JP5797658B2 - スペクトル分析に適合した測定セル - Google Patents

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Description

本発明は、一般に測定セルに関し、特にガス試料のスペクトル分析に適合した測定セルに関する。
適切な種類の測定セルは、ＩＲ光などの光生成手段から放出される光ビームを、ＩＲ光などの光受信手段に向かう方向に調整するように設計され適合される。
本発明がたとえ測定セルの一般的な設計に基づきまた一般的な設計を提供しても、こうした測定セルが、いずれの電磁放射についても使用されるようになる可能性があることが考慮されるべきである。しかし、以下の説明は、ＩＲ光（赤外線周波数範囲に入る光）、特に所定期間にわたってパルス状光ビームを与えるＩＲ光の利用に的を絞ることになる。
光生成手段と光受信手段との間の、本明細書で提供される調整は、測定セルの内部キャビティに割当てられた多数の反射面および／または単純化された反射点からのまたその間の、放出される光ビーム（複数可）の複数回の反射の利用によって本発明の規定に従って実施される。
光ビームは、発散または収束光線として発生するため、形成された反射面で反射されることになり、一方、光線に割当てられた中心光線は、反射点で反射されたものと見なされることになる。キャビティ内での反射面の対向する設置および平面または湾曲などの反射面の形状は、それにより、測定セルの内部キャビティ内で所定の測定距離を提供し、測定距離の長さは、ガス試料を通して伸張可能であり、また通常、光生成手段から光受信手段まで測定されるべきである。
前記測定セルのキャビティは、スペクトル分析吸収測定を意図されるガス試料を含むことができるようになされており、この分析は、アルゴリズムを含む計算回路と協働して、特に形成された電子部品によって実施される。しかし、アルゴリズムは、その設計が当業者によく知られていると考えられるため、以下の詳細な説明では述べられない。
測定セルの内部キャビティおよびその割当てられた容積は、測定セルに割当てられた上部パーツなどの第２のパーツと密に協働する、測定セルに割当てられた底部パーツなどの第１のパーツによって制限され、キャビティへの入口およびキャビティからの出口は、含まれかつ交換可能なガス試料に割当てられるべきである。
第１のパーツおよび／または第２のパーツは、必要な光送信手段および光受信手段を支持するための割り当てられた凹所およびまたはシートであるべきである。
それに関連して、割当てられた凹所は、光生成手段によって生成される光ビームの通過、および、測定セルのキャビティを通り、光受信手段に向かう方向に割当てられる光ビームの通過を可能にするようになされている。
それに関連して、割当てられたシートは、光生成手段および／または光受信手段を、測定セルの第１のパーツおよび／または第２のパーツにクランプすることができるようになされている。
本明細書で、光ビームは、光生成手段から、第１の反射面に送られる、かつ／または、第１の反射面で反射可能であるようになされており、それにより、１の反射面で反射されると、凹状反射面として本明細書で形作られる第２の反射面に送られる。
生成される光ビームは、一方では、連続生成光として生成されることができるが、本発明は、短くかつパルス状のＩＲ光ビームに起因する熱エネルギーの減少を第１に考慮して、所定期間にわたってパルス駆動される光ビームについて特別な用途がある。
本発明は、測定セルの外側容積を低減することを可能にするが、依然として比較的長い測定距離を与えることができることを意図し、比「測定距離の長さ／測定セルの外側（内側）容積」が、選択された制限内に維持されるべきである。
上述した技術分野および特質に関連する方法、配置構成、および設計は、複数の異なる実施形態において以前から知られている。
背景技術および本発明が関連する技術分野の第１の例として、選択されたガス試料のスペクトル分析に適合する測定セルが述べられることができ、この測定セルは、ＩＲ光生成手段から放出される光ビームを、測定セルの内部キャビティに割当てられた多数の反射面または反射点からの放出される光ビームの複数回の反射を与えることによって、ＩＲ光受信手段に向かう方向に調整するように設計され適合され、それにより、まず第１にＩＲ光生成手段からＩＲ光受信手段までの、測定セルの内部キャビティ内での所定の測定距離の長さを生成することを可能にし、前記測定セルのキャビティは、付属回路、記憶デバイス、および必要なアルゴリズムを有する計算回路を含む電子部品におけるスペクトル分析吸収測定を意図されるガス試料を含むことができるようになされている。
測定セルの内部キャビティおよび内部キャビティの容積は、測定セルに割当てられた上部パーツなどの第２のパーツと協働して、測定セルに割当てられた底部パーツの形態の第１のパーツによって制限され、第１のパーツおよび／または第２のパーツは、凹所および／またはシートが割り当てられるべきである。
割当てられた凹所は、その後、ＩＲ光生成手段によって生成される光ビームの通過、および、測定セルを通り、ＩＲ光受信手段に向かう方向に最終的に割当てられる光ビームの通過に適合されることができる。
割当てられたシートは、その後、ＩＲ光生成手段および／またはＩＲ光受信手段を保持できるようになされていることができる。
生成された光ビームは、ＩＲ光生成手段から、その後、第１の反射面に送られることができる、かつ／または、第１の反射面で反射可能であるようになされており、それにより、この反射面によって、本明細書で凹状反射面として形作られる第２の反射面に反射され送られる。
上述した技術分野に適合する測定セルに関して、これらの測定セルをディスクリート部品として形成することを可能にすることが、以前より知られており、ＩＲ光生成手段は、第１のディスクリートユニットとして構築され、プリント配線を有するカードに取付け可能であり、一方、ＩＲ光受信手段は、第２のディスクリートユニットとして構築され、プリント配線を有するカードに取付け可能である。これら２つのディスクリートユニットは、その後、必要な電子部品および計算回路との協働のためのプリント配線を有する前記カードと電気的に協働するために形成される。
こうした配置構成では、適切な測定セルは、第３のディスクリートユニットとして形成されることができ、このユニットは、端部に関連するミラー面を有するチューブに形作られ、そのミラー面は、光生成手段（ランプ）からの光ビームを反射させ、光生成手段の割り当てられた長手方向配向軸は、チューブに割当てられた長手方向配向軸と直角を形成する。
光生成手段および光受信手段を支持し、プリント配線を有するカードと電気的かつ機械的に協働するために構築されるディスクリートユニットを形成する測定セルを設計することを可能にすることも以前より知られている。
上述した従来技術の例として、さらに特許文献１および特許文献２を引用してもよい。
本発明に関連する内部キャビティ内の光線経路(ray path)を考えるとき、従来技術のさらなる例として、特許文献３の図および内容が参照されるべきである。特許文献３では、焦点からの発散光ビームが、凹状反射面に、そして平面反射面に当たって反射され、それにより、凹状反射面に当たって再び反射され、それにより、最終的に、発散光ビーム用の収束点または焦点に対して横方向に配向したＩＲ光受信手段または検出器の方に収束する実施形態が示され述べられる。
国際特許公報ＷＯ９７／１８ ４６０−Ａ１ 国際特許公報ＷＯ９８／０９ １５２−Ａ１ 国際特許公報ＷＯ２００４／０６３７２５
当業者が１つまたは複数の提起された技術的問題の解決策を提示できるために行わなければならない技術的考察が、一方では、最初に、行われなければならない対策および／または対策のシーケンスの必要な理解であり、他方では、要求される１つまたは複数の手段の必要な選択であるという状況に注意が払われる場合、以下の技術的問題は、これを考慮して、本発明の現在の主題の生成に関連することになる。
上述されたような従来技術を考慮して、したがって、次のことを行うために必要とされることになる技術的対策および考慮事項の意義、および／またはそれに関連する利点を認識することが可能であることは、技術的問題として考えられるべきである。次のこととは、ガス試料のスペクトル分析に適合し、プリント配線を有するカードなどの、キャリアと電気的かつ機械的に協働する手段を有する測定セルにおいて、制限された数の反射面および反射点を用いて、制限された外形寸法内で構築可能であるべきであるが、電子部品における意図されるスペクトル分析評価において、目下の被測定値の信頼性のある確立のために十分に長い測定距離を依然として与えるような条件を作成することを可能にすることであり、前記測定セルは、測定セルのキャビティ内で、光生成手段から放出される光ビームを、測定セルの内部キャビティに割当てられた多数の反射面（または反射点）から前記放出される光ビームの複数回の反射を利用することを可能にすることによって、光受信手段に向かう方向に調整することを可能にするように設計され適合され、それにより、光生成手段から光受信手段までなどの、測定セルの内部キャビティ内での所定の光学測定距離を生成することを可能にし、前記測定セルのキャビティは、スペクトル分析吸収測定を意図されるガス試料を含むことを可能にするようになされており、測定セルの内部キャビティおよび内部キャビティの容積は、測定セルに割当てられた上部パーツなどの第２のパーツと協働して、測定セルに割当てられた底部パーツの形態の第１のパーツによって制限され、第１のパーツおよび／または第２のパーツは、凹所および／またはシートが割り当てられ、割当てられた凹所は、光生成手段によって生成される光ビームの通過および光受信手段に向かう方向に割当てられる光ビームの通過に適合可能であり、一方、割当てられたシートは、光生成手段および／または光受信手段を全体的にまたは部分的に保持できるようになされており、それに加えて、光ビームは、光生成手段から、第１の反射面（Ｍ１）に送られる、かつ／または、第１の反射面（Ｍ１）で反射可能であるようになされており、それにより、反射して、第１の凹状反射面として形作られる第２の反射面に送られる。
次のことを行うために必要とされることになる技術的対策および考慮事項の意義、および／またはそれに関連する利点を認識することが可能であるという技術的問題が存在する。次のこととは、第１のパーツが、前記キャリアに載置されるようになされることを可能にすることであり、第１のパーツは、前記キャリアに面するその第１の表面内に、１つまたは２つの凹所またはシートを持つように形成され、それにより、少なくとも前記光生成手段を全体的にまたは部分的に囲むことを可能にする。
次のことを行うために必要とされることになる技術的対策および考慮事項の意義、および／またはそれに関連する利点を認識することが可能であるという技術的問題が存在する。次のこととは、光を反射する第１の反射面が、手段によって生成される光を測定セルのキャビティに送ることを可能にするようになされること、および前記光生成手段に割当てられた第２の中央平面および手段に割当てられた長手方向配向軸から離れた、第１の中央平面内で伝搬することを可能にすることである。
次のことを行うために必要とされることになる技術的対策および考慮事項の意義、および／またはそれに関連する利点を認識することが可能であるという技術的問題が存在する。次のこととは、キャリアと第２のパーツとの間で、第１のパーツが、中間配向パーツ部として配列されることを可能にすることであり、中間配向パーツ部は、キャリアおよび第２のパーツと共に、第２の凹状反射面の前にある前記第１の反射面を形成する。
次のことを行うために必要とされることになる技術的対策および考慮事項の意義、および／またはそれに関連する利点を認識することが可能であるという技術的問題が存在する。次のこととは、第１のパーツまたは中間配向パーツ部が、光生成手段の１／２または本質的に１／２を囲むことを可能にするようになされた、キャリアに面するシートまたは凹所を有するようになされていることを可能にすることである。
次のことを行うために必要とされることになる技術的対策および考慮事項の意義、および／またはそれに関連する利点を認識することが可能であるという技術的問題が存在する。次のこととは、第１のパーツまたは中間配向パーツ部が、ディスクリートユニットとして関連付けられ、プリント配線によってカードに関連付けられる電子部品などの電子部品用の保護空間または場所を形成するために、キャリアに面する空間を形成するようになされていることを可能にすることである。
次のことを行うために必要とされることになる技術的対策および考慮事項の意義、および／またはそれに関連する利点を認識することが可能であるという技術的問題が存在する。次のこととは、第１のパーツまたは中間配向パーツ部内に、光受信手段が全体的にまたは部分的に設置されることを可能にすることである。
次のことを行うために必要とされることになる技術的対策および考慮事項の意義、および／またはそれに関連する利点を認識することが可能であるという技術的問題が存在する。次のこととは、第１のパーツまたは中間配向パーツ部が、第２のパーツおよびキャリアと共に、共通の第２の凹状反射面を形成し、それにより、生成された収束光ビームを、反射面を介して光受信手段および光受信手段の光検出器に送ることを可能にすることである。
次のことを行うために必要とされることになる技術的対策および考慮事項の意義、および／またはそれに関連する利点を認識することが可能であるという技術的問題が存在する。次のこととは、この第２の凹状湾曲反射面が、前記光生成手段を閉囲し、前記凹状反射面によって、生成された収束光ビームを偏向用の第１の反射面に集中させることを可能にするようになされており、それにより、第２の、たとえば第１の凹状に形作られた反射面
に向かって焦点を介して収束的に反射されることを可能にすることである。
次のことを行うために必要とされることになる技術的対策および考慮事項の意義、および／またはそれに関連する利点を認識することが可能であるという技術的問題が存在する。次のこととは、第２の反射面から反射されるこれらの光ビームが、都合よく平面反射面として形作られた第３の反射面に収束的に送られることを可能にすることである。
次のことを行うために必要とされることになる技術的対策および考慮事項の意義、および／またはそれに関連する利点を認識することが可能であるという技術的問題が存在する。次のこととは、第３の反射面から反射されるこれらの収束光ビームが、都合よく本質的に平面反射面として形作られた第４の反射面に送られることを可能にすることである。
次のことを行うために必要とされることになる技術的対策および考慮事項の意義、および／またはそれに関連する利点を認識することが可能であるという技術的問題が存在する。次のこととは、第４の反射面から反射されるこれらの発散光ビームが、第２の反射面に再び送られることを可能にすることである。
次のことを行うために必要とされることになる技術的対策および考慮事項の意義、および／またはそれに関連する利点を認識することが可能であるという技術的問題が存在する。次のこととは、第２の反射面から再び反射されるこれらの光ビームが、意図される測定距離の第３の焦点が形成されと、収束光ビームとして、光受信手段に接して配向した反射面に適合可能であり送られることを可能にすることである。
次のことを行うために必要とされることになる技術的対策および考慮事項の意義、および／またはそれに関連する利点を認識することが可能であるという技術的問題が存在する。次のこととは、光生成手段において、生成された光に割当てられたこれらの光ビームが、光ビームの進行または伝搬方向に考えると、第１の平面反射面の前に配向されるべきである、光ビームを収束させる反射面から反射されるようになされることを可能にすることである。
次のことを行うために必要とされることになる技術的対策および考慮事項の意義、および／またはそれに関連する利点を認識することが可能であるという技術的問題が存在する。次のこととは、第５の反射面または反射点が、第２の反射面から反射される光ビームを光受信手段に送るようになされていることを可能にすることである。
次のことを行うために必要とされることになる技術的対策および考慮事項の意義、および／またはそれに関連する利点を認識することが可能であるという技術的問題が存在する。次のこととは、測定セルが、断面が平行四辺形または平行六面体に結び付けられる内部キャビティおよび形状を有するようになされることを可能にすることであり、たとえば直角または少なくとも本質的に直角の場合、断面は長方形の形状である。
次のことを行うために必要とされることになる技術的対策および考慮事項の意義、および／またはそれに関連する利点を認識することが可能であるという技術的問題が存在する。次のこととは、第２の反射面が、部分的に楕円の湾曲などの、キャビティ内の湾曲を有し、測定セルおよび測定セルのキャビティの短辺に沿って測定されると、「０」から「２〜４」：１０まで変動する、測定セルの外側表面から測定セルのキャビティの湾曲壁部までの距離を有するようになされることを可能にすることである。
次のことを行うために必要とされることになる技術的対策および考慮事項の意義、および／またはそれに関連する利点を認識することが可能であるという技術的問題が存在する
。次のこととは、その反射点を有する第３の反射面が、測定セルの内部形状またはキャビティの長辺に関連することを可能にすることである。
次のことを行うために必要とされることになる技術的対策および考慮事項の意義、および／またはそれに関連する利点を認識することが可能であるという技術的問題が存在する。次のこととは、第４の反射面が、測定セルに割当てられた短辺の２５〜４０％の長さを有するようになされていることを可能にすることである。
次のことを行うために必要とされることになる技術的対策および考慮事項の意義、および／またはそれに関連する利点を認識することが可能であるという技術的問題が存在する。次のこととは、第４の反射面が、前記短辺に対して斜めの角度をとるようになされていることを可能にすることである。
次のことを行うために必要とされることになる技術的対策および考慮事項の意義、および／またはそれに関連する利点を認識することが可能であるという技術的問題が存在する。次のこととは、第４の反射面が、割り当てられた中心光線の選択された入射角度内で入射ＩＲ光ビームを受信するようになされていることを可能にすることである。
次のことを行うために必要とされることになる技術的対策および考慮事項の意義、および／またはそれに関連する利点を認識することが可能であるという技術的問題が存在する。次のこととは、測定セルの設計を提供することを可能にすることであり、測定セルの設計は、ミリメートルルールを使用して、１：１０と１：３０との間、たとえば１：２０など、１：７〜１：６０（ｍｍ−２）の比を与える「測定距離の長さ／測定セルの外側容積」の選択された比を有することができる。
次のことを行うために必要とされることになる技術的対策および考慮事項の意義、および／またはそれに関連する利点を認識することが可能であるという技術的問題が存在する。次のこととは、第２のパーツがキャビティ全体を含み、２〜４ｍｍなど、１〜５ｍｍの制限された高さ寸法を有することを可能にすることである。
次のことを行うために必要とされることになる技術的対策および考慮事項の意義、および／またはそれに関連する利点を認識することが可能であるという技術的問題が存在する。次のこととは、測定距離の長さが、１００ｍｍかそのくらいの測定距離において、３つの焦点など、２つから４つの焦点を包含するようになされることを可能にすることであり、２つの焦点は短い測定距離を与え、４つの焦点は長い測定距離を与える。
次のことを行うために必要とされることになる技術的対策および考慮事項の意義、および／またはそれに関連する利点を認識することが可能であるという技術的問題が存在する。次のこととは、前記キャビティが、プラスチック材料の形態で少なくとも２つの協働するパーツ内に含まれ、約２０×２５×２〜４ｍｍかそのくらいの外形寸法を有することを可能にすることである。
次のことを行うために必要とされることになる技術的対策および考慮事項の意義、および／またはそれに関連する利点を認識することが可能であるという技術的問題が存在する。次のこととは、光生成手段が、赤外線（ＩＲ）範囲内に入る周波数カバリジを有するようになされることを可能にすることである。
それに関連して、本発明は、イントロダクションとして示された、知られている技法をその出発点とし、ガス試料のスペクトル分析に適合し、プリント配線を有するカードなど
の、キャリアと電気的かつ機械的に協働する手段を有する測定セルに基づいており、前記測定セルは、光生成手段から放出される光ビームを、測定セルの内部キャビティに割当てられた多数の反射面（または反射点）から前記放出される光ビームの複数回の反射を利用することを可能にすることによって、光受信手段に向かう方向に調整することを可能にするように設計され適合され、それにより、光生成手段から光受信手段までなどの、測定セルの内部キャビティ内での所定の光学測定距離を生成することを可能にし、前記測定セルのキャビティは、スペクトル分析吸収測定を意図されるガス試料を含むことを可能にするようになされており、測定セルの内部キャビティおよび内部キャビティの容積は、測定セルに割当てられた上部パーツなどの第２のパーツと協働して、測定セルに割当てられた底部パーツの形態の第１のパーツによって制限され、第１のパーツおよび／または第２のパーツは、凹所および／またはシートが割り当てられ、割当てられた凹所は、光生成手段によって生成される光ビームの通過および光受信手段に向かう方向に割当てられる光ビームの通過に適合可能であり、一方、割当てられたシートは、光生成手段および／または光受信手段を全体的にまたは部分的に保持できるようになされており、それに加えて、光ビームは、光生成手段から、第１の反射面（または反射点）に収束的に送られる、かつ／または、第１の反射面（または反射点）で反射可能であるようになされており、それにより、反射して、第１の凹状反射面として形作られる第２の反射面（または反射点）に第１の焦点を介して送られる。
上述した技術的問題の１つまたは複数を解決することができるように、第１のパーツが、前記キャリアに載置されるようになされているべきであり、第１のパーツが、キャリアに面するその第１の表面内に、１つまたは２つの凹所またはシートを持つように形成され、それにより、少なくとも前記光生成手段を全体的にまたは部分的に囲むことを可能にする点で、知られている技法が補われるべきであることを本発明は特に教示する。
さらに、キャリアと第２のパーツとの間で、第１のパーツが、中間配向パーツ部として配列されるべきであり、中間配向パーツ部が、キャリアおよび第２のパーツと共に、第２の、第１の凹状に形作られた反射面の前にある前記第１の反射面を形成することが教示される。
第１のパーツまたは中間配向パーツ部は、光生成手段の１／２または本質的に１／２を囲むことを可能にするようになされた、キャリアに面するシートまたは凹所を有するようになされているべきである。
第１のパーツまたは中間配向パーツ部は、電子部品用の保護空間を形成するために、キャリアに面する空間を形成するようになされていることができる。
さらに、第１のパーツまたは中間配向パーツ部内に、前記光受信手段が全体的にまたは部分的に設置されるべきであることが教示される。
前記第１のパーツまたは前記中間配向パーツ部は、第２のパーツおよびキャリアと共に、共通の第２の凹状反射面を形成し、それにより、生成された光ビームを、反射面および焦点を介して光受信手段および光受信手段の光検出器に送るべきである。
第２の凹状湾曲反射面は、前記光生成手段を閉囲し、前記凹状反射面によって、生成された光ビームを偏向用の第１の反射面に集中させることを可能にするようになされているべきであり、それにより、収束点または焦点を介して第２の、たとえば第１の凹状に形作られた反射面に向かうように収束的に反射される。
さらに、第２の反射面から反射される光ビームが、平面反射面として形作られた第３の反射面に収束的に送られるべきであること、第３の反射面から反射される収束光ビームが、平面のまたは本質的に平面の反射面として形作られた第４の反射面に送られるべきであ
ること、第４の反射面から反射される発散光ビームが、第２の反射面に送られるべきであること、および、それにより第２の反射面から反射される収束光ビームが、光受信手段に適合され送られることが教示される。
上述した技術的問題の１つまたは複数を解決することができるように、光生成手段において、生成された光として割当てられた光ビームが、光ビームの進行または伝搬方向に考えると、第１の反射面の前にあるべきである反射面から収束的に反射されるようになされているべきである点で、知られている技法が補われるべきであることを本発明はさらに教示する。
本発明の基本的な概念の範囲に入る提案される実施形態として、さらに、第５（第２）の反射面が、第４の反射面から反射される光ビームを光受信手段に送ることを可能にするようになされているべきであることが教示される。
さらに、測定セルが、断面が平行四辺形または平行六面体に結び付けられる内部キャビティおよび形状を有することを可能にするようになされているべきであり、たとえば直角または少なくとも本質的に直角の場合、断面は長方形の形状であることが教示される。
第２の反射面は、部分的に楕円（放物または円柱）の湾曲などの、キャビティ内の湾曲を有し、測定セルのキャビティの短辺に沿って測定されると、「０」から「２〜４」：１０まで変動する、測定セルの外側表面から測定セルのキャビティの湾曲壁部までの距離を有するようになされているべきである。
第３の反射面は、測定セルの内部形状またはキャビティの長辺に関連するべきである。
第４の反射面は、測定セルに割当てられた短辺の２５〜４０％の長さを有するようになされているべきである。
第４の反射面は、前記短辺に対して斜めの角度をとるようになされているべきである。
第４の反射面は、中心光線の選択された入射角度内で入射光ビームを受信するようになされているべきである。
さらに、測定セルの設計が、ミリメートルルールを使用して、１：１０と１：３０との間、たとえば１：２０など、１：７〜１：６０（ｍｍ−２）の比を与えることができる「測定距離の長さ／測定セルの外側（内側）容積」の選択された比を有することができるという測定セルの設計が教示される。
第２のパーツは、２〜４ｍｍなど、１ｍｍよりわずかに低い値から５ｍｍの高さ寸法を有するキャビティを含むべきである。
測定距離の長さは、１００ｍｍかそのくらいの測定距離において、３つの焦点など、２つから４つの焦点を包含するようになされていてもよく、２つの焦点は短い測定距離を与え、４つの焦点は長い測定距離を与え、反射面の位置および／または形状ならびに手段の配置が相応して変化する。
前記キャビティは、プラスチック材料の形態で少なくとも２つの協働するパー内に含まれ、約１００ｍｍの光学測定距離の場合に約２０×２５×２〜４ｍｍかそのくらいの外形寸法を有することができる。
光生成手段は、赤外線（ＩＲ）範囲内の周波数カバリジを有するようになされているべきである。
本発明の特徴およびそれによって示された固有の重要な特徴であると第１にみなされることができる利点は、添付特許請求項１のプリアンブルによる、ガス試料のスペクトル分析
に適合する測定セルにおいて、キャリアに面するその第１の表面内に、少なくとも前記光生成手段の１／２または全体を囲むことを可能にするようになされた、１つまたは２つの凹所またはシートを持つように形成される第１のパーツが、キャリアに載置されるようになされているべきであるという教示を可能にする。
キャリアは、第１のパーツに面する第１の表面内に、少なくとも前記光生成手段を全体的にまたは部分的に囲むことを可能にするようになされた、１つまたは２つの凹所またはシートを持つように形成されるべきである。
第１に本発明の特徴とみなすことができるものは、従属請求項の特徴付け条項に規定される。
本発明に関連する重要な特徴を有する現在のところ提案される実施形態が、例証のためにここでより詳細に述べられ、添付図面が参照される。
本発明の特徴による、測定セルまたはガスセルを有するガスセンサ、ならびに、電子部品および電子部品の計算ユニットにおいてスペクトル分析評価を与えるため選択されたスペクトル範囲内で周波数依存性光強度を評価すると共に、それをディスプレイ（図示せず）上に提示するのに必要とされる電子部品の略図。 本発明の特徴による２つのパーツが、説明のために、プリント配線、プリント基板、またはプリント基板組立体を有するカードの形態のキャリアの少し上に設置された、測定セルの斜視図。 光生成手段から第１の反射面への光線経路が第２の反射面として形成された第１の凹状反射面に当たって反射されることを示すための前記カード上に設置された測定セルの断面図。 第２の反射面または第１の凹状反射面から光受信手段への光線経路を示すための、前記カード上に設置された測定セルの断面図。 測定セルの第２のパーツ内の凹所および反射面、ならびに、光ビームの形態の生成光のための、提案される中心光線関連光ビームまたは光線経路および形成された反射面において示される反射点を有する測定セルの構造の平面図。 線図で形成されたプリント基板に載置される測定セルの側面図。 光ビームが第１および第２の焦点を形成するために発散および収束する、図５による測定セルの図。 光ビームが第２の焦点から発散し、第３の焦点に収束する、図５による測定セルの図。
本発明に関連する重要な特徴を有し、また、添付図面に示す図によって明らかにされる現在のところ提案される実施形態の以下の説明において、適切な発明の概念を明らかにする目的で、用語および専門用語が選択されたことが、前置きとして強調されるべきである。
しかし、これに関して、本明細書で選択された表現が本明細書で利用し選択される用語だけに限定されるものと考えられるべきではなく、こうして選択された各用語が、さらに、同じ調子または実質的に同じ調子で機能する全ての技術的な均等物を包含し、それにより、結果的に、同じまたは実質的に同じ目的および／または技術的な効果の達成を可能にできるように解釈されるべきであることが考慮されるべきである。
したがって、図１〜図８を参照して、本発明の基本条件が、模式的で詳細に示され、本発明に関連する重要な特徴が、以下でより詳細に述べられる現在のところ提案される実施形態によって具体的にされている。
したがって、図１は、ガスセンサ「Ａ」を略図で示し、ガスセンサ「Ａ」は、測定セルまたはガスセル１ならびに必要な電子部品１０を包含し、それにより、セルおよび電子部品によって、計算ユニットまたは計算回路の形態のスペクトル分析配置構成１１において周波数依存性光強度を評価することが可能になる。
電子部品１０は、開口６および７を通過する光ビームまたは光線の周波数依存性光強度を評価することを可能にするようになされていると共に、周波数依存性光強度の結果を光源２ａと比較することを可能にし、発生する相違に応じて、測定セル１のキャビティ２内に含まれるガスまたはガス混合物を分析することを可能にするが、ライン１ａおよび１ｂを通過できるガスまたはガス混合物の濃度を評価することを可能にするようにもなされている。
これらのガスセンサ「Ａ」の主要な構造は、以前に知られており、したがって、詳細に述べられない。
本発明は、基本的に、新しい設計または測定セル１に関しており、図２の測定セル１は、キャリア１３またはプリント配線用のカード３の少し上の２つのパーツ１１、１２で示されるが、カードの上部表面３ａと協働すべきであり、また、カードの上部表面３ａにおいてディスクリート部品として設置されるか、あるいは、カード３ならびに／または測定セル１およびその第２のパーツ１２内で全体的にまたは部分的に構成される光生成手段４および光受信手段５を持つように示される。
そして、図３および図４は、測定セル１の設計を側面図で詳細に示し、第１のパーツ１１は、第２のパーツ１２、プリント基板またはプリント基板組立体３の形態のキャリア１３と協働する。
第１に図２〜図８を参照して、本発明が、基本的に、プリント配線を有するカード３などのキャリア１３と電気的に協働する手段１３ａを有する、ガス試料のスペクトル分析に適合する測定セル１に関することが示される。
前記測定セル１は、光生成手段４から放出される光ビームを、測定セル１の内部キャビティ１ｃに割当てられた多数の反射面（または単純化された中心光線の反射点）から前記放出される光ビームの複数回の反射を利用することを可能にすることによって、光受信手段５に向かう方向に調整することを可能にするように設計され適合される。
ここで、反射面は、割り当てられた反射点用の参照名称Ｍ１ａ、Ｍ２ａなどを有する、第１、第２、第３の反射面など用の参照名称Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３などを割り当てられている。
それにより、（反射点を有する）反射面は、光生成手段４から光受信手段５までなどの、測定セルの内部キャビティ１ｃ内での所定の光学測定距離「Ｌ」を生成することを可能にするようになされている。
測定セル１のキャビティ１ｃは、スペクトル分析吸収測定を意図されるガス試料「Ｇ」を含むことを可能にするようになされており、ガス試料用の入口および出口は、手段４に接する形成されたダクトによって形成されることができる。
測定セルの内部キャビティ１ｃおよび内部キャビティ１の容積は、測定セルおよびその１つの表面１２ａに割当てられた上部パーツなどの第２のパーツ１２と協働して、測定セルおよびその他の表面１１ｂに割当てられた底部パーツの形態の第１のパーツ１１によって制限される。
第１のパーツ１１および／または第２のパーツ１２は、凹所１４、１５および／またはシートが割り当てられ、割当てられた凹所は、光生成手段４によって生成される光ビームの通過および光受信手段５に向かう方向に割当てられる光ビームの通過に適合可能である。割当てられたシートは、ディスクリート部品として光生成手段４および／または光受信手段５を全体的にまたは部分的に保持できるようになされていることができる。
光ビームは、光生成手段４から、また、（第２の）凹状に形作られた反射面Ｍ７によって、第１の反射面Ｍ１に送られる、かつ／または、第１の反射面Ｍ１で反射可能であるようになされており、それにより、反射して、第１の焦点「Ｆ１」を介して、第１の凹状反射面として形作られる第２の反射面Ｍ２に発散的に送られる。
第１のパーツ１１は、前記キャリア１３に載置されるようになされており、キャリア１３に面するその第１の表面１１ａ内に、１つまたは２つの凹所１４、１７またはシートを持つように形成され、それにより、少なくとも前記光生成手段４を全体的にまたは部分的に囲むことを可能にする。
キャリア１３は、第１のパーツ１１に面するその第１の表面３ａ内に、１つまたは２つの凹所１６またはシートを持つように形成され、それにより、少なくとも前記光生成手段４を全体的にまたは部分的に囲むことを可能にする。
図３は、光を反射する第１の反射面Ｍ１は、前記光生成手段４およびその長手方向配向（水平）軸４’に割当てられた第２の平面「Ｐ２」から離れた、第１の平面「Ｐ１」に生成された収束光を送ることを可能にするようになされていることを教示する。
キャリア１３と第２のパーツ１２との間で、第１のパーツ１１は、中間配向パーツ部１１’として配列される。
前記パーツ部１１’は、キャリア１３および第２のパーツ１２と共に、第２の凹状に形作られた反射面（Ｍ７と表示）の前にある前記第１の平面反射面Ｍ１を形成する。
第１のパーツ１１または中間配向パーツ部１１’は、図３に従って、光生成手段４の１／２または本質的に１／２を囲むようになされた、キャリア１３およびその第１の表面３ａに面するシートまたは凹所１４を有するようになされている。
第１のパーツ１１または中間配向パーツ部は、電子部品（ここでは１８と表示）のために意図され、第１のパーツ１１によって保護される空間を形成するために、キャリア１３およびその第１の表面３ａに面する空間１７を形成するようになされている。
図４を参照して、第１のパーツ１１または中間配向パーツ部内で、前記光受信手段５が、電気コネクタ１３ａを介して、プリント回路カードに属する電子部品１８と協働可能であるように設置される。
第２の凹状湾曲反射面Ｍ７は、前記光生成手段４を閉囲し、前記凹状反射面Ｍ７によって、生成された光ビームを偏向用の第１の平面反射面Ｍ１に集中させることを可能にするようになされており、それにより、平面Ｐ１の第１の収束点または焦点「Ｆ１」を介して、第２の、たとえば第１の凹状に形作られた反射面Ｍ２に当たって反射される。
そして、図５は、測定セル１、および、そのキャビティ１ｃ内の内部構造であって、その反射面または焦点「Ｆ３」に関する示される反射点Ｍ１ａ、Ｍ２ａ、Ｍ３ａ、Ｍ４ａ、Ｍ２ｂ、およびＭ６ａを含む、内部構造をより詳細に示し、これらの反射点は、仮想中心光線の衝突点を示す。
光生成手段４から光受信手段５までの選択された中心光線経路を示すことを可能にするために、これは、図５では、反射点Ｍ１ａ〜Ｍ６ａ（「Ｆ３」）の間で、中心光線に割当てられた単一ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、およびＬ５で示されたが、適切な光線経路は、図７および図８に示され明らかにされる光線経路に比べて、発散または収束など、よ
り広いばらつきを有することが考慮されるべきである。
光生成手段４からの光ビームは、凹状反射面Ｍ７を介して、第１の平面反射面Ｍ１に収束的に送られる、かつ／または、第１の平面反射面Ｍ１で反射可能であるようになされており、それにより、反射されると、第１の焦点「Ｆ１」を介して、第１の凹状反射面として形作られる第２の反射面Ｍ２およびその反射点Ｍ２ａに送られる。
第２の反射面Ｍ２から反射される光ビームＬ２は、ここで平面反射面として形作られた第３の反射面Ｍ３に送られ、一方、第３の反射面Ｍ３から反射される光ビームＬ３は、平面のまたは若干凹状に湾曲した反射面に形作られた第４の反射面Ｍ４に送られ、よれにより、第４の反射面Ｍ４でまたは第４の反射面Ｍ４の近傍で第２の焦点「Ｆ２」が形成される。
第４の反射面Ｍ４から反射される光ビームＬ４は、図８に従って、（反射点Ｍｂ２として示す）第２の反射面Ｍ２に再びに送られ、第２の反射面Ｍ２および反射点Ｍｂ２から反射される光ビームＬ５は、反射体表面Ｍ６を介して、集中光ビームＬ６として、光受信手段５に適合し送られ、それにより、第３の焦点「Ｆ３」が生じる。
スペクトル光生成手段４において、生成された光に割当てられた光ビームは、光ビームの進行または伝搬方向に考えると、第１の反射面Ｍ１の直前にある反射面Ｍ７から反射されるようになされる。
第５の反射面（Ｍ２）または第２の反射面（Ｍ２）内の反射点（Ｍ２ｂ）は、反射面Ｍ４から反射される収束光ビームＬ５を、傾斜反射面Ｍ６を介して、光受信手段５に送り、それにより、第３の焦点「Ｆ３」を形成することを可能にするようになされている。
測定セル１は、断面が平行四辺形または平行六面体に結び付けられる内部キャビティ１ｃおよび形状を有することを可能にするようになされており、たとえば直角または少なくとも本質的に直角の場合、断面は
長方形の形状である。
第１の反射面Ｍ１に対する光ビームの入射角度は、その中心光線「Ｌ７」について、１５°未満、たとえば５°と１０°との間に未満になるように選択される。
第２の反射面Ｍ２は、部分的に楕円の湾曲１ｄ’などの、キャビティ１ｃ内の湾曲を有し、測定セル１の短辺１Ａに沿って測定されると、「０」から「２〜４」：１０まで変動する、測定セル１の外側表面１Ａから測定セルのキャビティの湾曲壁部までの距離を有するようになされている。
第３の平面反射面Ｍ３は、測定セル１の内部形状またはキャビティ１ｃの長辺１Ｂに関連し、ここでは平面に形作られるが、若干湾曲することができる。
第４の反射面Ｍ４は、測定セルに割当てられた短辺１Ｃの２５〜４０％の長さを有し、第３の焦点「Ｆ３」としての検出器５に光パルスが集中することを可能にするために若干傾斜するようになされている。
第４の反射面Ｍ４は、１０°〜２０°、たとえば約１５°の、短辺に対する角度をとるようになされている。ここで、辺１Ａおよび１Ｃは平行である。
第４の反射面Ｍ４は、さらに１５°〜３０°、たとえば約２０°の入射角度で入射光ビームＬ３を受信するようになされている。
前記キャビティ１ｃは、プラスチック材料の形態で少なくとも２つの協働するパーツ１１，１２内に含まれ、好ましい実施形態では、約１００ｍｍの光学測定距離を形成することを可能にするために２０×２５×２〜４ｍｍかそのくらいの外形寸法を有する。
キャビティ１ｃは、主に第２のパーツ１２内に組込まれ、その一方の表面１２ａは、他の表面１１ｂと表示される、第１のパーツ１１の上部平面表面に接続するために開口している。
さらに、光生成手段４は、赤外線（ＩＲ）範囲内の周波数または周波数カバリジを有するようになされているべきである。
本明細書で、反射面Ｍ７は、回転楕円体または回転放物面反射面の一部として形作られ、光源４の照明点は、その焦点にまたは焦点の近くに向けられる。
受信光ビームおよび／または反射光ビームの要件に応じて、反射面を平面または湾曲になるように形成することを可能にする可能性は、本発明の範囲内に入る。
図３、図４、および図５を参照して、手段４によって生成される光ビームは、反射面Ｍ７によって、第１の焦点「Ｆ１」に向かって収束し、反射面Ｍ２に向かって発散し、それにより、反射点Ｍ２ａによって、反射面Ｍ３および反射面Ｍ４に収束的に送られ、そこで第２の焦点「Ｆ２」を形成し、それにより、その後、反射面Ｍ２およびその第２の反射点Ｍ２ｂに向かう発散光ビームを形成し、それにより、そこから、検出器５の第３の焦点「Ｆ３」を形成するために、反射面Ｍ６に向かう収束光ビームを形成することが考えられる。
本発明は、利用される反射面の異なる形状を与え、反射面Ｍ７およびＭ２は凸状であるべきであるが、他の面は、検出器５内または検出器５の近くに位置すべきである焦点「Ｆ３」に向かって光ビームを収集するために、平面または若干湾曲することができる。
さらに、測定セルの設計が、ミリメートルルールを使用して、１：１０と１：３０との間、たとえば１：２０（ｍｍ−２）など、１：７〜１：６０（ｍｍ−２）の比を与える「測定距離の長さ／測定セルの外側（内側）容積」の選択された比を有することができるという測定セルの設計が教示される。
第２のパーツ１２は、２〜４ｍｍなど、１ｍｍ〜５ｍｍの高さ寸法を有するキャビティを含むべきである。
測定距離の長さは、１００ｍｍかそのくらいの測定距離において、３つの焦点など、２つから４つの焦点を包含するようになされていてもよく、２つの焦点は短い測定距離を与え、４つの焦点は長い測定距離を与える。
本発明は、もちろん、例として先に示した実施形態に限定されるのではなく、添付特許請求の範囲に示す、本発明による一般的な概念の範囲内の変更を受けることができる。
特に、所望の技術的機能を達成するために、示す各ユニットおよび／またはカテゴリが、範囲内で示す任意の他のユニットおよび／またはカテゴリと組合されることができることが考慮されるべきである。

Claims (18)

  1. 測定セルの内部キャビティに収容されたガス試料のスペクトル分析吸収測定のための前記測定セルであって、キャリアと電気的かつ機械的に協働する手段を有する測定セルにおいて、前記測定セルは、光生成手段と、光受信手段と、多数の反射面を含んでなる前記内部キャビティとを備えることによって、前記測定セルの前記内部キャビティ内での所定の光学測定経路長を画成し、前記測定セルの前記内部キャビティは、互いに協働する第１の下部パーツと第２の上部パーツによって画成され、前記第１のパーツおよび前記第２のパーツのうちの少なくとも一方は、対応する、凹所およびシートのうちの少なくとも一方が割り当てられ、前記凹所のそれぞれは、前記光生成手段からの光ビームの通過および前記光受信手段に向かう光ビームの通過を可能とし、前記シートは、前記光生成手段および前記光受信手段のうちの少なくとも一方を全体的にまたは部分的に保持し、前記多数の反射面は第１の反射面（Ｍ１）と凹状に形成された第２の反射面（Ｍ２）とを含んでなり、前記第１の反射面（Ｍ１）は前記凹状に形成された第２の反射面（Ｍ２）へと光を反射し、前記第１のパーツ（１１）は、前記キャリア（３，１３）に載置されるようになされており、前記キャリアに面する前記第１のパーツ（１１）の第１の表面（１１ａ）は、１つまたは２つの凹所（１４）またはシートを持つように形成され、それにより、少なくとも前記光生成手段（４）を全体的にまたは部分的に囲み、前記第１の反射面（Ｍ１）は、前記光生成手段（４）が設けられている第２の平面（Ｐ２）から離れた、第１の平面（Ｐ１）に、前記光発生手段（４）によって生成された光を送り、前記第１のパーツは、電子部品（１８）用の保護空間を形成するために、前記キャリア（３）に面する空間（１７）を形成することを特徴とする測定セル。
  2. 前記キャリア（３）と前記第２のパーツ（１２）との間で、前記第１のパーツ（１１）は、中間配向パーツ部（１１’）として配列され、前記中間配向パーツ部（１１’）は、前記キャリア（３）および前記第２のパーツ（１２）と共に、第２の凹状反射面（Ｍ７）の前にある前記第１の反射面（Ｍ１）を形成することを特徴とする請求項１に記載の測定セル。
  3. 前記第１のパーツまたは前記中間配向パーツ部は、前記光生成手段（４）の１／２を囲むようになされた、前記キャリアに面するシートまたは凹所（１４）を有するようになさ
    れていることを特徴とする請求項１または２に記載の測定セル。
  4. 前記第１のパーツまたは前記中間配向パーツ部（１１’）内に、前記光受信手段（５）が設置されることを特徴とする請求項２または３に記載の測定セル。
  5. 前記第１のパーツまたは前記中間配向パーツ部は、前記第２のパーツ（１２）および前記キャリア（３）と共に、共通の第２の凹状反射面（Ｍ７）を形成し、それにより、生成された光ビームを、反射面および焦点を介して前記光受信手段（５）および前記光受信手段（５）の光検出器に集束的に送ることを可能にすることを特徴とする請求項１または４に記載の測定セル。
  6. 前記第２の凹状湾曲反射面（Ｍ７）は、前記光生成手段（４）を閉囲し、前記凹状反射面（Ｍ７）によって、生成された光ビームを偏向用の第１の反射面（Ｍ１）に集中させることを可能にするようになされており、それにより、第１の集束点（「Ｆ１」）を介して、前記第２の反射面（Ｍ２）に当たって反射されることを特徴とする請求項１または２に記載の測定セル。
  7. 前記第２の反射面（Ｍ２）から反射される光ビームは、集束光ビームとして、平面反射面として形作られた第３の反射面（Ｍ３）に送られること、前記第３の反射面（Ｍ３）から反射される集束光ビームは、第４の反射面（Ｍ４）に送られること、前記第４の反射面（Ｍ４）から反射される光ビームは、第２の焦点（「Ｆ２」）を介して、前記第２の反射面（Ｍ２）に送られること、および、それにより前記第２の反射面（Ｍ２）から反射される集束光ビームは、第３の焦点（「Ｆ３」）として、直接的にまたは間接的に前記光受信手段（５）に適合され送られることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の測定セル。
  8. 前記光生成手段（４）において、生成された光に割当てられた光ビームは、前記光ビームの進行または伝搬方向に考えると、前記第１の反射面（Ｍ１）の前にある回転楕円体または回転放物面反射面（Ｍ７）の一部から反射されるようになされていることを特徴とする請求項１または７に記載の測定セル。
  9. 第５の反射面（Ｍ２）または前記第２の反射面（Ｍ２）内の反射点（Ｍ２ｂ）は、前記第４の反射面（Ｍ４）から反射される光ビームを前記光受信手段（５）に送ることを可能にするようになされていることを特徴とする請求項１または７に記載の測定セル。
  10. 前記第１の反射面（Ｍ１）に対する、中心光線についての光ビームの入射角度は、１０°未満になるように選択されることを特徴とする請求項１または７に記載の測定セル。
  11. 前記第４の反射面（Ｍ４）は、測定セルに割当てられた短辺（１Ｃ）の２５〜４０％の長さを有するようになされていることを特徴とする請求項１または７に記載の測定セル。
  12. 前記第４の反射面（Ｍ４）は、中心光線について、１０°〜２０°の、前記短辺に対する角度をとるようになされていることを特徴とする請求項１１に記載の測定セル。
  13. 前記第４の反射面（Ｍ４）は、中心光線について、１５°〜３０°の入射角度で入射光ビームを受信するようになされていることを特徴とする請求項１，７，１１，１２のいずれか一項に記載の測定セル。
  14. 前記内部キャビティは、プラスチック材料の形態で少なくとも２つの協働するパーツ（１１，１２）内に含まれ、１００ｍｍの光学測定距離の場合に２０×２５×２〜４ｍｍの
    外形寸法を有することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の測定セル。
  15. 前記光生成手段（４）は、赤外線（ＩＲ）範囲内の周波数カバリジを有するようになされていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の測定セル。
  16. 測定セルの設計は、ミリメートルルールを使用して、１：７〜１：６０（ｍｍ−２）の比を与える「測定距離の長さ／測定セルの内側容積」の選択された比を有することができるようになされていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の測定セル。
  17. 前記第２のパーツ（１２）は、１〜５ｍｍの高さ寸法を有する前記内部キャビティ（１ｃ）を含むことを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の測定セル。
  18. 前記測定距離の長さは、２つから４つの焦点を包含するようになされており、２つの焦点は短い測定距離を与え、４つの焦点は長い測定距離を与えることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の測定セル。
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