FI95322C

FI95322C - Spektroskooppinen mittausanturi väliaineiden analysointiin

Info

Publication number: FI95322C
Application number: FI941001A
Authority: FI
Inventors: Kurt Weckstroem
Original assignee: Instrumentarium Oy
Priority date: 1994-03-02
Filing date: 1994-03-02
Publication date: 1996-01-10
Also published as: DE69533119D1; EP0670486B1; US5610400A; EP0670486A1; FI95322B; DE69533119T2; FI941001A0

Description

95322

Spektroskooppinen mittausanturi väliaineiden analysointiin

Keksintö koskee mittausanturia väliaineiden spektroskooppiseen analysointiin mittaus-5 anturin käsittäessä näytekammion analysoitavaa väliainetta varten, jossa kammiossa on ainakin kaksi käytettävää säteilyä läpäisevää ikkunaa tai ikkunaosuutta kammion ikkuna-aukoissa, säteilylähteen, jonka lähettämä säteily kulkee ensimmäisen ikkunan, näytekammion ja edelleen toisen ikkunan läpi, yhden tai useamman ilmaisimen, joka tai jotka ovat tätä toista ikkunaa tai ikkunaosuutta kohti optisesti suunnattuna, sekä tietyn 10 aallonpituuskaistan läpäisevän suodattimen toisen ikkunan mainitun aukon ja kunkin ilmaisimen välissä sekä näytekammion toisen ikkunan tai ikkunaosuuden ja ilmaisimen välissä olevan valo-ohjaimen, joka koostuu kiinteää materiaalia olevasta vaipasta, jossa on säteilyä läpäisevät päät ja sisäosa sekä säteilyä rajoittava sisäpinta.

15 Analysoitaessa väliaineita, kuten tyypillisesti kaasuja, esimerkiksi infrapunatekniikalla on edullisimmaksi ratkaisuksi osoittautunut ei-dispersiivinen mittausmenetelmä, jonka mukaan tutkittavan kaasunäytteen jokaista kaasukomponenttia analysoidaan, ts. tunnistetaan kaasukomponentti ja/tai mitataan sen pitoisuus, käyttäen kullekin ennalta määrättyä omaa erityistä spektrikaistaansa. Monikaasuanturi koostuu tyypillisesti säteily-20 lähteestä, kuten laajakaistaisesta infrapunasäteilylähteestä, näytekammiosta, mekaanisesti vaihdettavista kapeakaistaisista suodattimista ja infrapunailmaisimesta. Tällainen ratkaisu on esitetty esimerkiksi julkaisussa US-4 233 513. Ongelmana tällaisessa ratkaisussa on liikkuvien osien kulumisen aiheuttama lyhyt elinikä. Lisäksi ratkaisu vaatii suhteellisen nopeita ilmaisimia. Tällaisia huoneenlämpötilassa toimivia ilmaisimia on 25 vaikea löytää, kun detektoitavan aallonpituuden arvo ylittää arvon noin 5 pm. On ylei-• · · sesti tunnettua, että suuri osa infrapuna-absorption tunnusomaisista kaistoista on juuri näillä aallonpituuksilla, esimerkiksi alueella 8-14 pm, vaikka oleellisesti lyhyempiäkin aallonpituuksia, kuten aina noin 3 pm:iin saakka, käytetään.

30 Edellä esitetyistä syistä pyritään yhä enemmän välttämään sellaisia ratkaisuja, jotka sisältävät liikkuvia osia. Kuvatun ratkaisun etuna on kuitenkin ollut, että säteiden kulkutie näytekammion läpi on ollut sama kaikille mittauskaistoille ja yksi ilmaisin on riittänyt kaikkien säteiden ilmaisemiseksi. Näin ollen yhteismuotoisia muutoksia, jollaisia ovat esimerkiksi näytekammion likaantuminen ja ilmaisimen lämpö-35 herkkyys, jotka vaikuttavat täysin samalla tavoin eri aallonpituuskaistoja käytettäessä, on ollut helppo kompensoida. Ilman liikkuvia osia toimivassa anturissa joudutaan käyttämään jokaista aallonpituuskaistaa kohti erillistä ilmaisinta, joita siten tarvitaan useita. Nykyiset ilmaisimet, esimerkiksi termopari-il naisimet, ovat ominaisuuksiltaan keskenään hyvin samantyyppisiä, joten niitten erilaisuuden aiheutta- 2 95322 ma kompensointi ei yleensä tuota vaikeuksia. Sen sijaan se seikka, että säteily eri ilmaisimille kulkee näytekammion läpi eri teitä, voi aiheuttaa mittausvirheitä varsinkin, jos kammion ikkunat tai seinät likaantuvat. Tämän tyyppinen ongelma esiintyy usein esimerkiksi hengityskaasuanalysaattoreissa. Julkaisussa US-5 081 998 on esi-5 tetty ratkaisu, jossa ilmaisimet suodattimineen ovat vierekkäin, vaikkakin kyseinen julkaisu ensisijaisesti kohdistuu lämpökohinan ja toimintapisteen muuttumisen vaikutusten eliminointiin. Tässä kuvatulla ratkaisulla ei muita yhteismuotoisia virheitä, kuten näytekammion epätasaisen likaantumisen aiheuttamaa virhettä, voida lainkaan kompensoida, koska säteet eri ilmaisimille kulkevat täysin erillään toisistaan. On-10 gelma kasvaa vielä suuremmaksi, jos mitattavia kaasukomponentteja olisi enemmän kuin kaksi. Mainitussa julkaisussa kaistoja mittaavat ilmaisinsysteemit käyttävät vierekkäin olevaa yhdensuuntaista säteilyä, mutta vaikka ilmaisimet olisivatkin suunnatut infrapimalähteen keskipistettä kohti, se ei ratkaise ongelmaa varsinkaan, kun käytetään useita ilmaisimia. Tällöin myös kulma eri optisten teiden välillä kas-15 vaa suureksi ja mahdollisuus käyttää samaa kulkutietä näytekammion läpi pienenee entisestään. Etäisyyttä voidaan lisätä ja näin pienentää kulmaa, mutta silloin valon intensiteetti pienenee liikaa.

Toisena mahdollisuutena, jolla edellä kuvattuja ongelmia voidaan yrittää ratkaista, 20 on käyttää erikoisvalmisteisia ilmaisinkennoja, joissa on tiiviisti vieri viereen pakattuna monta ilmaisinta ja vastaavaa optista suodatinta. Tämän tapainen ratkaisu on esitetty julkaisussa US-4 772 790. Tällöin näytekammion läpi kulkevat säteet ovat likimain samanlaisia kaikille ilmaisimille, koska ilmaisimet ovat hyvin lähellä toisiaan, joten yhteismuotoiset virheet ovat lähes kompensoitavissa. Ratkaisu on kuiten-. 25 kin käytännössä kallis ja haavoittuvainen. Jos yksikin erillinen komponentti on viallinen, niin koko ilmaisinkenno on vaihdettava. Tässäkin ratkaisussa voidaan joutua ongelmiin, kun ilmaisimien lukumäärä on tarpeen nostaa suureksi, jolloin kennon pinta-ala tulee niin suureksi, että sen eri ilmaisinelementit saavat näytekammion läpi tulleesta säteilystä selvästi kammion eri kohdasta tulleen osuuden. Jos tämän julkai-30 sun rakenteessa halutaan käyttää interferenssisuodattimia ilmaisinelementtien edessä, asetetaan säteilylähteelle suuret vaatimukset, koska nämä suodattimet edellyttävät melko kohtisuoraan tulevaa säteilyä täsmällisen kaistanläpäisyn ylläpitämiseksi, jolloin hajasäteilyä ei saisi esiintyä. Julkaisun näytekammio ja muu rakenne ei edesauta säteilyn yhdensuuntaisuuden saavuttamista.

Jotta voitaisiin käyttää toisistaan erillisiä kapeakaistasuodattimia ja ilmaisimia, jotka kaikki näkevät infrapimalähteen samasta suunnasta ja joitten ilmaisemat säteet kaikki ovat kulkeneet näytekammion läpi likimain samaa tietä, on käytetty säteenjakajia.

35 3 95322

Julkaisussa US-4 914 719 on eräs tällainen monikaasuanalysaattori. Mittaussysteemi on kuitenkin monimutkainen ja kallis. Lisäksi valon intensiteetti on erisuuruinen ja varsin pieni eri ilmaisimille, toisaalta koska etäisyys infrapunalähteelle on niille eripituinen ja toisaalta koska edeltävät puolipeilit vievät osan intensiteetistä. Periaat-5 teessä voitaisiin perättäisten puolipeilien heijastavuudet jäljestää asteittain muuttuviksi saman intensiteetin saamiseksi eri ilmaisimille, mutta tämä lisää hintaa entisestään ja intensiteetin pienuus jää yhä ongelmaksi, varsinkin jos on tarpeen käyttää monia ilmaisimia. Tämän julkaisun mukaisessa järjestelyssä on vaikeaa ja kallista saada eri ilmaisimet pidettyä samassa ja vakiossa toimintalämpötilassa, koska niiden 10 välimatkat ovat suuret eikä välimatkoja voida ongelmitta pienentää.

Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainitut ongelmat. Siten keksinnön yhtenä tavoitteena on saada aikaan sellainen ei-dispersiivinen mittausanturi kaa-suseosten ja muiden väliaineiden, kuten nesteiden tai kiinteiden säteilyä läpäisevien 15 materiaalien, spektroskooppista analysointia varten, jossa anturissa yhteismuotoiset virheet on yksinkertaista kompensoida tai niitä ei ilmene lainkaan ja jolla kaasu-seoksen nopeat pitoisuusmuutokset ovat täsmällisesti ja heti mitattavissa. Siten tavoitteena on anturi, jossa intensiteetit eri aallonpituuskaistoilla mitataan samanaikaisesti ja jossa säteily anturin eri ilmaisimiin tulee mahdollisimman tarkasti samalta 20 kohtaa näytekammion läpi ja jossa jokainen anturi näkee säteilylähteen mahdolli simman tarkoin samalla tai vastaavalla tavalla. Keksinnön toisena tavoitteena on em. tyyppinen mittausanturi, jolla ilmaisimien edessä oleviin kaistanpäästösuodattimiin saadaan mahdollisimman yhdensuuntainen säteilyjä siten täsmällinen ja oikea kais-tanläpäisy, vaikka säteilylähde lähettäisi myös hajasäteilyä tai mitattava kaasuseos 25 olisi laadultaan sellaista, että se aiheuttaa säteilyn hajontaa. Keksinnön kolmantena tavoitteena on tällainen mittausanturi, jolla saadaan jokaiseen monista ilmaisimista, joita voi olla tyypillisesti 4-7 kappaletta, sama suuri säteilyintensiteetti. Säteilyjä erityisesti pitkäaaltoinen infrapunasäteily ei siis saa vaimentua tai jakautua näyte-kammion ja ilmaisimien välissä. Keksinnön neljäntenä tavoitteena on tällainen mit-30 tausanturi, jossa eri ilmaisimet saadaan yksinkertaisesti pidettyä samassa vakioläm-pötilassa. Keksinnön vielä eräänä tavoitteena on tällainen mittausanturi, joka olisi yksinkertainen ja edullinen valmistaa.

Edellä kuvatut ongelmat saadaan ratkaistua ja edellä määritellyt tavoitteet saa-35 vutetaan keksinnön mukaisella mittausanturilla, jolle on tunnusomaista se, mitä on määritelty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassaja menetelmällä, jolle on tunnusomaista se, mitä on määritelty patenttivaatimuksen 15 tunnusmerkkiosassa.

4 95322

Ratkaisu perustuu aaltoputken hyväksikäyttöön. Aaltoputkella tarkoitetaan pitkänomaista valoa johtavaa reikää tai onkaloa, jonka seinämien materiaali pystyy heijastamaan valoa. Optisesta kuidusta se eroaa siinä, ettei valon eteneminen perustu kokonaisheijastuksen hyväksikäyttöön vaan seinämien hyvään heijastuskykyyn. Tämän 5 rakenteen etu on esimerkiksi siinä, ettei valon tarvitse kulkea seinämämateriaalia optisesti tiheämmässä väliaineessa, kuten optisen kuidun lasiytimessä. Näin ollen myös pitkäaaltoinen infrapunasäteily etenee pienin häviöin aaltoputkessa. Heijastus-häviöillä ei yleensä ole suurta merkitystä, koska putki on suhteellisen lyhyt. Pituuden suhde halkaisijaan voi olla niin pieni kuin 2, yleensä kuitenkin vähintään 5, ja 10 edullisessa tämän keksinnön ratkaisussa se on suuruusluokkaa 10-30. Seinämien heijastuskyky rajoittaa käytännössä maksimipituuden noin metriin, ja edullinen pituus on suuruusluokkaa 30-100 mm. Mikäli ilmaisinelementit saadaa hyvin pieniksi, voidaan käyttää tätä lyhyempiäkin aaltoputkia, kunhan ne ovat em. tavalla riittävän pitkiä poikkimittoihinsa verrattuna. Aaltoputki, joka käytännössä on sopivaan mate-15 naaliin tehty pitkänomainen reikä, johtaa valon melkein häviöittä näytekammion ulostulosta eri ilmaisimille. Ratkaisu mahdollistaa monen standardityyppisen ilmaisimen samanaikaisen käytön ja, koska etäisyys infrapunalähteestä ilmaisimeen voi olla suhteellisen pitkä verrattuna ilmaisimien väimatkaan, niin valon kulkutie näyte-kammion läpi on kaikille ilmaisimille likimain sama ja kaikilla ilmaisimilla on sa-20 manlainen näkökenttä säteilylähteeseen. Edullisimmin aaltoputki ei ole taipuisa, koska taivutus muuttaa valon kulkutietä putken sisällä ja siten vaikuttaa ilmaisimeen saapuvaan valomäärään häiritsevästi.

Samalla kun aaltoputki tehokkaasti putken seinämien heijastusten välityksellä kuljet-. , 25 taa esim. infrapunasäteilyä ilmaisimille, niin sillä on jossakin määrin valokimpun divergenssiä, ts. hajasäteilyä, pienentävä vaikutus, mikä on edullista ja jopa välttämätöntä, kun käytetään kapeakaistaisia interferenssisuodattimia. Tämä aaltoputken ominaisuus johtuu siitä, että pienemmät tulokulmat putken seinämää kohti aiheuttavat enemmän häviöitä kuin isommat tulokulmat, kun tulokulmalla optiikassa vakiin-30 tuneella tavalla tarkoitetaan tulevan säteen ja pinnan normaalin välistä kulmaa. Sopivalla materiaalivalinnalla voidaan vaikuttaa kulma-häviö-suhteeseen, ts. kulmaja-kautumaan ja sitä kautta ilmaisimen suodattuneen tulevan säteilyn yhdensuuntaisuuteen. Pääosa säteilystä heijastuu putken sisällä hyvin suuressa tulokulmassa, jolloin häviöt ovat pieniä melkein riippumatta materiaalivalinnasta. Suurempi etäisyys 35 infrapunalähteen ja ilmaisimen välillä on edullinen myös lämpöteknisesti, koska tällöin lähteen johtumalla aiheuttama lämpökuorma on helppo hallita esimerkiksi lämmöneristeellä. Samalla on helppo ankkuroida kaikki ilmaisimet samaan lämpö-massaan, koska ilmaisimet sijaitsevat lähellä toisiaan. Tällä divergenssiä pienentä- i sa i y in i i i isi 5 95322 väliä keksinnön aaltoputken ominaisuudella ei ainoastaan pienennetä mahdollisen hajasäteilyn, kuten hajasäteilylähteen, aiheuttamia ongelmia esim. muutoin hyvin edullisten interferenssisuodattimien edellä mainittuun säteilyn tulosuuntavaatimuk-seen, vaan sen vaikutuksesta tällainen laajapintainen hajasäteilyä lähettävä säteily-5 lähde voidaan saada vieläpä edulliseksi, koska se tietyissä tapauksissa mahdollistaa anturin eri ilmaisimiin samana näkyvän säteilylähteen.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti oheisiin piirustuksiin viittaamalla.

10

Kuva 1 esittää keksinnön mukaisen mittausanturin yksinkertaisinta toteutus-muotoa.

Kuvat 2-3 esittävät kahta muuta keksinnön mukaista mittausanturin toteutusmuo-15 toa.

Kuva 4 esittää kolmatta keksinnön mukaista mittausanturin toteutusmuotoa, joka sisältää kaksi suodatin-ilmaisin-paria.

20 Kuva 5 esittää neljättä keksinnön mukaista mittausanturin toteutusmuotoa, joka sisältää kaksi suodatin-ilmaisin-paria sekä kaarevat aaltoputket.

Kuva 6 esittää viidettä keksinnön mukaista mittausanturin toteutusmuotoa, joka sisältää seitsemän suodatin-ilmaisin-paria, monien kaasukomponenttien . 25 analysoimiseksi.

Kuvissa 1-3 esitetty perusratkaisu koostuu tyypillisesti infrapunaista säteilyä emittoivasta säteilylähteestä 1, näytekammiosta 2, jossa on tätä infrapunasäteilyä läpäisevät vastapäätä toisiaan kammion eri puolilla olevat ikkunat 3a ja 3b sekä kaasu-30 näytteen tulo- ja lähtöyhteet 5 ja 6, aaltoputkesta 7, kapeakaistasuodattimesta 8 ja infrapunailmaisimesta 9. Kammion ikkunat 3a ja 3b tai mahdollinen yksi ikkuna ovat kammion vastaavissa ikkuna-aukoissa tai -aukossa, jotka ovat kammion osia. Ikkunat voivat muodostua suodattimista ym., kuten jäljempänä tässä hakemuksessa selostetaan. Väliaine 21, ts. esimerkiksi näytekaasu 21, virtaa yhteiden 5 ja 6 kautta 35 näytekammion 2 läpi ja virtaava kaasuerä voi olla joko varsinaiseen tässä hakemuksessa ei-käsiteltyyn kohteeseen menevä koko kaasumäärä tai siitä otettu pieni otos. Säteily tulee tästä infrapunalähteestä, kulkee ensimmäisen ikkunan 3 a kautta, näyte-kammion 2 ja sisätilassa olevan analysoitavan kaasun 21 läpi, edelleen toisen ikku- 6 95322 nan 3b kautta aaltoputkeen 7, suodattimen 8 läpi ja säteilyilmaisimeen 9. Infrapuna-lähde 1 on tavallisesti leveäspektrinen hehku, jonka takana voi olla heijastin 10 sä-teilytehon parantamiseksi. Keksinnön mukaisessa rakenteessa voi säteilylähde 1 olla edellä kuvattua säteilyn kulkusuuntaa R vastaan poikittaisessa suunnassa leveä, esi-5 merkiksi näytekammion leveyden W suuruinen tai suurempikin juuri aaltoputken ansiosta, mutta pienemmän tai pistemäisen säteilylähteen käyttö mahdollistaa lyhyemmän ja/tai rakenteesta riippuen paremmalla hyötysuhteella toimivan aaltoputken 7 käytön. Näytekammio 2 on tässä keksinnössä säteilyn kulkusuunnassa R edullisesti pituudeltaan LT lyhyt, mutta yhden aaltoputken tapauksessa se voisi olla myös 10 pitkä. Lyhyellä näytekammiolla tarkoitetaan kammiota, jonka pituus LT on ainakin pienempi kuin kaksi kertaa sen leveys W ja tyypillisesti pienempi kuin leveys W. Pitkä näytekammio, jossa siis pituus LT on yli kaksi kertaa sen leveys W, toimisi myös aaltoputkena, mutta tämän keksinnön mukaan aaltoputkessa 7 ei ole tarkoitus olla näytekaasua. Kun kyseessä on hengityskaasuanturi, sopiva kammion pituus LT 15 on esimerkiksi 3 mm -10 mm.

Anestesiakaasut, kuten halotaani, enfluraani, isofluraani, sevofluraani ja desfluraani mitataan aikaisemmin mainitulla alueella 8 pm -14 pm, kun taas hiilidioksidin ja ilokaasun ilmaisemiseen alue 3,8 pm - 4,2 pm on yleisesti käytössä. Näytekammion 20 ikkunat 3a ja 3b voivat olla mitattavaa infrapunasäteilyä läpäisevää materiaalia ku ten kalsiumfluoridia tai jompikumpi tai molemmat ikkunat voivat olla läpäisyltään leveäkaistaisia suodattimia, joiden tarkoitus on poistaa sitä turhaa käytetyn aallonpituusalueen ulkopuolista säteilyä, joka saattaa lämmittää ilmaisinjärjestelyä. Toinen ikkuna 3 b voi myös olla tarvittava aallonpituuskaistan läpäisevä suodatin, mutta 25 yleensä on tarkoituksenmukaista järjestää suodattimet 8, 8a, 8b, ...8i... aaltoputken 7, 7a, 7b, ...7i... jompaankumpaan päähän 15 tai 16 useiden erilaisten aallonpituus-kaistojen käytön mahdollistamiseksi ja siten useiden ainekomponenttien analysoimiseksi tutkittavasta väliaineesta.

30 Aaltoputki 7 kuljettaa infrapunasäteilyn näytekammion 2 ulostuloikkunaa 3b vastassa olevasta ensimmäisestä päästään 15 toisen päänsä 16 kohdalla olevaan suodatin-ilmaisin-pariin 8, 9. Aaltoputki 7 voi edullisesti olla alumiiniin porattuja kiillotettu reikä 11, mutta se voisi myös olla jotakin muuta hyvin heijastavaa metallia, kuten kuparia tai reiän 11 seinämät 17 voivat olla päällystetyt heijastavalla metallikalvolla 35 27, kuten kultakerroksella tai interferenssiin perustuvalla monikerrospeilillä 27, ku ten kuviossa 3 on kuvattu. Aaltoputken runkoaineena 18 voidaan myös käyttää polymeerimateriaalia, lasia, mineraalia tai jotakin muuta sopivaa kiinteää epämetallia tai yhdistettä. Tällaisia epämetalleja ja mineraaleja voivat olla pii, kalsiumfluoridi, eri- il «H i lii il i.iiii 7 95322 laiset boridit, nitridit ja oksidit ym. Aaltoputkessa on siis sen sisäonkaloon 11 päin heijastava vaippapinta 17, joka voi koostua varsinaisesta peilipinnasta 27 tai yleisesti määriteltynä runkoaineesta 18, jonka taitekerroin on suurempi kuin aaltoputken keskiosan, ts. reiän 11 sisäosan, taitekerroin. Seinämän heijastuskerroin on suurilla 5 tulokulmilla helposti luokkaa 0,9 tai yli, joten häviöt ovat käytännössä pieniä. Tulo-kulmalla tarkoitetaan tässä pinnan normaalin ja tulevan säteen välistä kulmaa, kuten optiikassa on yleisesti tapana. Aaltoputken pituuden LL suhde sen halkaisijaan D, ensimmäisen pään halkaisijaan Dl, toisen pään halkaisijaan D2 tai keskimääräiseen halkaisijaan DD voi olla niin pieni kuin 2, yleensä kuitenkin vähintään 5, ja edulli-10 sessa tämän keksinnön ratkaisussa se on suuruusluokkaa 10-30. Seinämien heijas-tuskyky rajoittaa käytännössä maksimipituuden LL noin metriin, ja edullinen pituus LL on suuruusluokkaa 30-100 mm. Mikäli ilmaisinelementit saadaan hyvin pieniksi, voidaan käyttää tätä lyhyempiäkin aaltoputkia 7, kunhan ne ovat em. tavalla riittävän pitkiä poikkimittoihinsa verrattuna.

15

Koska polymeeriset materiaalit ja lasi sekä useimmat mineraalit heijastavat valoa huonosti paitsi hyvin suurilla tulokulmilla, voidaan näin helposti suorittaa eräänlainen valon kulmajakautuman rajoittaminen, joka hyväksyy pääosin kulmajakautumal-taan alle R+/- 10° olevaa säteilyä, jossa säteilyn suuntana R on mainittu näyte-20 kammion ja aaltoputken läpi menevän säteen pääasiallinen suunta, joka on sama kuin aaltoputken keskilinjan kulloinenkin suunta ja normaalisti kohtisuorassa ilmaisinta 9 ja sen suodattimen 8 tasoa vastaan. Jos esimerkiksi putken pituuden suhde halkaisijaan on 20, niin kulmissa R+/- 5°:ssa kulkevan säteilyn läpäisy tässä aalto-putkessa on noin 50 %, kulmissa R+/- 10°:ssa kulkevan säteilyn läpäisy on 6 % ja 25 kulmissa R+/- 20°:ssa kulkevan säteilyn läpäisy on enää 0,001 %. Kapeakaistainen interferenssisuodatin 8 on tunnetusti herkkä valon tulokulmalle siten, että läpäisy-kaista siirtyy lyhyempään aallonpituuteen päin, kun tulokulma kasvaa suuremmaksi kuin noin 10°. Tätä käyttäytymistä ei yleensä haluta kaasuanalysaattoreissa, koska silloin läpäisykaista on epämääräinen ja mahdollisesti myös epästabiili ja häiriöille 30 altis. Interferenssisuodattimen 8 kaistanleveys on normaalisti noin 1 % - 5 % keski-aallonpituudesta ja valitaan infrapunaspektriin näytekaasun aikaansaamien absorp-! tiokohtien perusteella. Kun siis kulmajakautuma on suhteellisen suuri, esim. R+/- 20°, heijastuvat suurella kulmalla tulevat säteet useita kertoja aaltoputken seinämästä 17 ja sitä useampia kertoja, mitä suurempi kulma on. Juuri mainitulla kulmalla +/-35 20° heijastuu säde keksinnön mukaisessa aaltoputkessa ainakin kaksi kertaa ja edullisesti vähintään neljä-viisi kertaa, jolloin vaimeneminen on tehokasta. Edellä kuvatulla muovisella tai lasisella pinnoittamattomalla aaltoputkella 7 siis saadaan tulokulma interferenssisuodattimeen 8 hyvin pieneksi, vaikka käytettäisiinkin laaja- 8 95322 pintaista säteilylähdettä 1. Pistemäisen ja siitä suunnattua säteilyä lähettävän säteily-lähteen 1 käyttö taas ei juurikaan edellytä tätä aaltoputken ominaisuutta tässä kuvatussa keksinnön toteutusmuodossa.

5 Suodatin 8 voi olla erillisenä komponenttina aaltoputken 7 ja ilmaisimen 9 välillä, mutta se voisi myös olla integroitu ilmaisimeen 9 esimerkiksi sen säteilyä läpipääs-täväksi ikkunaksi, kuten kuviossa 2. Joka tapauksessa muodostavat kulloinkin yksi suodatin 8 ja ilmaisin 9 suodatin-ilmaisin-parin ei-dispersiivisen mittausmenetelmän aikaansaamiseksi. Kutakin suodatin-ilmaisin-paria 8aja 9a; 8b ja 9b ... 8i ja 9i...

10 varten voidaan suodatin sijoittaa aaltoputken kumpaan päähän tahansa, joko näyte-kammion puoleiseen päähän 15 tai ilmaisimen puoleiseen päähän 16. Aaltoputken 7 sisällä oleva tila 11 on normaalisti ilmaa, mutta se voi joskus absorboida analysoitavaa infrapunasäteilyä haitallisesti, esimerkiksi kun siinä on suurelta osin samaa mitattavaa kaasua kuin näytekammiossa 2 tai jos siinä on sellainen kaasukomponentti, 15 joka absorboi samalla aallonpituusalueella kuin jokin analysoitavista kaasuista.

Siinä tapauksessa kaasumäärä tilassa 11 voidaan korvata tyhjiöllä tai sellaisella kaasulla, joka ei absorboi haitallisilla aallonpituuksilla, tai aaltoputken sisätilan yhteyteen voidaan sijoittaa sopiva absorbentti kuten silikageeli, zeoliitti tai aktiivihiili. Hiilidioksidin ollessa kysymyksessä voidaan myös käyttää absorbenttina hyvin tun-20 nettua kalsiumhydroksidia. Sisätilaan 11 voidaan myös lisätä kaasua tai kaasuseosta, joka esiintyy häiritsevänä komponenttina näytekammiossa. Tässä tapauksessa aalto-putken 7 sisätila 11 toimii eräänlaisena tämän kaasukomponentin infrapuna-absorp-tiosuodattimena. Näissä tapauksissa aaltoputken sisätila 11 pyritään sulkemaan mahdollisimman tiiviisti ja voidaan ajatella myös pidettäväksi tätä kaasua sisätilassa , . 25 ulkoilman painetta suuremmassa paineessa. Käytännössä aaltoputken näytekammion 2 puoleinen ikkuna 3b tai tämän ikkunan vieressä oleva kuvioissa ei-esitetyllä tavalla sijaitseva suodatin voi samalla sulkea aaltoputken ensimmäisen pään 15, ja sen toisessa päässä 16 suodatin 8 ja/tai ilmaisin 9 voi liittyä tiiviisti putkeen 11 sulkien sen. Itsestään selvää on, että aaltoputken 7 päissä 15, 16 voi myös olla omat infra-30 punasäteilyä läpäisevät ikkunansa, jotka haluttaessa voivat toimia myös ei-käytettyjä säteilyn aallonpituuksia estävinä suodattimina, kuten edellä näytekammion ikkunoiden 3a, 3b kohdalla on kuvattu. Aaltoputki voi vaihtoehtoisesti myös olla täysin avoin, jos ulkoisia häiriötekijöitä ei ole.

35 Kuvassa 1 on aaltoputken sisäpinnan 17 muoto suora ympyräsylinteri. Vaikka aalto-putki 7 edullisesti on tällainen sylinterimäinen reikä, jonka halkaisija on merkitty viitteellä D, se voisi myös olla ilmaisimeen päin suppeneva onkalo, jollainen on esitetty kuviossa 2 keksinnön toisena toteutusmuotona. Tämän ratkaisun etuna on suu- 9 95322 rempi säteilynkeräyskyky. Säteilyn kulmajakautuma ilmaisimen läheisyydessä on kuitenkin suurempi kuin kuvan 1 tapauksessa, ts. säteilyä tulee myös enemmän keskimääräisestä suunnasta R poikkeavista suunnista, joten se soveltuu vain sellaisiin tapauksiin, joissa suodatin 8 ei ole kriittisesti riippuvainen säteilyn tulokulmasta.

5 Kuvan 3 mukaisessa toteutusmuodossa aaltoputki 7 on ilmaisimeen 9 päin laajeneva. Nyt kulmajakautuma ilmaisimen ympäristössä on pienempi kuin kuvassa 1, ts. säteilyä tulee oleellisesti vain keskimääräisessä ja suodatinta 8 vastaan kohtisuorassa suunnassa R, mutta samalla putken halkaisija on kasvanut niin, että koko signaalin keräämiseen tarvitaan aikaisempaa isompaa suodatinta 8 ja ilmaisinta 9. Näissä 10 tapauksissa on aaltoputken ensimmäisen pään 15 halkaisijaa merkitty viitteellä Dl ja toisen pään viitteellä D2. Keskimääräinen halkaisija on DD, mikä on kaaviomaisesti merkitty kuvaan 3. Aaltoputkien poikkileikkausmuoto voi olla muukin kuin pyöreä, mutta se on säteilyn läpikulun hyötysuhteen kannalta edullisin. Aaltoputken 7 ensimmäisen pään 15 poikkipinta, ts. halkaisijaa Dl vastaava poikkipinta, vastaa 15 likimain toisen ikkunan 3b lähtöpoikkipintaa tai on tätä lähtöpoikkipintaa pienempi.

Kuvan 4 kaasuanturissa on kaksi aaltoputkea 7a ja 7b ja vastaavasti kaksi kapeakais-tasuodatinta 8a ja 8b sekä kaksi ilmaisinta 9a ja 9b, jotka muodostavat suodatin-il-maisin-parit 8a, 9a ja 8b, 9b. Molemmat aaltoputket 7a ja 7b ovat suunnattuja kohti 20 infrapunalähdettä 1 tai ainakin lähteen ja näytekammion 2 keskipisteen väliin, jolloin molempien aaltoputkien 7a, 7b ensimmäiset päät 15 eli tulopäät on kohdistettu oleellisesti samalle toisen ikkunan 3b pinnan alueelle saman säteilyintensiteetin syöttämiseksi kumpaankin aaltoputkeen ja edelleen suodatin-ilmaisin-pariin. Tällöin näiden kahden aaltoputken 7a ja 7b välillä on pieni kulma K, jonka puolittaja on . 25 tyypillisesti kohtisuorassa toisen ikkunan 3b tasoa vastaan. Aaltoputket 7a, 7b voivat edullisesti olla sylinterimäiset reiät, mutta ne voivat myös olla kuvissa 2 ja 3 kuvattua suppenevaa tai vastaavasti laajenevaa tyyppiä. Näytekammio 2 on nimenomaan tässä tapauksessa pituudeltaan LT edullisesti pieni, jotta säteet molempiin aalto-putkiin kulkisivat mahdollisimman hyvin samaa reittiä kammion läpi. Silloin kam-30 mion 2 likaantumisen aiheuttama virhe on molemmissa ilmaisimissa yhteismuotoi-nen ja siten kompensoitavissa ilman, että mittaustulokseen aiheutuu virhettä. Toista aaltoputkijäijestelmää 12a voidaan siis käyttää toisen aaltoputkijärjestelmän 12b signaalin oikaisuun. Aaltoputkijärjestelmällä 12 tarkoitetaan tässä kokonaisuutta, joka koostuu aaltoputken 7 ja sitä vastaavan suodattimen 8 ja detektorin 9 muodos-35 tamasta yhdistelmästä.

Jos käytetään kaupallisesti saatavia ilmaisimia 9, ne ovat esimerkiksi TO-5-kapse-lissa, jonka suurin halkaisija on noin 10 mm. Jos etäisyys infrapunalähteeseen on 10 95322 70 mm, niin aaltoputkijärjestelmien 12a ja 12b välille muodostuu kulma K noin 8°. Jos infrapunalähde 1 on lähellä näytekammiota 2 ja aaltoputkijäijestelmät 12a ja 12b suunnataan kohti lähteen 1 etureunan tai näytekammion 2 sisääntuloikkunan 3 a samaa aluetta, niin eri aaltoputkijärjestelmiin menevien säteiden poikkeama leveys-5 suunnassa W kammion 2 ikkunan 3b kohdalla on noin 0,4 mm, jos kammion pituus LT on 3 mm. Tämä pieni poikkeama aiheuttaa esimerkiksi halkaisijaltaan 3 mm.n valokimpulle olemattoman virheen, jos kuvitellaan, että ikkuna 3b likaantuu epäho-mogeenisesti. Vielä vähemmän vaikutusta saadaan, jos aaltoputkijäijestelmät 12a ja 12b suunnataan kohti näytekammion 2 keskipistettä, mutta silloin infrapunalähde 1 10 saattaa jäädä osaksi vaqoon tai siitä saattaa näkyä hiukan eri osia eri aaltoputkijärjestelmiin, mutta nämäkin erot ovat hyvin pieniä. Juuri tässä tapauksessa on etua suuripinta-alaisesta ja siten hajasäteilyä lähettävästä säteilylähteestä 1 ja keksinnön mukaisista aaltoputkista ja varsinkin sen divergenssiä pienentävistä toteutusmuodoista, ts. muovisista tai lasisista tms. pinnoittamattomista aaltoputkista. Tällöin 15 laajapintainen ja siten suhteellisen tasainen säteilylähde antaa molemmille aalto-putkille oleellisesti aina saman säteilyn, vaikka aaltoputkien kohdistuspinta-alat säteilylähteessä 1 eivät olisikaan täysin samat, vaan kohdistus olisi suoritettu mainittuun toiseen ikkunaan 3b. Vertailukohteena voidaan todeta, että vastaava kohdistus toiseen ikkunaan kulmassa K/2 käytettäessä pistemäistä hyvin suunnattua valoa 20 (kuten julkaisussa US-4 772 790) johtaisi säteilylähteen huomattavaan varjostuk seen, koska tällainen säteilylähde ei lähetä intensiteettiä juuri lainkaan keskiakselin-sa ulkopuolelle. Tästä hajavalolähteestä huolimatta saadaan keksinnön aaltoputkella anturin suodatin-ilmaisin-pareihin 8a, 9a ja 8b, 9b kohtisuoraa säteilyä tehokkaasti. Aaltoputket 7a ja 7b yhtyvät kuvan 4 mukaan näytekammion 2 puoleisessa päässä .25 15. Aaltoputkien sisätila 11 on siis molemmille haaroille yhteinen, joten aikaisem min mainittu kaasun mahdollinen erikoiskäsittely on helppo suorittaa. Aaltoputkien 7a ja 7b pituudet ovat edullisesti samat, mutta voisivat hyvin erota toisistaan tarpeen vaatiessa ilman suurempia valohäviöeroja. On selvää, että aaltoputket 7a ja 7b voivat olla eri tilavuuksisia, mutta tällöin niiden välimatka on hieman suurempi ja yh-30 teismuotoisten virheiden oikaisumahdollisuus hiukan heikompi.

Kuvassa 5 on esitetty eräs tapa edellisessä kappaleessa kuvatun kulmaeron vähentämiseksi näytekammion 2 kohdalla. Aaltoputket 7a ja 7b eivät tässä kuvassa ole suoria, vaan ulospäin kaarevia ja tavallisesti toisen ikioman 3b keskinormaalista 35 ulospäin kaareutuvia. Näin saadaan lähtökulma aaltoputken ensimmäisen pään 15 suhteen hyvin pieneksi samalla kun tilaa riittää suodatin-ilmaisin-pareille 8a, 9a ja 8b, 9b. Tällaisia aaltoputkia voitaisiin valmistaa esimerkiksi valamalla tai suorista putkista taivuttamalla. Valon kulmajakautuma ilmaisimen 9 kohdalla kasvaa vähän,

-I SM i Silti I I i »I I

11 95322 ts. säteilyä tulee myös enemmän keskimääräisestä suunnasta R poikkeavista suunnista, kun aaltoputkea 7a, 7b taivutetaan, joten tämän toteutusmuodon käyttö edellyttää sellaisen aallonpituuskaistasuodattimen 8a, 8b käyttöä, joka ei ole kriittisesti kulmariippuvainen. Kuten edellisen toteutusmuodon kohdalla kuvattiin, sisältää 5 tämäkin useita aaltoputkijärjestelmiä 12a, 12b sisältävä toteutusmuoto vain yhden aaltoputkitilavuuden 11 sekä järjestelmien saamiseksi toistensa lähelle yhteismuo-toisten virheiden eliminoimiseksi että yksinkertaisen kaasusuodatuksen mahdollistamiseksi. Muutoin tämän toteutusmuodon kohdalla pätee sama, mitä edellisen toteutusmuodon kohdalla on selostettu.

10

Edellä kuvatut toteutusmuodot koskevat kahden aaltoputkijäijestelmän käyttöä. Kuvassa 6 on esitetty keksinnön mukainen monikaasuanalysaattori, jossa on seitsemän aaltoputkijärjestelmää, jotka on merkitty yleisesti viitteellä 12i, jossa i = a...g ja niitä vastaavat aaltoputket viitteellä 7i ja ilmaisimet viitteellä 9i. Järjestely tietenkin sisäl-15 tää myös kutakin ilmaisinta 9i vastaavan suodattimen 8i, mutta ne eivät kuvassa ole nähtävissä. Yksi näistä järjestelmistä 12i voi kompensoida muiden järjestelmien yhteismuotoiset virheet. Kuten edellisissäkin useita aaltoputkijärjestelmiä koskevissa toteutusmuodoissa, on tässäkin kaikki aaltoputkijärjestelmät 12i ja siten erityisesti niiden suodatin-ilmaisin-parit 8a, 9a; 8b, 9b; 8c, 9c... sijoitettu toisesta rkkunasta 20 ulos tulevan säteilyn suhteen rinnakkain näytekammiosta 2 ulos tulevan säteilyn johtamiseksi aaltoputkia 7a; 7b; 7c... pitkin oleellisesti samanlaisena jokaiseen suo-datm-ilmaisin-pariin. Aaltoputkijärjestelmiin menevien säteiden poikkeama näyte-kammion ikkunassa 3b on nyt hieman suurempi kuin kuvan 4 mukaisessa järjestelyssä, mutta syntyvät virheet eivät ole edelleenkään kovin merkittäviä. Pidentämällä . 25 aaltoputkia 7i tai taivuttamalla ne virhe saadaan pienenemään, jos analysaattorin ulkoinen koko sen sallii. Muutoin tämän toteutusmuodon kohdalla pätee sama, mitä edellisten toteutusmuotojen kohdalla on selostettu. Edullisesti kullakin yhden suodattimen 8i, aaltoputken 7i ja ilmaisimen 9i yhdistelmällä analysoidaan yksi väliaineen, kuten kaasuseoksen, komponentti, ts. tunnistetaan kyseisen komponentin tyyp-30 pi tai laatu ja/tai määritetään sen pitoisuus. Tällöin suodatin voi olla kummassa päässä 15 tai 16 tahansa aaltoputkea tai aaltoputken keskellä. Voidaan tietysti analysoida useita kaasukomponentteja käyttäen kussakin yksittäisessä aaltoputkessa useita antureita ja/tai suodattimia, kuten jäljempänä selostetaan.

35 Kim monella suodatin-ilmaisin-parilla mitataan monta eri kaasua, saavutetaan tällä järjestelyllä lisäksi se etu, että kaikki järjestelmät 12i tai yksinkertaisemmissa tapauksissa järjestelmät 12a ja 12b ovat termisessä tasapainossa toisiinsa nähden, koska ne ovat kiinni samassa kappaleessa 18. Tätä etua voidaan tehostaa käyttämällä yhte- 95322 12 näistä metallikappaletta 20 tai vastaavaa, johon ilmaisimet 9a; 9b; 9c... kiinnitetään, erityisesti tilanteessa, jossa aaltoputket 7a; 7b; 7c... ovat muovia tai lasia tai muuta lämpöä huonosti johtavaa ainetta. Tarvittaessa ilmaisimet 9 voidaan pitää vakioläm-pötilassa kuvioissa ei-esitetyn termostaatin avulla. Tämän lisäksi kaikkiin ilmaisi-5 miin 9i saapuu riittävän voimakas signaali ja muutos näytekammion 2 kaasunäytteen komponenttien pitoisuudessa on kaikissa ilmaisimissa samanaikainen. Tällä on suuri merkitys signaalinkäsittelyssä. Pienikin aikaviive eri ilmaisimien 9i välillä aiheuttaa helposti suuren virheen konsentraatioon ja jopa kaasukomponentin tunnistaminen saattaa epäonnistua.

10

On selvää, että edellä kuvattuja toteutusmuotoja voidaan muuttaa käyttämällä tunnetun tekniikan mukaisia ratkaisuja. Siten esimerkiksi suodattimia ja vastaavia ilmaisimia, ts. suodatin-ilmaisin-pareja, voidaan kuhunkin edellä selostettua ilmaisinta 9 vastaavaan ilmaisinyksikköön sijoittaa useita, esimerkiksi kaksi, kolme tai neljä.

15 Tällöin kuvien 4 ja 5 toteutuksissa voisi olla neljä, kuusi tai kahdeksan suodatin-il-maisin-paria. Tässä selityksessä selostetulla laitteella voidaan analysoida kaasu-seoksia, mikä tarkoittaa ennalta mahdollisena pidettyjen seoskomponenttien tunnistusta ja/tai tiedetyn seoskomponentin pitoisuuden määritystä. Ensin mainittu toteutetaan valitsemalla suodattimien 8 läpäisykaistat halutuiksi ja jälkimmäinen mittaa-20 maila ilmaisimilla 9 säteilynintensiteetissä tapahtuneet absorptiot, ts. intensiteetit tietyillä aallonpituuskaistoilla, ja laskemalla niiden perusteella sinänsä tunnetulla tavoilla kunkin halutun kaasukomponentin pitoisuus kaasuseoksessa. Periaatteessa aaltoputken sisätila 11 voi olla muutakin ainetta kuin kaasua, kuten nestettä tai kiinteää, kunhan sen taitekerroin on riittävän paljon pienempi kuin aaltoputken rungon , .25 18 tai pinnoitteen 27 ja aine läpäisee hyvin mitattavia aallonpituuksia. Yleensä täl lainen ratkaisu ei ole tarkoituksenmukainen.

Näytekammiossa 2 analysoitava väliaine 21 voi olla kaasu, neste, höyry tai kiinteä aine. Mittausmenettely on kaikissa tapauksissa periaatteessa sama paitsi, että hyvin 30 korkeaviskoosisen nesteen käsittely voi vaatia omia erityistoimenpiteitään näyte-kammion rakenteen ja mitoituksen osalta. Kiinteän väliaineen analysointi ei edellytä välttämättä varsinaista näytekammiota lainkaan tai ei ainakaan välttämättä ikkunoita 3a tai 3b. Keksinnön on tarkoitus kattaa myös nämä käyttökohteet siitä riippumatta, onko toteutusmuodossa todella kiinteät ikkunat vai ei. Ensimmäisellä ja toisella 35 ikkunalla tarkoitetaan siten myös mitä tahansa rajattua tilavuutta tai pintaa, joka läpäisee haluttua säteilyä ja jonka toisella puolella on säteilylähde 1 tai vastaavasti aaltoputki 7 ilmaisimineen 9. Nämä ikkunat 3a ja 3b voivat olla toisiinsa nähden näytekammion 2 vastakkaisilla sivuilla, kuten kuvioiden toteutusmuodoissa, tai ne

il Ifö t Hill I | t SI

13 95322 voivat olla näytekammion erisuuntaisilla sivuilla, jolloin säteily kulkee näytekam-miossa esimerkiksi peilipinnan kautta. Tässä tapauksessa näytekammio voisi olla säteilyn kulkusuuntaisessa leikkauksessa suorakulmainen kolmio, jonka kateetit ovat ikkunoita ja hypotenuusa on peilipinta. Muunkin muotoisia järjestelyjä voidaan aja-5 telia. Voidaan myös käyttää vain yhtä ikkunaa, jossa on esim. vierekkäiset ikkuna-osuudet, joista ensimmäisen läpi säteily tulee näytekammioon, heijastuu kammion vastakkaisesta seinämästä ja menee toisen ikkunaosuuden läpi ja edelleen aaltoput-keen, suodattuneen ja ilmaisimeen tai useisiin suodattimiin, aaltoputkiin ja ilmaisimiin. Toisen ikkunan tai ikkunaosuuden ja aaltoputken välissä ja/tai vastaavasti 10 aaltoputken ja ilmaisimen välissä voi olla prisma, prismoja tai kuituoptiikkoja tai vastaavia, joilla säteen tai säteiden suuntaa voidaan tarvittaessa muuttaa esim. mittausanturin muodon ja koon saamiseksi halutun tyyppiseksi. Näissä kaikissa rakenteissa ilmaisin tai ilmaisimet ovat optisesti suunnatut toista ikkunaa 3b tai toista ik-kunaosuutta kohti.

Claims

95322

1. Mittausanturi väliaineiden spektroskooppiseen analysointiin mittausanturin käsittäessä: näytekammion (2) analysoitavaa väliainetta varten, jossa kammiossa on ainakin kak-5 si käytettävää säteilyä läpäisevää ikkunaa (3 a, 3 b) tai ikkunaosuutta kammion ikkuna-aukoissa; säteilylähteen (1), jonka lähettämä säteily kulkee ensimmäisen ikkunan (3a), näyte-kammion (2) ja edelleen toisen ikkunan (3b) läpi; yhden tai useamman ilmaisimen (9, 9a, 9b), joka tai jotka ovat tätä toista ikkunaa tai 10 ikkunaosuutta kohti optisesti suunnattuina; tietyn aallonpituuskaistan läpäisevän suodattimen (8, 8a, 8b) toisen ikkunan mainitun aukon ja kunkin ilmaisimen välissä; sekä näytekammion toisen ikkunan (3b) tai ikkunaosuuden ja ilmaisimen (9a, 9b) välissä olevan valo-ohjaimen, joka koostuu kiinteää materiaalia (18) olevasta vaipasta, jossa 15 on säteilyä läpäisevät päät (15, 16) ja sisäosa (11) sekä säteilyä rajoittava sisäpinta (17), tunnettu siitä, että valo-ohjain on aaltoputki (7; 7a, 7b), jonka vaipan kiinteän materiaalin (18) taitekerroin on suurempi kuin aaltoputken sisäosan (11) taitekerroin ja aaltoputken sisäpinta (17) on säteilyä heijastava, ja että aaltoputken pituus (LL) on 20 vähintään noin viisinkertainen verrattuna sen keskimääräiseen läpimittaan (D tai DD) kammiosta ulos tulevan säteilyn johtamiseksi aaltoputkea pitkin jokaiseen ilmaisimeen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittausanturi, tunnettu siitä, että suodattimia 25 ja ilmaisimia (8a ja 9a; 8b ja 9b ...) on molempia toisiaan vastaavasti vähintään kaksi, kulloinkin pareittain yksi suodatin yhtä ilmaisinta kohti, ja ne sijaitsevat toisen ikkunan (3b) kautta ulos tulevan säteilyn suhteen rinnakkain näytekammiosta (2) ulos tulevan säteilyn johtamiseksi aaltoputkia (7a, 7b ...) pitkin oleellisesti samanlaisena jokaiseen ilmaisimeen ja että mainituissa suodatin-ilmaisinpareissa sijaitsevat 30 suodattimet (8a, 8b, ...8L.) joko aaltoputken ilmaisimen puoleisessa päässä (16) tai näytekammion puoleisessa päässä (15) tai itse näytekammion ikkuna-aukossa olevana toisena ikkunana (3b).

3. Mätningsgivare enligt patentkrav 1, kännetecknad av att vägröret (7; 7a, 7b) 5 är till sin tvärsnittsfonnen cylindrisk och dess tväryta motsvarar omkring utgängs- tvärytan eller är mindre än denna utgängstväryta av det andra fonstret (3b).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittausanturi, tunnettu siitä, että aaltoputki 35 (7; 7a, 7b) on poikkileikkausmuodoltaan sylinterimäinen ja sen poikkipinta vastaa likimain toisen ikkunan (3b) lähtöpoikkipintaa tai on tätä lähtöpoikkipintaa pienempi. 95322

4. Mätningsgivare enligt patentkrav 1, kännetecknad av att vägröret (7; 7a, 7b) är frän det andra fonstret (3b) mot varje detektor (9a, 9b) konvergerande. 10

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittausanturi, tunnettu siitä, että aaltoputki (7; 7a, 7b) on toisesta ikkunasta (3b) kutakin ilmaisinta (9a, 9b) kohti suppeneva.

5. Mätningsgivare enligt patentkrav 1, kännetecknad av att vägröret (7; 7a, 7b) är frän det andra fonstret (3b) mot vaije detektor (9a, 9b) divergerande.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittausanturi, tunnettu siitä, että aaltoputki 5 (7; 7a, 7b) on toisesta ikkunasta (3b) kutakin ilmaisinta (9a, 9b) kohti laajeneva.

6. Mätningsgivare enligt patentkrav 1, kännetecknad av att pä vaije detektor (9a, 15 9b) finns det ett eget ätminstone delvis skilt vägrör (7a, 7b) och att längdema (LL) av dessa skilda vägrör bildar en liten vinkel (K) i förhällande tili varandra, vars vinkelbisektor är vinkelrätt mot nivän av det andra fonstret (3b).

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittausanturi, tunnettu siitä, että kutakin ilmaisinta (9a, 9b) kohti on oma ainakin osittain erillinen aaltoputkensa (7a, 7b) ja että nämä erillisten aaltoputkien pituudet (LL) muodostavat pienen kulman (K) toi- 10 siinsa nähden, jonka kulman puolittaja on kohtisuorassa toisen ikkunan (3b) tasoa vastaan.

7. Mätningsgivare enligt patentkrav 1, kännetecknad av att pä vaije detektor (9a, 20 9b) finns det ett eget ätminstone delvis skilt vägrör (7a, 7b) och att längdema (LL) av dessa skilda vägrör är frän det andra fonstret (3b) mot varje detektor (9) divergerande utät frän mittnormalen av det andra fonstret.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittausanturi, tunnettu siitä, että kutakin ilmaisinta (9a, 9b) kohti on oma ainakin osittain erillinen aaltoputkensa (7a, 7b) ja et- 15 tä nämä erillisten aaltoputkien pituudet (LL) ovat toisesta ikkunasta (3 b) kuhunkin ilmaisimeen (9) päin mainitun toisen ikkunan keskinormaalista ulospäin kaarevia.

8. Mätningsgivare enligt nägot av föregäende patentkrav, kännetecknad av att 25 vägrörets (7; 7a, 7b) längd (LL) är minst femfaldig i förhällande tili dess största diameter (D; Dl eller D2) och fördelaktigt proportionen mellan vägrörets längd (LL) och medeldiametem (D eller DD) är i storleksordning av 10-30, for att leda sträl-ningen tili varje detektor minst nästan parallella strälningsknippe. 30 9. Mätningsgivare enligt patentkrav 1, kännetecknad av att vägröret (7; 7a, 7b) är ett häl (11) i det solida materialet (18), vars inre yta (17) har polerats strälnings-reflekterande och vilket uppvisar ändar (15, 16) riktade mot öppningen av det andra fonstret (3b) och mot detektoren (9a, 9b) och att det solida materialet är en metall eller en fast ometall eller nägot polymermaterial, glas, en mineral eller liknande, 35 vars brytningsindex är väsentligen större än brytningsindexen av vägrörets inre del (11). 95322

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen mittausanturi, tunnettu siitä, että aaltoputken (7; 7a, 7b) pituus (LL) on vähintään viisinkertainen verrattuna sen 20 suurimpaan läpimittaan (D; Dl tai D2) ja edullisesti aaltoputken pituuden (LL) suhde keskimääräiseen läpimittaan (D tai DD) on suuruusluokkaa 10-30, säteilyn johtamiseksi jokaiseen ilmaisimeen ainakin likimain yhdensuuntaisina sädekippuina.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittausanturi, tunnettu siitä, että aaltoputki 25 (7; 7a, 7b) on kiinteässä materiaalissa (18) oleva reikä (11), jonka sisäpinta (17) on säteilyä heijastavaksi kiillotettu ja jossa on toisen ikkunan (3b) aukkoa kohti sekä ilmaisinta (9a, 9b) kohti osoittavat päät (15, 16) ja että kiinteänä materiaalina on metalli tai kiinteä epämetalli tai jokin polymeerinen materiaali, lasi, mineraali tai vastaava, jonka taitekerroin on oleellisesti suurempi kuin aaltoputken sisäosan (11) tai-30 tekemiin.

10. Mätningsgivare enligt patentkrav 1 eller 9, kännetecknad av att inom volymen (11) bildad av vägrörets (7; 7a, 7b) hai befinner sig en gas eller gasblandning i undertryck, en gas eller gasblandning i övertryck eller nägot annat medel och att säsom gas eller gasblandning är hifit, nagon annan gas eller gasblandning eller för- 5 delaktigt medlet inom vägröret innehäller den gas eller det medel, som framstär inom provkammaren som en störande komponent av gasen eller gasblandningen som skulle analyseras.

10. Patenttivaatimuksen 1 tai 9 mukainen mittausanturi, tunnettu siitä, että aalto-putken (7; 7a, 7b) reiän muodostamassa tilavuudessa (11) on alennetussa paineessa olevaa kaasua tai kaasuseosta, ylipaineessa olevaa kaasua tai kaasuseosta tai muuta 3. väliainetta ja että kaasuna tai kaasuseoksena on ilma, muu kaasu tai kaasuseos tai edullisesti aaltoputken sisällä oleva väliaine sisältää sitä kaasua tai väliainetta, jota esiintyy häiritsevänä komponenttina näytekammiossa olevassa analysoitavassa kaa-suseoksessa tai väliaineessa. 95322

11. Mätningsgivare enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknad av att mätningsgiva-10 ren uppvisar flera filter och detektorer (8a och 9a; 8b och 9b...) säsom kombina- tioner för att identifiera typen och/eller mätä halten av flera komponenter i medlet som skulle analyseras och att alla detektorema (9a, 9b, 9c...) är fastgjorda vid sam-ma stycke (18 eller 20) med en god värmeledningsförmaga för att halla desamma hos saimna, vid behov reglerad temperatur. 15

11. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen mittausanturi, tunnettu siitä, että mittausanturissa on useita suodattimia ja ilmaisimia (8a ja 9a; 8b ja 9b ...) yhdistelminä useiden analysoitavassa väliaineessa olevien komponenttien tyypin tunnistamiseksi 5 ja/tai pitoisuuden mittaamiseksi ja että kaikki ilmaisimet (9a, 9b, 9c ...) on kiinnitetty samaan hyvin lämpöä johtavaan kappaleeseen (18 tai 20) niiden pitämiseksi samassa, tarvittaessa säädetyssä lämpötilassa.

12. Mätningsgivare enligt patentkrav 1 eller 10, kännetecknad av att inloppsändan (15) av vägröret (7; 7a, 7b) som motsvarar en av detektorema har riktats mot väsent-ligen gamma ytarea av det andra fönstret (3b) ellet det första fönstret (3a) eller sträl-ningskällan (1) för att mata saimna strälningsintensitet in i vaqe vägrör och vidare 20 tili detektoren (9; 9a, 9b) och att filtren (8; 8a, 8b) är interferensfilter.

12. Patenttivaatimuksen 1 tai 10 mukainen mittausanturi, tunnettu siitä, että kuta-10 kin ilmaisinta vastaavan aaltoputken (7; 7a, 7b) tulopää (15) on kohdistettu oleellisesti samalle toisen ikkunan (3b) tai ensimmäisen ikkunan (3 a) tai säteilylähteen (1) pinnan alueelle saman säteilyintensiteetin syöttämiseksi jokaiseen aaltoputkeen ja edelleen ilmaisimeen (9, 9a, 9b) ja että suodattimina (8; 8a, 8b) on interferenssisuo-dattimet. 15

13. Mätningsgivare enligt patentkrav 1, kännetecknad av att den reflekterande mantelytan (17) av vägröret eller respektive vägrören (7, 7a, 7b) bestär av en inter-ferensspegelbeläggning eller liknande (27) och att analyseringsfiltren (8; 8a, 8b) är 25 interferensfilter. • · ·

13. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittausanturi, tunnettu siitä, että aaltoputken tai vastaavasti aaltoputkien (7, 7a, 7b) heijastava vaippapinta (17) koostuu interfe-renssipeilipinnoituksesta tai vastaavasta (27) ja että analyysisuodattimet (8; 8a, 8b) ovat interferenssisuodattimia. 20

14. Mätningsgivare enligt patentkrav 1, kännetecknad av att strälningskällan (1) har tvärs mot strälningens huvudsakliga förloppsriktning (R) förhällandevis stor yta motsvarande omkring ytarean av provkammarens (2) första fönster (3a). 30

14. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittausanturi, tunnettu siitä, että säteilylähde (1) on säteilyn pääasiallista kulkusuuntaa (R) vastaan poikittaisessa suunnassa suhteellisen suuripintainen vastaten likimain näytekammion (2) ensimmäisen ikkunan (3 a) pinta-alaa. 25

15. Menetelmä väliaineiden spektroskooppiseksi analysoimiseksi mittausanturilla, joka käsittää näytetilavuuden (2) analysoitavaa väliainetta varten, jossa tilavuudessa on ainakin kaksi käytettävää säteilyä läpäisevää pinta-aluetta (3 a, 3b), säteilylähteen (1), jonka lähettämä säteily kulkee ensimmäisen pinta-alueen (3 a), näytetilavuuden 30 (2) ja edelleen toisen pinta-alueen (3b) läpi, yhden tai useamman ilmaisimen (9, 9a, : 9b), joka tai jotka ovat tätä toista pinta-aluetta kohti optisesti suunnattuina, valo-oh jaimen näytetilavuuden ja ilmaisimen välissä, sekä tietyn aallonpituuskaistan läpäisevän suodattimen (8, 8a, 8b) toisen pinta-alueen ja kunkin ilmaisimen välissä, tunnettu siitä, että analysoitava väliaine (21) viedään näytetilavuuteen (2), säteilyn an-3 5 netaan kulkea mainitun väliaineen läpi ja edelleen toisen pinta-alueen (3b) jälkeen ainakin yhden valo-ohjaimena toimivan aaltoputken (7; 7a, 7b ...) kautta, jossa on säteilyä aaltoputken sisälle päin heijastava vaippapinta (17), jonka vaipan materiaalin (18) taitekerroin on suurempi kuin aaltoputken sisäosan (11) taitekerroin, anne- il . iil l· liiti i i i »i 95322 taan sellaisen osuuden säteilystä, jonka kulmajakautumassa säteilyn kulkukulma (R+/-) on suurempi kuin noin +/- 20°, heijastua aaltoputken tästä vaippapinnasta (17) useita kertoja, edullisesti vähintään noin kolme-neljä kertaa säteilyn kulkusuuntaan tämän säteilyosuuden pääsyn vähentämiseksi ilmaisimeen, annetaan muun sä-5 teilyn kulkea aallonpituuskaistan läpäisevän suodattimen läpi joko ennen aaltoput-kea tai aaltoputken jälkeen ja lopuksi annetaan suodatetun säteilyn osua sitä vastaavaan ilmaisimeen sähköisen signaalin saamiseksi sen edelleen käsittelyä varten. Patentkraven 10 1. Mätningsgivare för spektroskopisk analysering av medel innefattande: en provkammare (2) för det medlet som skulle analyseras, vilken kammare uppvisar ätminstone tvä för den nödiga strälningen genomsläppliga fönster (3a, 3b) eller fönsterandelar i kammarens fönsteröppning; en strälningskälla (1), strälningen ur vilken gär igenom det första fönstret (3a), prov-15 kammaren (2) och vidare det andra fönstret (3b); en eller flera detektorer (9, 9a, 9b), som är optiskt riktad eller riktade mot detta andra fönster eller fönsterandel; en filter (8, 8a, 8b), som genomsläpper ett bestämt väglängdsband, mellan nämnda öppning av det andra fönstret och vaije detektor; samt 20 en ljusledare mellan provkammarens andra fönster (3b) eller fönsterandel och detek-toren (9a, 9b) bestäende av en mantel av solid material (18) med strälningsgenom-skinliga ändar (15, 16) och en inre del (11) samt en stralningsbegränsande inre yta (17), kännetecknad av att ljusledaren är ett vägrör (7; 7a, 7b), det solida materialet (18) 25 av vars mantel uppvisar en brytningsindex, som är större än brytningsindexen av ' vagrörets inre del (11) och vagrörets inre yta (17) är strälningsreflekterande, och att vägrörets längd (LL) är minst femfaldig jämfört med dess medeldiameter (D eller DD) för att leda strälningen som kommer ut frän kammaren längs vägröret tili varje detektor. 30 : 2. Mätningsgivare enligt patentkrav 1, kännetecknad av att det finns filter och detektorer (8a och 9a; 8b och 9b...) bäda respektive varandra minst tvä, i varje enskilda fall parvis ett filter pä en detektor, och de ligger bredvid varandra i förhäl-lande tili strälningen som kommer ut frän det andra fönstret (3b) för att leda sträl-35 ningen som kommer ut frän provkammaren (2) längs vägrören (7a, 7b...) väsentligen tillika i vaije detektor och att i nämnda filter-detektor-paren ligger filtren (8a, 8b,...8i...) antingen i ändan (16) mot detektorer eller i ändan (15) mot provkamma- 95322 ren av vägröret eller säsom det andra fonstret (3b) i fÖnsteröppmngen av själva provkammaren.

15. Förfarande för spektroskopisk analysering av medel genom en mätningsgivare, som innefattar en provsvolym (2) för det medlet som skulle analyseras, vilken vo-lym uppvisar ätminstone tvä för den nödiga strälningen genomsläppliga ytareor (3 a, 3b), en strälningskälla (1), strälningen ur vilken gär igenom den första ytarea (3a), 35 provsvolymen (2) och vidare den andra ytarean (3b), en eller flera detektorer (9, 9a, 9b), som är optiskt riktad eller riktade mot derma andra ytarean, en ljusledare mellan provsvolymen och detektoren (9a, 9b), samt en filter (8, 8a, 8b), som genomsläpper ett bestämt väglängdsband, mellan den andra ytarean och vaije detektor, känneteck-