FI91564C - Anturi - Google Patents
Anturi Download PDFInfo
- Publication number
- FI91564C FI91564C FI915153A FI915153A FI91564C FI 91564 C FI91564 C FI 91564C FI 915153 A FI915153 A FI 915153A FI 915153 A FI915153 A FI 915153A FI 91564 C FI91564 C FI 91564C
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- filter
- intermediate plate
- actuator
- distance
- disks
- Prior art date
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 29
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 22
- BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N bis(2-ethylhexyl) phthalate Chemical compound CCCCC(CC)COC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCC(CC)CCCC BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 17
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 16
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 7
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 12
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 8
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 7
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N sulfur dioxide Inorganic materials O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N nitrous oxide Inorganic materials [O-][N+]#N GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000000411 transmission spectrum Methods 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 3
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Inorganic materials O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 4-(3,5-dimethylphenyl)-1,3-thiazol-2-amine Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C=2N=C(N)SC=2)=C1 MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000001272 nitrous oxide Substances 0.000 description 2
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 241000883510 Kolla Species 0.000 description 1
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
- G01J3/26—Generating the spectrum; Monochromators using multiple reflection, e.g. Fabry-Perot interferometer, variable interference filters
-
- 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
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
- G01N2201/02—Mechanical
- G01N2201/022—Casings
- G01N2201/0221—Portable; cableless; compact; hand-held
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General 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)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
915 64
Anturi
Keksinnon kohteena on anturi, erityisesti kaasuan-turi, jota kSytetSSn infrapunaspektroskooppisissa pitoi-5 suusmittauksissa analysoimaan ulkopuoliselta såteilylåh-teeltå yhtå tai useampaa kaasua sisåltåvån nåytetilan låpi saapuvaa sateilyå, joka anturi kåsittåa aaltolukualuetta rajaavan suodattimen, kollimaattorilinssin ja infrapunade-tektorin ohella såådettåvån Fabry-Perot -tyyppisen suodat-10 timen, joka muodostuu kahdesta yhdensuuntaisesta ja osit-tain heijastavalla pinnoitteella ainakin osittain påållys-tetystå ikkunalevystå ja pietsosåhkijisestå aktuaattorista, jolla ikkunalevyjen vålimatkaa voidaan sååtåå aktuaattorin yli kytketyn jånnitteen avulla, ja jonka suodattimen påås-15 tdkaistat on sovitettu pareittain vastaamaan mitattavan kaasun absorptiopiikkejå aaltolukualuetta rajaavan suodattimen maårååmållå aaltolukualueella.
Kyseesså oleva keksintb liittyy esimerkiksi savu-kaasujen kaasukomponenttien pitoisuusmittauksiin ja kek-20 sintbS voidaan hyddyntåa mm. energiatuotannon pååstdmit-tauksissa ja ilman saastepitoisuuksien mittauksissa. Savu-kaasumittauksissa infrapunamenetelmåå vaikeuttaa savukaa-sun korkea vesihoyrypitoisuus ja sen eliminoimiseksi mi-tattava kaasunåyte joudutaan useissa tapauksissa kuivaa-25 maan ennen mittausta. Suoraan savukanavasta tapahtuvalla mittauksella on merkittSviS etuja, mutta se asettaa infra-puna-analysaattorin ominaisuuksille erSitå vaatimuksia, joista tårkeimpånå on hyvS spektraalinen resoluutio. Tun-netuista analysaattorityypeistå FTIR -spektrometrit ja 30 Fabry-Perot -spektrometrit omaavat riittåvån resoluution.
Fabry-Perot on rakenteeltaan yksinkertaisempi, hinnaltaan edullisempi ja soveltuu paremmin yksittåisen kaasukompo-nentin mittaamiseen.
Nyt esillå oleva ratkaisu on Fabry-Perot -tyyppi-35 nen. Fabry-Perot -spektrometrin keskeisin osa muodostuu 2 91564 kahdesta ikkunalevystå, joita erottaa kapea ilmarako. Ik-kunalevyt ovat låpinåkyviå ja niiden sisemmåt pinnat on påållystetty osittain heijastavalla pinnoitteella. Tållai-sen rakenteen låpåisyspektri muodostuu useasta aaltoluku-5 alueella tasavålein sijaitsevasta pååstdkaistasta, jotka saadaan siirtymåån liikuttamalla toista sen ikkunoista. Tunnetuissa spektrometriratkaisuissa kåytetåån hyvåksi vain yhtå pååstokaistaa kerrallaan ja sååtoalue, joka vas-taa kahden peråkkåisen pååstdkaistan vålimatkaa, rajataan 10 erillisellå suodattimella. Ikkunan liikuttamiseen kåytetåån yleisesti pietsosåhkoistå aktuaattoria, joka pitenee siihen kohdistetun jånnitteen vaikutuksesta ja siirtåå ik-kunoita låhemmåksi toisiaan.
Eråstå tunnettua ratkaisua esittåå julkaisussa DE-15 37 06 833 esitetty menetelmS ja laite Fabry-Perot Spekt- roskopista mittausta vårten. Kyseisesså julkaisussa esi-tetty laite kåsittåå ikkunalevyjen vålisen pietsosåhkbi-sesti toimivan aktuaattorin, jolla levyjen etåisyyttå muu-tetaan. Kyseisesså julkaisussa esitetysså ratkaisussa ak-20 tuaattorin pituus on kuitenkin huomattavasti suurempi kuin ikkunalevyjen heijastavien sisåpintojen vålimatka, jotta suodattimelle saataisiin riittåvån pitkå liikematka, sillå aktuaattorin liikematka on verrannollinen sen pituuteen.
. Kyseisessa julkaisussa esitetysså rakenteessa aktuaattori 25 on sijoitettu ikkunalevyjen reuna-alueelle tilaan, jonka pituus on siis huomattavasti suurempi eli pidempi kuin it-se heijastavien pintojen valinen etåisyys ja on siis sel-våå, ettå kyseisellå rakenteella ei pååstå nyt esillå ole-van keksinndn mukanaan tuomiin merkittåviin etuihin liit-30 tyen tarvittavan liikematkan lyhyyteen. Kyseinen rakenne ei siis edusta puhdasta Etalon-rakennetta.
Julkaisussa DE-39 39 359 puolestaan esiintyy Fabry-Perot -tyyppinen spektrometri, jonka suodatinosa kåsittåå pietsosåhkdiset aktuaattorit ikkunalevyjen etåisyyden 35 muuttamiseksi, mutta nåmå aktuaattorit on sijoitettu levy-
II
3 91564 jen ulkopuolelle.
Tunnetuissa Fabry-Perot -spektrometrikonstruktiois-sa esiintyy useita ongelmia. Hyvå spektraalinen resoluutio yhdistyneenå laajaan sååtbalueeseen edellyttåå ikkunoilta 5 hyvåå pinnantasaisuutta ja ikkunoiden sisemmiltå pinnoilta hyvåS yhdensuuntaisuutta. Koska tunnetuissa konstruktiois-sa ikkunat eivat tukeudu toisiinsa, edellyttåå yhdensuun-taisuusvaatimus spektrometrin rungolta, ikkunoilta ja pietsoaktuaattorilta suurta mittatarkkuutta ja kåytetyilta 10 materiaaleilta alhaista låmpdlaajenemista. LisSksi laaja sSåtdalue vaatii suurikokoisen pietsoaktuaattorin, mika vaikeuttaa konstruktion integrointia pienikokoiseksi antu-riksi.
Tåmån keksinndn tarkoituksena on tuoda esiin uuden-15 tyyppinen, pååasiassa kaasumittauksiin soveltuva anturi-konstruktio, jonka avulla voidaan merkittåvåsti våhentéå tunnettuihin konstruktioihin liittyviå ongelmia- TSmå tarkoitus saavutetaan keksinnon mukaisella an-turiratkaisulla, jolle on tunnusomaista, ettå pietsosSh-20 kdinen aktuaattori on sijoitettu ikkunalevyjen heijastavi-en pinnoitteiden vSlille vSlilevyksi, jonka vahvuus olen-naisesti vastaa heijastavien pinnoitteiden vålistå etåi-syyttå, jolloin pietsosåhkdinen vålilevy yhdesså pinnoit-teilla varustettujen ikkunalevyjen kanssa muodostaa sååde-‘25 ttåvån Etalon-suodattimen.
Keksinndn mukainen ratkaisu perustuu uudenlaiseen tapaan sijoittaa Fabry-Perot -spektrometrin pietsoaktuaat-tori ja sen avulla tapahtuvaan uudenlaiseen tapaan suorit-taa tietyn spektrialueen lapikåyminen kayttåmållå hyvåksi 30 kaasukomponentin spektripiikistdn jaksollisuutta.
: Keksinnon mukaisella anturiratkaisulla saavutetaan useita merkittåviå etuja. Useamman (n) pååstokaistan kåyt-t0 (yhden sijasta) tietyn spektrialueen lapikåymiseen kas-vattaa ikkunoiden vålimatkan n-kertaiseksi. Kun tarvittava 35 liikematka pysyy samana, pienenee ikkunoiden v&liin sijoi- 4 91564 tetulta pietsoaktuaattorilta vaadittava suhteellinen pak-suudenmuutos 1/n-osaan, mikå mahdollistaa usean kaasukom-ponentin mittaamisen jo nykyisin tunnetuilla pietsosåhkdi-silla materiaaleilla. Kun molemmissa tapauksissa kåytetåån 5 pååstOkaistoille samaa kaistaleveyttå, pienenee vaadittava finesse-arvo 1/n-osaan, mikå kasvattaa ikkunoiden pinnan-tasaisuudelle ja sisempien pintojen yhdensuuntaisuudelle sallittavia virheitå n-kertaisiksi. Lisåksi lieventyneet-kin mittatarkkuusvaatimukset koskevat enåå vain pietsoak-10 tuaattoria, koska ikkunat tukeutuvat toisiinsa sen våli-tyksellå. KeksinnOn toinen toteutusmuoto, joka on mahdol-linen pietsosåhkdinen materiaalin ollessa låpinåkyvå, on rakenteeltaan vielå yksinkertaisempi. Ikkunat on jåtetty pois ja osittain heijastavat pinnoitteet, jotka tåsså ta-15 pauksessa ovat myOs såhkdå johtavia, sijaitsevat pietsoak-tuaattorin pinnoilla, kun sitå vastoin muissa keksinnttn mukaisissa toteutusmuodoissa osittain heijastava pinnoite on kummankin ikkunalevyn sisåpinnoilla. Lieventyneet tole-ranssivaatimukset helpottavat keksinndn mukaisten konst-20 ruktioiden valmistamista ja alentavat valmistuskustannuk- sia. Lisåksi konstruktiot voidaan tehdå pienikokoisiksi, jolloin niiden integrointi kompaktiksi anturiksi yhdesså niihin låheisesti liittyvien komponenttien kanssa tulee . mahdolliseksi.
25 Keksint0å selitetåån seuraavassa låhemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittåå anturin rakennetta ja sijoittumista mittausympåristoon, kuvio 2 esittåå såådettåvån Etalon-suodattimen en-30 simmåistå toteutusmuotoa, kuvio 3 esittåå såådettåvån Etalon-suodattimen toista toteutusmuotoa, kuvio 4 esittåå såådettåvån Etalon-suodattimen kol-matta toteutusmuotoa, 35 kuvio 5 esittåå hiilimonoksidin infrapunaspektriå
II
5 91564 ja hiilimonoksidin mittaukseen sovitetun Etalon-suodatti-men lapaisyspektria, kuvio 6 esittåå pitemmålle integroitua anturirat- kaisua.
5 Kuviossa 1 on esitetty kaaviomaisesti keksinn5n mu- kaisen anturin rakenne ja sijoittuminen mittausympåris-tfidn. Anturi 1 on erityisesti kaasuanturi, jota kaytetaan infrapunaspektroskooppisissa pitoisuusmittauksissa analy-soimaan ulkopuoliselta sateilyiahteelta 2 nåytetilan 3 ia-10 pi saapuvaa sateilya. Naytetila 3 voi olla esimerkiksi sa-vukaasukanava, joka sisaitaa yhta tai useampaa kaasua. Anturi 1 kasittaa aaltolukualuetta rajaavan suodattimen 4, kollimaattorilinssin 5 ja infrapunadetektorin 6 ohella saadettavan Fabry-Perot -tyyppisen Etalon-suodattimen 7, 15 joka muodostuu kahdesta yhdensuuntaisesta, sisemmiltå pin-noiltaan osittain heijastavalla pinnoitteella 8 ja 9 paai-lystetysta ikkunalevystå 10 ja 11 ja pietsosåhkoisestå ak-tuaattorista 12, jolla ikkunalevyjen vålimatkaa d voidaan saatåå aktuaattorin 12 yli kytketyn jannitteen U avulla.
20 Jannite saadaan kytkettya aktuaattoriin esim. pinnoitta- malla sen ylå- ja alapinnat metallikalvolla. Keksinndn perusajatuksen mukaisesti pietsosåhkdinen aktuaattori 12 on ikkunalevyjen 10 ja 11 valiin sijoitettu vålilevy, joka maaråa yksikasitteisesti ikkunalevyjen 10 ja 11 vaiimatkan ‘25 d ja muodostaa yhdesså ikkunalevyjen 10 ja 11 kanssa saa-dettavån Etalon-suodattimen 7. Kuviossa 5 on esitetty eraan kaasun, eli tasså tapauksessa hiilimonoksidin (CO) infrapunaspektria ja hiilimonoksidin mittaukseen sovitetun Etalon-suodattimen låpåisyspektria, jolloin kuvioihin 1 ja 30 5 viitaten edelleen keksinndn perusajatuksen kuvaamalla tavalla Etalon-suodattimen paastOkaistat 13a -13j on sovi-tettu pareittain vastaamaan mitattavan kaasun absorptio-piikkeja 14a - 14j aaltolukualuetta rajaavan suodattimen 4 maaraamaiia aaltolukualueella S- Kuviossa 1 esitetty ra-35 kenne lisaksi kasittaa sateilyiahteen 2 ja aaltolukualuet- 6 91564 ta rajaavan suodattimen 4 våliin sijoitetun toisen kolli-maattorilinssin 15, jolla såteilylåhteeltå 2 saatava så-teily on yhdensuuntaistettavissa.
Kuvion 1 mukaisesti anturin 1 tårkein osa on såå-5 dettåvå Etalon-suodatin 7, joka muodostuu kahdesta yhden-suuntaisesta ikkunalevystå 10 ja 11 ja niitå erottavasta vålilevystå, jona siis toimii pietsosåhkoinen aktuaattori 12. Itse anturi 1 kasittaå leveåkaistaisen infrapunasuo-dattimen 4, jolla aaltolukualueesta on rajattavissa halut-10 tu måårå tutkittavan kaasun kuviossa 5 esitetyn låpaisy-spektrin absorptiopiikeistå 14a - 14j. Edelleen anturi siis kåsittåå sSSdettavan Etalon-suodattimen 7, kollimaat-torilinssin 5 ja infrapunasåteilylle herkån detektorin 6, jotka kaikki on keksinnon edullisessa toteutusmuodossa si-15 joitettu samaan koteloon, jota koteloa kuvaa katkoviiva 1.
Kyseinen toteutustapa muodostaa hyvin kompaktin ja kestå-van kokonaisuuden.
Kuviossa 6 esitetyn pitemmSlle integroidun anturi-ratkaisun avulla anturin 1 rakennetta voidaan vielå yksin-20 kertaistaa valmistamalla laajakaistainen infrapunasuodatin 4 såteilylåhteen 2 puoleisen ikkunalevyn 10 vapaalle ulko-pinnalle ja yhdiståmållå kollimaattorilinssin 5 toiminto detektorin 6 puoleiseen ikkunaan 11 muotoilemalla sen ul-kopinta kaarevaksi. Suodatin 4 on muodostettu ohueksi kal-25 voksi ikkunalevyn 10 pinnalle. Mittausjarjestelysså tarvi-taan lisåksi kuten aiemminkin ulkopuolinen såteilylåhde 2, joka emittoi laajakaistaista såteilyå infrapuna-alueella. Nåytetila 3, kuten savukanava, sijaitsee såteilylåhteen 2 ja anturin 1 vålisså.
30 Anturia 1 kåytetåån spektroskopiamittauksissa mit- taamaan ja analysoimaan ulkopuoliselta såteilylåhteeltå 2 kaasuja sisåltåvån nåytetilan 3 låpi detektorille 6 tule-vaa såteilyå. Mittaus perustuu såteilyn absorboitumiseen nåytetilan 3 kaasukomponentteihin, mikå nåkyy detektorille 35 6 saapuvan såteilyn vaimentumisena. Eri kaasukomponenteil-
II
7 91564 la voimakkaat absorptiovyOt sijaitsevat yleenså eri aalto-lukualueilla ja påållekkåisillåkin osilla jaksollisten piikkisarjojen vålimatkat poikkeavat toisistaan. Tåmå te-kee anturista hyvin selektiivisen pitoisuusmittarin.
5 Kuvion 5 ylaosassa on esitetty esimerkiksi otetun hiilimonoksidin (CO) låpåisyspektri voimakkaimman absorp-tiovydn alueelta ja vasemman puoleisen haaran mittaukseen sovitetun Etalon-suodattimen låpåisyspektri on esitetty kuvion 5 alaosassa. Kaasun spektrisså alaspåin suuntautu-10 neet piikit 14a - 14j edustavat voimakkaan absorption alu-eita. Piikkien vfilimatka kasvaa hitaasti oikealle mentfies-så, mutta on kapeanunalla, suodattimen rajaamalla alueella S hyvin tasavålinen, jolloin Etalon-suodattimen pååstdkais-tat 13a - 13j vastaavat pareittain kaasun absorptio-piik-15 kejå 14a - 14j . Mittausjakson låhtdtilanteessa pietsoaktu-aattori on jånnitteeton ja sen paksuus on mitoitettu si-ten, ettå pååstdkaistat 13a - 13j sattuvat absorptiopiik-kien 14a - 14j lomiin ja detektorille tuleva såteily on voimakkaimmillaan. Kun ohjausjånnitettå nostetaan asteit-20 tain, kasvaa ikkunoiden vålimatka ja pååstokaistat siirty-våt oikealle. Samalla detektorin saama såteily pienenee ja saavuttaa minimin kun pååstokaistat 13a - 13j ja absorp-tiopiikit 14a - 14j ovat kohdakkain. Ohjausjånnitteen mak-simiarvolla, joka vastaa låpåisypiikeistå joidenkin kahden 25 vierekkåisen låpåisypiikin vålin mittaista siirrosta, pååstokaistat 13a - 13j tulevat taas heikon absorption alueelle. Sama muutos detektorisignaalissa toistuu, kun ohjausjånnite asteittain lasketaan kohti låhtOtilannetta. KeksinnOn edullisessa toteutusmuodossa ikkunalevyjen våli-30 matkan sååtOalue dd rajatun aaltolukualueen S låpikåymistå vårten olennaisesti vastaa Etalon-suodattimen kahden vie rekkåisen pååstOkaistan, esimerkiksi pååstOkaistojen 13a ja 13b vålimatkaa, jolloin keksinnon mukaisen anturiraken-teen kåyttO on mahdollisimman tarkoituksenmukaista ja te-35 hokasta.
8 91564
Signaalin (I) muutos on riippuvainen kaasukomponen-tin pitoisuudesta (p) yhtaidn mukaisesti k P = ln(Iæajt/Imin) missa k on absorptiovoimakkuutta kuvaava kerroin. Koska 5 pitoisuus riippuu vain signaalien suhteesta, ei séteily-lahteen stabiilisuudelle aseteta erityisiå vaatimuksia, kun mittausjakson kestoaikakin on verrattain lyhyt.
Etalonin spektraalinen lapaisy riippuu ensisijai-sesti ikkunoiden vålimatkasta d ja pinnoitteiden heijas-10 tuskertoimesta R. PaastOkaistojen keskiaallonpituudet lamdaB maaraytyvat yhtaiOsta m lamdaB = 2 n d, missa m on paåstdkaistan kertaluku ja n ikkunoiden vaiissa olevan aineen taitekerroin, n(ilma) = 1. Aaltolukuastei-15 kolla paåstOkaistat sijaitsevat tasavålein V„ = l/lamdam = m/(2nd) vaiimatkan ollessa l/(2nd) ja Etalonin finesse F, joka ku-vaa paastokaistojen vaiimatkan suhdetta paastokaistan le-veyteen, maaraytyy yhtaidsta 20 FR = 3,14 R1/2 / (1-R).
KåytannGssa finessen arvoa voivat pienentåå rakenteen epa-ideaalisuudet, kuten heijastavien pintojen epatasaisuus ja pintojen yhdensuuntaisuuspoikkeama. Naita kuvataan toisel-la finessen arvolla 25 Ff = M/2, missa M kuvaa epaideaalisuuksien suhdetta aallonpituuteen, siten etta pinnan sileys on lamda/M. Kokonaisfinesse saa-daan nyt kaavasta 1/F2 = 1/Fr2 + 1/Ff2 .
30 Esimerkiksi valitulle CO-anturille voidaan keksin- non mukaisessa ratkaisussa sallia 10 kertaa ldysemmat val-mistustoleranssit kuin aikaisemmin tunnetussa konstrukti-oissa.
Keksinnon mukaisen konstruktion soveltuvuutta eri 35 kaasukomponenttien mittaamiseen voidaan tarkastella taulu- li 91564 9 kon 1 avulla. Taulukossa on esitetty eråille kiinnostavil-le kaasuille tårkeimmåt mitoitusparametrit sovitettuna kun-kin kaasun voimakkaimman absorptiovydn mittaukseen (v = vyon sijainti aaltolukuasteikolla). Vaikka spektripiikis-5 tot eiv&t kaikilla tarkastelluilla kaasuilla ole yhta såånnOllisiå kuin hiilimonoksidilla, voidaan absorptiopii-keista valikoimalla ldytaa ryhmia, jotka sijaitsevat riit-tavén tasavålisesti. Taulukon parametrit ovat Etalon-suo-dattimen keskimmåisen lMpéisykaistan kertaluku m, pietso-10 aktuaattorxn paksuus d ja pietsoaktuaattorin paksuuden muutos dd, joka vastaa paastokaistojen vaiin (l/2nd) mu-kaista siirrosta suodattimen lapåisyspektrissa.
Taulukko 1 15 saådettåvan Etalon-suodattimen mitoitus eri kaasukompo-nenttien mittauksessa.
v m d dd [1/cm] [mm] [pm] 20 CO 2170 610 1.4 2.3 C02 2330 1300 2.8 2.2 CH4 3100 330 0.53 1.6 NO 1900 620 1.6 2.6 25 N02 1630 550 1.7 3.1 N20 2210 2300 5.2 2.3 NH3 1080 57 0.26 4.6 S02 1350 950 3.5 3.7 H2S 1120 110 0.49 4.4 30 HC1 2800 120 0.21 1.8 HF 4100 120 0.15 1.3
KeksinnOn mukaisen ratkaisun soveltuvuus eri kaasu-jen mittaukseen riippuu olennaisesti pietsoaktuaattorilta 35 vaadittavasta suhteellisesta paksuudenmuutoksesta (dd/d = 10 91564 1/m). Yleisesti kåyt5sså olevilla PZT-tyyppisistå materi-aaleista valmistetuilla pietsoaktuaattoreilla tåmå on luokkaa 0.1 - 0.15%, mikå riittåå hyvin hiilidioksidin (C02), ilokaasun (N20) ja rikkidioksidin (S02) mittaukseen.
5 Eråillå uudenunilla materiaaleilla (esim. PLZT ja PMN) on saavutettu 0.2% paksuudenmuutoksia, mikå mahdollistaa ede-llisten lisåksi hiilimonoksidin (CO), typpimonoksidin (NO) ja typpidioksidin (N02) mittaamisen. Muut tarkastellut kaa-sut vaativat tåtåkin tehokkaampia aktuaattoreita. Maini-10 tuista aktuaattorimateriaaleista PLZT on låpinåkyvå 1500 1/cm suuremmilla aaltoluvun arvoilla, inikå mahdollistaa S02 lukuunottamatta samojen kaasukomponenttien mittaamisen myOs yksinkertaisemmalla, levytyyppisellå Etalonilla. Tål-ldin taulukon 1 parametreistå aktuaattorin paksuus (d) ja 15 sen muutos (dd) tåytyy jakaa PLZTrn taitekertoimella (n. 2.4).
KeksinnOn eraassS edullisessa toteutusmuodossa ku-vion 2 mukaisesti pietsosåhkdisenå aktuaattorina toimiva vålilevy muodostuu kiekosta 12, jonka keskiosa kåsittåå 20 aukon 16, jonka kautta såteily voi edeta. Kyseinen rat-kaisu on rakenteeltaan yksinkertainen eika aseta rajoituk-sia ikkunalevyjen 10 tai 11 materiaalin valinnalle. Ku-viossa 2 esitetty toteutusmuoto on vastaavanlainen kuin _ kuviossa 1 eli sellainen, jossa pietsosShkdisen aktuaatto- 25 rin 12 keskiosa kasittaa aukon.
Keksinnon eraasså edullisessa toteutusmuodossa ku-vion 3 mukaisesti vålilevy muodostuu ainakin kolmesta symmetrisesti ikkunoiden 10 ja 11 våliin sijoitetusta aktu-aattorista 12a - 12c. Aktuaattoreiden våleihin on sijoi-30 tettu anturit 17a - 17c (3 kpl), jotka mittaavat ikkunalevyjen vålimatkaa. Kyseinen ratkaisu on edellistå monimut-kaisempi, mutta se helpottaa konstruktion valmistamista ikkunoiden yhdensuuntaisuusvaatimuksen osalta, sillå piet-soaktuaattoreita 12a - 12c voidaan ohjata erikseen siten, li 11 91564 ettfi pienet virheet korjaantuvat. VHlimatkaa mittaavat an-turit 17a - 17c ovat esimerkiksi kapasitiivisia antureita.
KeksinnGn erååsså edullisessa toteutusmuodossa ku-vion 4 mukaisesti koko Etalon-suodatin 7 muodostuu lSpinS-5 kyvåstå pietsosåhkOisestS kiekosta 12, jonka pinnoilla si-jaitsevat osittain heijastavat pinnoitteet 8 ja 9, jotka t&sså tapauksessa ovat myds såhkdS johtavia, sillS ohjaus-jånnite kytkeytyy aktuaattoriin niiden vfilityksellS. TS1-15in vålilevy eli aktuaattori 12 muodostaa levymåisen Eta-10 lon-suodattimen. Kyseinen ratkaisu on rakenteeltaan kaik-kein yksinkertaisin, mutta se asettaa moninaisia vaatimuk-sia kdytetyille materiaaleille. Kuvioiden 1-3 mukaisissa toteutusmuodoissa osittain heijastavat pinnoitteet 8 ja 9 on sijoitettu ikkunalevyjen 10 ja 11 sisåpinnoille. Kuvion 15 4 mukaisessa toteutusmuodossa varsinaisia erillisiå ikku- nalevyjå ei esiinny, vaan osittain heijastava pinnoite on sijoitettu pietsosåhkoisen aktuaattorin 12 pinnalle. Nåin olien ikkunalevyjen olemassaoloa koskeva mååritelmå påå-vaatimuksen sanamuodossa kuvion 4 mukaisen toteutusmuodon 20 osalta tulee ymmårtåå siten, ett& osittain heijastava pinnoite kåsittåa sekå pinnoitteen ettå ikkunalevyn, vaikka ko. konstruktiossa varsinaisia erillisiå ikkunalevyjå ei esiinnykåån.
Vaikka keksintoå on edellå selostettu viitaten 25 oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, on selvåå, ettei keksintd ole rajoittunut vain niihin, vaan sitå voi-daan monin tavoin muunnella oheisten patenttivaatimusten esittåmån keksinnOllisen ajatuksen puitteissa.
Claims (4)
1. Anturi, erityisesti kaasuanturi, jota kaytetaan infrapunaspektroskooppisissa pitoisuusmittauksissa analy- 5 soimaan ulkopuoliselta såteilylåhteeltå (2) yhta tai use-ampaa kaasua sisaltavan naytetilan (3) låpi saapuvaa sa-teilyå, joka anturi kasittåa aaltolukualuetta rajaavan suodattimen (4), kollimaattorilinssin (5) ja infrapunade-tektorin (6) ohella saadettavan Fabry-Perot -tyyppisen 10 suodattimen (7) , joka muodostuu kahdesta yhdensuuntaisesta ja osittain heijastavalla pinnoitteella (8,9) ainakin osittain påallystetysta ikkunalevysta (10,11) ja pietso-såhkoisesta aktuaattorista (12), jolla ikkunalevyjen vå-limatkaa (d) voidaan saataa aktuaattorin (12) yli kytke-15 tyn jånnitteen avulla, ja jonka suodattimen (7) paasto-kaistat (13a-13j) on sovitettu pareittain vastaamaan mi-tattavan kaasun absorptiopiikkeja (14a-14j) aaltolukualuetta rajaavan suodattimen (4) maåråamållå aaltoluku-alueella (S), tunnettu siita, etta pietsosåhkoi-20 nen aktuaattori (12) on sijoitettu ikkunalevyjen (10 ja 11) heijastavien pinnoitteiden (8,9) valille vålilevyksi, jonka vahvuus olennaisesti vastaa heijastavien pinnoitteiden (8,9) valista etaisyyttå, jolloin pietsosahkoinen va-lilevy yhdessa pinnoitteilla (8,9) varustettujen ikkunale-25 vyjen (10,11) kanssa muodostaa saadettavan Etalon-suodat- timen.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen anturi, tunnettu siita, etta valilevy muodostuu kiekosta, jonka keskiosa kasittaa aukon (16).
3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen anturi, tun nettu siita, etta valilevy muodostuu ainakin kolmesta erillisesta ikkunoiden valiin symmetrisesti sijoitetusta kiekosta (12a-12c) ja etta kiekkojen våleihin on sijoitettu ikkunoiden (10,11) valimatkaa (d) mittaavat anturit 35 (17a-17c). II 13 91564
4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen anturi, tunnettu siitå, ettå vålilevyn pietsosahkoinen ma-teriaali on lapinakyva kaytetyllå aaltolukualueella ja etta osittain heijastavat pinnoitteet (8,9), jotka tåssa 5 tapauksessa ovat myos såhkoa johtavia, sijaitsevat ikku-noiden sijasta valilevyn pinnoilla, jolloin aktuaattori (12) muodostaa levymåisen Etalon-suodattimen. 14 91564
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI915153A FI91564C (fi) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | Anturi |
| PCT/FI1992/000294 WO1993009422A1 (en) | 1991-10-31 | 1992-10-30 | Sensor |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI915153A FI91564C (fi) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | Anturi |
| FI915153 | 1991-10-31 |
Publications (4)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI915153A0 FI915153A0 (fi) | 1991-10-31 |
| FI915153A FI915153A (fi) | 1993-05-01 |
| FI91564B FI91564B (fi) | 1994-03-31 |
| FI91564C true FI91564C (fi) | 1994-07-11 |
Family
ID=8533404
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI915153A FI91564C (fi) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | Anturi |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| FI (1) | FI91564C (fi) |
| WO (1) | WO1993009422A1 (fi) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FI96450C (fi) * | 1993-01-13 | 1996-06-25 | Vaisala Oy | Yksikanavainen kaasun pitoisuuden mittausmenetelmä ja -laitteisto |
| GB2286041B (en) * | 1994-01-20 | 1998-04-08 | Marconi Gec Ltd | High resolution infrared spectroscope |
| US5825490A (en) * | 1995-06-07 | 1998-10-20 | Northrop Grumman Corporation | Interferometer comprising translation assemblies for moving a first optical member relative to a second optical member |
| GB2314617B (en) * | 1996-06-24 | 2000-08-23 | Graviner Ltd Kidde | High sensitivity gas detection |
| ES2155355B1 (es) * | 1998-11-04 | 2001-12-01 | Univ Madrid Carlos Iii | Sistema para la medida al paso de las concentraciones de contaminantes en gases de todo tipo de vehiculos automoviles. |
| US6339493B1 (en) | 1999-12-23 | 2002-01-15 | Michael Scalora | Apparatus and method for controlling optics propagation based on a transparent metal stack |
| US7362422B2 (en) | 2003-11-10 | 2008-04-22 | Baker Hughes Incorporated | Method and apparatus for a downhole spectrometer based on electronically tunable optical filters |
| NO322368B1 (no) | 2005-04-15 | 2006-09-25 | Sinvent As | Infrarod deteksjon av gass - diffraktiv. |
| CN102735273B (zh) * | 2012-06-29 | 2014-11-05 | 中国科学院半导体研究所 | 基于法布里珀罗腔的光纤传感器 |
| EP2770319B2 (de) | 2013-02-25 | 2022-01-26 | Sick Ag | Gasmessgerät |
| DE102015012429B4 (de) * | 2015-09-25 | 2019-09-05 | Drägerwerk AG & Co. KGaA | Verfahren zur Signalerfassung in einem Gasanalysesystem |
| US10466174B2 (en) * | 2016-12-13 | 2019-11-05 | Infineon Technologies Ag | Gas analyzer including a radiation source comprising a black-body radiator with at least one through-hole and a collimator |
| JP6862216B2 (ja) * | 2017-02-28 | 2021-04-21 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光検出装置 |
| JP7388815B2 (ja) | 2018-10-31 | 2023-11-29 | 浜松ホトニクス株式会社 | 分光ユニット及び分光モジュール |
| US11346773B2 (en) * | 2020-04-22 | 2022-05-31 | Kidde Technologies, Inc. | Fabry-Perot spectrometer-based smoke detector |
| JP7114766B2 (ja) * | 2021-02-19 | 2022-08-08 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光検出装置 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3640340C2 (de) * | 1985-11-26 | 1994-10-20 | Sharp Kk | Variable Interferometeranordnung |
| US4850709A (en) * | 1986-03-04 | 1989-07-25 | Canon Kabushiki Kaisha | Fabri-perot spectroscopy method and apparatus utilizing the same |
| US4830451A (en) * | 1986-03-05 | 1989-05-16 | American Telephone And Telegraph Company | Technique and apparatus for fabricating a fiber Fabry-Perot etalon |
| FR2639711B1 (fr) * | 1988-11-25 | 1992-12-31 | Elf Aquitaine | Procede pour la detection simultanee de plusieurs gaz dans un melange gazeux, et appareillage pour la mise en oeuvre de ce procede |
| US4998017A (en) * | 1989-05-01 | 1991-03-05 | Ryan Fredrick M | Method and arrangement for measuring the optical absorptions of gaseous mixtures |
| US5039201A (en) * | 1990-04-30 | 1991-08-13 | International Business Machines Corporation | Double-pass tunable fabry-perot optical filter |
-
1991
- 1991-10-31 FI FI915153A patent/FI91564C/fi not_active IP Right Cessation
-
1992
- 1992-10-30 WO PCT/FI1992/000294 patent/WO1993009422A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FI915153A (fi) | 1993-05-01 |
| FI91564B (fi) | 1994-03-31 |
| WO1993009422A1 (en) | 1993-05-13 |
| FI915153A0 (fi) | 1991-10-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FI91564C (fi) | Anturi | |
| US2269674A (en) | Method for photometric analysis | |
| US4963023A (en) | Correlational gas analyzer | |
| US7330253B2 (en) | Method and apparatus for radiation analysis and encoder | |
| EP3532824A1 (en) | Infra red spectrometer | |
| JPS6337223A (ja) | スペクトル吸光度測定装置及びその測定方法 | |
| US10036702B2 (en) | Method, device and sensor for determining an absorption behavior of a medium | |
| Ebermann et al. | Widely tunable Fabry-Perot filter based MWIR and LWIR microspectrometers | |
| JP2005315711A (ja) | ガス分析装置 | |
| JPH03221843A (ja) | 光による分析計 | |
| US20020139934A1 (en) | Multi-component gas analyzer having cassette-type light path system | |
| CN103292902B (zh) | 一种昼气辉温度光度计及其探测气辉光谱强度和温度的方法 | |
| Crocombe | Miniature optical spectrometers: there's plenty of room at the bottom part I, background and mid-infrared spectrometers | |
| CN106990063B (zh) | 红外光谱分析仪 | |
| US20200088572A1 (en) | Spectrometer, analysis equipment, and wavelength-variable light source | |
| JPH031615B2 (fi) | ||
| GB2286041A (en) | High resolution infared spectroscope | |
| US7164477B2 (en) | Infrared spectrometer | |
| JP4285226B2 (ja) | ガス分析装置及びガス分析方法 | |
| Wiesent et al. | Linear variable filter based oil condition monitoring systems for offshore windturbines | |
| JP4453525B2 (ja) | 分光分析方法 | |
| Neumann et al. | Novel MWIR microspectrometer based on a tunable detector | |
| Hirschfeld | Lens and wedge absorption cells for FT-IR spectroscopy | |
| JPS61100620A (ja) | 多波長分光光度計 | |
| JP7381952B2 (ja) | 分光器および分析装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BB | Publication of examined application | ||
| MM | Patent lapsed |