Los apantallamientos originan las llamados
señales del neutro, lo que proviene principalmente de el
calentamiento modulado del filtro de medida 11. Estos
apantallamientos se eliminan debido a que en la célula de referencia
7 se dispone un filtro de referencia 12 irradiado por una fuente de
luz idéntica, que se calienta asimismo de forma modulada.
Preferentemente se emplea, tal como se representa en las Fig. 1 y 2,
para las células de medida y de referencia 6 y/o 7 una fuente común
de luz 10.
En el caso de empleo de un filtro de referencia
12 debe asegurarse sin duda, que el filtro de referencia no permita
el paso ninguna radiación directa de la misma fuente de luz a la
célula de referencia 7, que podría absorber el gas a detectar. Esta
condición cumple por una parte, que el filtro de referencia 12
consistente en un material que absorbe por lo menos parcialmente en
el espectro visible (por ejemplo silicio, polietileno ennegrecido y
similares), provisto en su cara orientada hacia la célula de
referencia 7 con una capa reflectante 20 (Fig. 2), por lo que el
filtro de referencia presenta las siguientes propiedades:
\bullet El filtro de referencia 12 se calienta
por absorción de la parte visible de la radiación de la fuente de
luz 10 aproximadamente igual que el filtro de medida 11.
\bullet En la capa reflectante 20 se refleja
la radiación infrarroja no absorbida en la célula de medida 6,
aumentado la señal útil.
\bullet Ninguna radiación infrarroja directa
de la fuente de luz 10 llega a la célula de referencia 7.
Por otra parte, el filtro de referencia 12 puede
formarse sin embargo también sin capa reflectante 20 y la radiación
infrarroja puede penetrar en la célula de referencia 7. En este caso
debe asegurarse, que la radiación infrarroja que penetra en la
célula de referencia 7 o bien presenta una longitud de onda
diferente de la radiación infrarroja que penetra en la célula de
medida 6 o es muy poco absorbida por el gas a comprobar.
Para el montaje del detector de gases se pegan
los filtros de medida y de referencia 11 y/o 12 en el interior de
la respectiva semicarcasa 1 y/o 2, y el cuadro de circuitos impresos
3 se equipa con los componentes necesarios: fuente de luz 10,
micrófono de medida 13, micrófono de referencia 14 y fotodiodo 17.
Entonces se pegan ambas semicarcasas 1 y 2 y se aseguran con las
bandas superiores de los anillos 4 y 5, y finalmente se fija el
cuadro de circuitos impresos 3 al cuerpo sensor.
Claims (6)
1. Detector de gases optoacústico con un cuerpo
sensor, que presenta una fuente de luz (10), una célula de medida
(6) con una membrana permeable a los gases (15) y un micrófono de
medida (13), un filtro óptico de medida (11) dispuesto entre la
fuente de luz (10) y la célula de medida (6) y un dispositivo
electrónico de evaluación, caracterizado porque el cuerpo
sensor presenta una célula de referencia (7) separada de la célula
de medida (6), con una membrana permeable a los gases (15) y un
micrófono de referencia (14), protegido contra las señales
optoacústicas del gas a detectar, porque entre la fuente de luz
(10) y la célula de referencia (7) se dispone un filtro óptico de
referencia (12), que no permite el paso a la célula de referencia
(7) de ninguna radiación directa o sólo aquella radiación de la
fuente de luz (10), que no es absorbida o sólo muy poco por el gas
a medir, y porque en el dispositivo electrónico de evaluación se
lleva a cabo una resta de las señales de ambos micrófonos (13,
14).
2. Detector de gases acorde a la Reivindicación
1, caracterizado porque el filtro de referencia (12) consiste
en un material transparente para la radiación infrarroja, pero al
menos parcialmente absorbente en el espectro visible y provisto en
su cara orientada hacia la célula de referencia (7) de una capa
reflectante (20).
3. Detector de gases acorde a la Reivindicación
1, caracterizado porque entre la fuente de luz (10) y la
célula de referencia (7) se dispone un filtro óptico de referencia
(12), que permite el paso a la célula de referencia (7) sólo de
aquella radiación de la fuente de luz (10), que presente una
longitud de onda diferente de la radiación que alcanza la célula de
medida (6), y que no es absorbida o sólo muy poco por el gas a
medir.
4. Detector de gases según al menos una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el cuerpo sensor
consiste en dos semicarcasas idénticas (1, 2), de las cuales una
(1) contiene la célula de medida (6) con el micrófono de medida
(13) y el filtro de medida (11) y la otra, la célula de referencia
(7) con el micrófono de referencia (14) y el filtro de referencia
(12).
5. Detector de gases acorde a la Reivindicación
4, caracterizado porque la fuente de luz (10) se dispone de
forma que cada mitad de la misma se encuentra en ambas semicarcasas
(1, 2).
6. Detector de gases según al menos una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el filtro de
medida (11) y el filtro de referencia (12) se pegan en su
semicarcasa (1 y/o 2) con un adhesivo que absorbe la luz
visible.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP97101168A EP0855592B1 (de) | 1997-01-25 | 1997-01-25 | Optoakustischer Gassensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2268716T3 true ES2268716T3 (es) | 2007-03-16 |
Family
ID=8226409
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES97101168T Expired - Lifetime ES2268716T3 (es) | 1997-01-25 | 1997-01-25 | Detector optoacustico de gases. |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6006585A (es) |
| EP (1) | EP0855592B1 (es) |
| DE (1) | DE59712692D1 (es) |
| ES (1) | ES2268716T3 (es) |
| PT (1) | PT855592E (es) |
Families Citing this family (63)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NO301854B1 (no) * | 1996-09-19 | 1997-12-15 | Nyfotek As | Foto-akustisk infraröd detektor |
| FR2791134A1 (fr) * | 1999-03-16 | 2000-09-22 | Commissariat Energie Atomique | Detecteur photoacoustique integre |
| US6628396B1 (en) | 1999-06-11 | 2003-09-30 | Mamac Systems, Inc. | Photo expansion gas detector |
| US7034943B1 (en) * | 2000-03-03 | 2006-04-25 | Aritron Intrumente AG | Gas sensors |
| EP1195597A1 (de) * | 2000-10-09 | 2002-04-10 | Siemens Building Technologies AG | Optoakustische Messanordnung und Verwendung der Messanordnung |
| ATE424554T1 (de) * | 2000-10-09 | 2009-03-15 | Siemens Ag | Optoakustische messanordnung und deren verwendung |
| EP1211501A1 (de) * | 2000-11-29 | 2002-06-05 | Siemens Building Technologies AG | Zellkörper für optoakustische Sensoren |
| US7034933B2 (en) * | 2001-01-26 | 2006-04-25 | Smithkline Beecham Corporation | System and method for in vitro analysis of therapeutic agents |
| US6662627B2 (en) | 2001-06-22 | 2003-12-16 | Desert Research Institute | Photoacoustic instrument for measuring particles in a gas |
| KR100419094B1 (ko) * | 2001-06-28 | 2004-02-19 | (주)나노믹스 | 기체 식별기 |
| US6873415B2 (en) * | 2001-11-13 | 2005-03-29 | Battelle Memorial Institute | Photoacoustic spectroscopy sample array vessel and photoacoustic spectroscopy method for using the same |
| US6999174B2 (en) * | 2001-11-13 | 2006-02-14 | Battelle Memorial Institute | Photoacoustic spectroscopy sample array vessels and photoacoustic spectroscopy methods for using the same |
| US6870626B2 (en) | 2001-11-13 | 2005-03-22 | Battelle Memorial Institute | Array-based photoacoustic spectroscopy |
| ATE373817T1 (de) * | 2002-06-01 | 2007-10-15 | Siemens Schweiz Ag | Optischer gasmelder |
| US6987459B2 (en) * | 2003-01-24 | 2006-01-17 | Honeywell International, Inc. | Portable combustible gas detector |
| US7106445B2 (en) * | 2003-08-06 | 2006-09-12 | Mine Safety Appliances Company | Photoacoustic gas sensor utilizing diffusion |
| US7067323B2 (en) * | 2003-10-15 | 2006-06-27 | Lighthouse Instruments, Llc | System and method for automated headspace analysis |
| US7089781B2 (en) * | 2003-11-04 | 2006-08-15 | Honeywell International, Inc. | Detector with condenser |
| WO2005062986A2 (en) | 2003-12-31 | 2005-07-14 | The University Of South Carolina | Thin-layer porous optical sensors for gases and other fluids |
| EP1574840A1 (de) * | 2004-03-08 | 2005-09-14 | Siemens Building Technologies AG | Photoakustischer Gassensor und Verfahren zu dessen Herstellung |
| US20070201136A1 (en) | 2004-09-13 | 2007-08-30 | University Of South Carolina | Thin Film Interference Filter and Bootstrap Method for Interference Filter Thin Film Deposition Process Control |
| JP5452867B2 (ja) * | 2004-10-04 | 2014-03-26 | ハリバートン エナジー サヴィシーズ インコーポレイテッド | 熱選択性多変量光学的コンピューティング |
| US7213444B2 (en) * | 2005-05-16 | 2007-05-08 | Carthago International Solutions, Inc. | Optoacoustic gas sensor |
| US8345234B2 (en) | 2005-11-28 | 2013-01-01 | Halliburton Energy Services, Inc. | Self calibration methods for optical analysis system |
| US8154726B2 (en) | 2005-11-28 | 2012-04-10 | Halliburton Energy Services, Inc. | Optical analysis system and method for real time multivariate optical computing |
| US20070166245A1 (en) | 2005-11-28 | 2007-07-19 | Leonard Mackles | Propellant free foamable toothpaste composition |
| US8208147B2 (en) * | 2005-11-28 | 2012-06-26 | Halliburton Energy Services, Inc. | Method of high-speed monitoring based on the use of multivariate optical elements |
| WO2008002903A2 (en) | 2006-06-26 | 2008-01-03 | University Of South Carolina | Data validation and classification in optical analysis systems |
| US9182282B2 (en) | 2006-11-02 | 2015-11-10 | Halliburton Energy Services, Inc. | Multi-analyte optical computing system |
| US7886576B2 (en) * | 2006-11-06 | 2011-02-15 | Mine Safety Appliances Company | Photoacoustic gas sensor |
| US7782462B2 (en) | 2006-11-27 | 2010-08-24 | Applied Nanotech Holdings, Inc. | Sono-photonic gas sensor |
| US8117897B2 (en) * | 2006-11-27 | 2012-02-21 | Applied Nanotech Holdings, Inc. | Elliptical photo-acoustic sensor |
| DE102007014520B3 (de) | 2007-03-27 | 2008-10-30 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Photoakustischer Detektor mit zwei Strahlengängen für das Anregungslicht |
| WO2008121684A1 (en) * | 2007-03-30 | 2008-10-09 | University Of South Carolina | Novel multi-analyte optical computing system |
| EP2140238B1 (en) | 2007-03-30 | 2020-11-11 | Ometric Corporation | In-line process measurement systems and methods |
| US8184295B2 (en) | 2007-03-30 | 2012-05-22 | Halliburton Energy Services, Inc. | Tablet analysis and measurement system |
| EP1990629A1 (en) | 2007-05-07 | 2008-11-12 | Core Enterprises Inc. | Low-power fast infrared gas sensor, hand held gas leak detector, and gas monitor utilizing absorptive-photo-acoustic detection |
| US20080277586A1 (en) * | 2007-05-07 | 2008-11-13 | Dennis Cardinale | Low-Power Fast Infrared Gas Sensor, Hand Held Gas Leak Detector, and Gas Monitor Utilizing Absorptive-Photo-Acoustic Detection |
| US8283633B2 (en) | 2007-11-30 | 2012-10-09 | Halliburton Energy Services, Inc. | Tuning D* with modified thermal detectors |
| US8212213B2 (en) | 2008-04-07 | 2012-07-03 | Halliburton Energy Services, Inc. | Chemically-selective detector and methods relating thereto |
| US7958771B2 (en) * | 2008-04-23 | 2011-06-14 | Honeywell International Inc. | Photoacoustic sensor |
| US8695402B2 (en) * | 2010-06-03 | 2014-04-15 | Honeywell International Inc. | Integrated IR source and acoustic detector for photoacoustic gas sensor |
| DE102010056137B4 (de) * | 2010-12-23 | 2014-03-27 | Abb Ag | Optische Gasanalysatoreinrichtung mit Mitteln zum Kalibrieren des Frequenzspektrums |
| US8746038B2 (en) * | 2011-04-01 | 2014-06-10 | Honeywell International Inc. | Photoacoustic detector with acoustic and vibration noise compensation |
| US8661874B2 (en) * | 2011-04-28 | 2014-03-04 | Honeywell International Inc. | Photoacoustic detector with background signal correction |
| US8701465B2 (en) * | 2011-04-28 | 2014-04-22 | Honeywell International Inc. | Photoacoustic sensor diffusion membrane attachment structure |
| US8939006B2 (en) * | 2011-05-04 | 2015-01-27 | Honeywell International Inc. | Photoacoustic detector with long term drift compensation |
| US8848191B2 (en) | 2012-03-14 | 2014-09-30 | Honeywell International Inc. | Photoacoustic sensor with mirror |
| CA2859411A1 (en) * | 2013-08-29 | 2015-02-28 | General Electric Company | Method and system for detecting components in a fluid |
| US9513261B2 (en) * | 2013-10-14 | 2016-12-06 | Infineon Technologies Ag | Photoacoustic gas sensor device and a method for analyzing gas |
| DE102015106373B4 (de) * | 2015-04-24 | 2023-03-02 | Infineon Technologies Ag | Photoakustisches gassensormodul mit lichtemittereinheit und einer detektoreinheit |
| US9719915B2 (en) * | 2015-08-07 | 2017-08-01 | Cooper Technologies Company | Gas cap for optical sensor |
| DE102016103646B4 (de) * | 2016-01-22 | 2023-03-02 | Infineon Technologies Ag | Integriertes photoakustisches gassensormodul |
| EP3559651B1 (en) * | 2016-12-23 | 2023-01-25 | Eaton Intelligent Power Limited | Ultrasonic gas sensor |
| EP3561487B1 (de) * | 2018-04-25 | 2023-01-18 | ABB Schweiz AG | Messvorrichtung zur analyse einer zusammensetzung eines brenngases mit einer vor einem detektor angeordneten filterkammer |
| DE102018110689B4 (de) * | 2018-05-04 | 2023-09-21 | Infineon Technologies Ag | Photoaskustische Gassensoren und Verfahren zum Betreiben eines photoakustischen Gassensors |
| EP3550286B1 (en) | 2019-04-17 | 2021-01-27 | Sensirion AG | Photoacoustic gas sensor device |
| EP3798607B1 (en) * | 2019-08-09 | 2023-01-25 | Sensirion AG | Photoacoustic gas sensor devices |
| FR3104259B1 (fr) * | 2019-12-06 | 2024-03-01 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif pour la caractérisation photo-acoustique d’une substance gazeuse et procédé de fabrication d’un tel dispositif |
| CN111289460B (zh) * | 2020-03-16 | 2023-04-25 | 潍坊歌尔微电子有限公司 | 气体浓度检测设备及其检测方法、控制装置和存储介质 |
| JP7433129B2 (ja) | 2020-05-12 | 2024-02-19 | 日立グローバルライフソリューションズ株式会社 | 光音響センサおよびそれを用いた空間環境制御システム |
| CN113075130A (zh) * | 2021-02-26 | 2021-07-06 | 深圳市美思先端电子有限公司 | 光声学气体浓度检测装置及其控制方法 |
| US20240060875A1 (en) * | 2022-08-17 | 2024-02-22 | Invensense, Inc. | Signal-to-noise ratio for photoacoustic gas sensors |
Family Cites Families (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3417606A (en) * | 1965-01-11 | 1968-12-24 | Rosemount Eng Co Ltd | Electric discharge device |
| US3385100A (en) * | 1965-04-30 | 1968-05-28 | Phillips Petroleum Co | Piezoelectric detector system for fluid components |
| DE1634660B1 (de) * | 1965-09-07 | 1971-02-18 | Wacker Hermann | Von Hand geführtes, motorisch getriebenes Stampfgerät |
| US4058725A (en) * | 1975-04-04 | 1977-11-15 | Aine Harry E | Infrared absorption spectrometer employing a dual optoacoustic detector |
| US4019056A (en) * | 1975-04-28 | 1977-04-19 | Diax Corporation | Infrared laser detector employing a pressure controlled differential optoacoustic detector |
| US4067653A (en) * | 1976-08-27 | 1978-01-10 | Nasa | Differential optoacoustic absorption detector |
| US4110686A (en) * | 1977-08-17 | 1978-08-29 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Piezoelectric-tuned microwave cavity for absorption spectrometry |
| US4234258A (en) * | 1978-08-31 | 1980-11-18 | Nasa | Stark cell optoacoustic detection of constituent gases in sample |
| US4200399A (en) * | 1978-11-20 | 1980-04-29 | General Motors Corporation | Resonant optoacoustic spectroscopy apparatus |
| US4557603A (en) * | 1981-02-25 | 1985-12-10 | Oskar Oehler | Detection means for the selective detection of gases, based on optical spectroscopy |
| US4457162A (en) * | 1982-09-17 | 1984-07-03 | Institute Of Gas Technology | Multi-frequency photo-acoustic detector |
| WO1985003574A1 (en) * | 1984-02-07 | 1985-08-15 | Oskar Oehler | Device for the photoacoustic detection of gas |
| US4563894A (en) * | 1984-08-21 | 1986-01-14 | Hewlett-Packard Company | Paramagnetic oxygen sensor |
| JP2685482B2 (ja) * | 1988-04-08 | 1997-12-03 | 株式会社日立製作所 | 粒子状物質の分析方法及び装置 |
| CH679076A5 (es) * | 1989-06-13 | 1991-12-13 | Oscar Dr Sc Nat Oehler | |
| DE69431873T2 (de) * | 1994-06-04 | 2003-11-13 | Orbisphere Lab | Photoakustisches Analysegerät |
| US5540079A (en) * | 1994-08-30 | 1996-07-30 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Microwave excited photoacoustic effect carbon monitor |
| ES2221925T3 (es) * | 1995-09-04 | 2005-01-16 | Siemens Building Technologies Ag | Sensor de gas fotoacustico y su utilizacion. |
| EP0801296A1 (de) * | 1996-03-25 | 1997-10-15 | Cerberus Ag | Photoakustischer Gassensor |
| EP0798552B1 (de) * | 1996-03-25 | 2004-06-02 | Siemens Building Technologies AG | Photoakustischer Gassensor |
| US5780724A (en) * | 1997-03-27 | 1998-07-14 | United Technologies Corp | Photo-acoustic leak detector with improved signal-to-noise response |
-
1997
- 1997-01-25 PT PT97101168T patent/PT855592E/pt unknown
- 1997-01-25 ES ES97101168T patent/ES2268716T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1997-01-25 EP EP97101168A patent/EP0855592B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1997-01-25 DE DE59712692T patent/DE59712692D1/de not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-01-22 US US09/010,657 patent/US6006585A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0855592B1 (de) | 2006-07-12 |
| US6006585A (en) | 1999-12-28 |
| DE59712692D1 (de) | 2006-08-24 |
| PT855592E (pt) | 2006-11-30 |
| EP0855592A1 (de) | 1998-07-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2268716T3 (es) | Detector optoacustico de gases. | |
| ES2221925T3 (es) | Sensor de gas fotoacustico y su utilizacion. | |
| ES2256834T3 (es) | Procedimiento de deteccion de gas y dispositivo de deteccion de gas. | |
| JP4643875B2 (ja) | ガスセンサ機構 | |
| CN104937395B (zh) | 用于监测感兴趣的气体种类的水平的方法和装置 | |
| US7213444B2 (en) | Optoacoustic gas sensor | |
| US7507967B2 (en) | Infrared gas detector | |
| US7268882B2 (en) | Gas sensor arrangement in an integrated construction | |
| US5933245A (en) | Photoacoustic device and process for multi-gas sensing | |
| ES2326631T3 (es) | Procedimiento de deteccion de incendios y detector de incendios para la realizacion del mismo. | |
| KR102108881B1 (ko) | 가스 센서 모듈 | |
| CN109444074B (zh) | 具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置及其测量方法 | |
| JP2000116611A (ja) | 脈拍センサ | |
| RU2011143256A (ru) | Устройство для определения содержания воды в исследуемом объекте | |
| US20180299330A1 (en) | Electromagnetic radiation detector using a planar golay cell | |
| ES2881574T3 (es) | Dispositivo para determinar una concentración de una sustancia química disuelta en un líquido | |
| US8077316B2 (en) | Chlorine dioxide sensor | |
| JP2019519272A (ja) | センサ装置 | |
| CN101532955A (zh) | 光学分析仪 | |
| US8903466B2 (en) | Apparatus and method for non-invasive measurement of a substance within a body | |
| ES2294065T3 (es) | Detector de gas optico. | |
| US9719913B2 (en) | Outer part for a device and device | |
| JP4315280B2 (ja) | 炎感知器 | |
| NO300346B1 (no) | Foto-akustisk måleanordning | |
| ES2270399T3 (es) | Procedimiento para deteccion y aviso de condensaciones en avisadores de humo. |