NO310746B1 - Sensorsystem for måling av lysabsorpsjon - Google Patents

Description

Denne oppfinnelsen angår et sensorsystem for måling av lysabsorbsjon i et målområde, for eksempel en gass, omfattende en første og en andre optisk transduser, av hvilke én er en lyskilde og den andre er en lysmottager, innrettet til henholdsvis å emittere og detektere lys innen et valgt bølgelengdeområde, en delvis reflekterende stråledeler innrettet til å reflektere lys til eller fra den første transduseren, og til å transmittere lys til eller fra den andre transduseren, der stråledeleren omfatter en første reflekterende del og en andre transmitterende del som er forskjellig fra den første delen, og en linse eller linsegruppe med en valgt fokallengde transmitterende lys til eller fra transduseme.

For å finne innholdet i en gassblanding blir ofte gjort ved å sende en infrarød stråle med et kjent spektrum langs en valgt strålebane mot en mottager. Mottageren og instrumentene som er koblet til denne er innrettet til å identifisere bølgelengder som blir absorbert i gassblandingen for derved å identifisere de forskjellige elementene i blandingen.

Denne metoden er særlig interessant når atmosfæren i for eksempel en verkstedhall skal overvåkes som et varslings-system for giftige gasser, eksplosjonsfare eller lignende.

Vanligvis er senderen og mottageren separate enheter der lyset fra senderen blir rettet mot mottakeren. Det er imidlertid vanskelig å oppnå god mekanisk stabilitet i kombinasjon med vinkeljusteringer med høy presisjon.

Por å unngå bruk av kabler mellom kilde og mottager og dermed potensiell elektrisk støy blir målestrålen også brukt til å synkronisere mottakeren. Dette gir imidlertid en høy sannsynlighet for eksterne forstyrrelser i strålebanen, så som sollys og blokkering av strålebanen.

Denne løsningen gir ingen muligheter for å overvåke den spektrale fordelingen av utsendte strålingen, slik at variasjoner i denne også kan gi feilaktige målinger. Ofte er slike instrumenter koblet til systemer for å stenge industrielle prosesser eller eventuelt olje/gass-produksjon ved en gass-alarm. Produksjons-stans relatert til falske alarmer er dyre og reduserer operatørens tillit til systemet. Derfor er det like viktig at slike instrumenter ikke genererer falske alarmer som det er at gasslekkasjer blir oppdaget.

En annen kjent type gass-detektorer omfatter en sender og en mottager i samme enhet. Lysstrålene blir sendt via et retroreflekterende speil tilbake til mottageren. På grunn av kravet til høy kontrast i det mottatte signalet og høy intensitet på det utsendte signalet i forhold til den mottatte må den utsendte og den mottatte strålen være adskilte. Dette blir vanligvis gjort ved å bruke separate linsesystemer de to transdusertypene og holde transduseme i separate avdelinger i enheten. Dette er imidlertid en komplisert og omfangsrik løsning som gjør instrumentet stort og kostbart.

Instrumentet ifølge oppfinnelsen er basert på løsningen med begge transduseme, både sender og mottager, i samme enhet. Transduseme bruker det samme kollimerende linsesystemet som retter og mottar strålen henholdsvis mot og fra en retroreflektor. Dermed kan alle de optiske komponentene integreres i samme kompakte enhet, slik at de er egnet til bruk i et kompakt og robust instrument. To kilder, for eksempel en som genererer strålen som brukes i målingene og den andre som emitterer en referansebølgelengde, kan integreres i instrumentet. I tillegg er det mulig å måle strålingen før den blir emittert inn i strålebanen. Dermed kan det tilveiebringes et instrument som ikke gir feilaktige målinger på grunn av forstyrrelser i strålebanen eller forandringer i kilden.

Et tilsvarende system er beskrevet i GB 2.219.656, omfattende en sender og en mottager, begge rettet mot en linse gjennom en stråledeler. Retroreflektoren forenkler oppstillinger av det optiske systemet, men det beskrevne systemet gir imidlertid en ulempe ved at lyset som transmitteres fra senderen vil bli reflektert internt i instrumentet og dermed påvirke mottageren.

En tilsvarende løsning er vist i US 4.798.965, som i utgangspunktet omhandler en metode med et mekanisk bevegelig speil som kan returnere den utsendte strålingen for kalibrerings-målinger. Stråledeleren som reflekterer/trans-mitterer stråling til og fra transduseme kan ifølge dette patentet bestå av et delvis reflekterende speil som består av én transmitterende og én reflekterende del.

Siden den mottatte strålingen er to dekader svakere enn den utsendte strålingen er det i de kjente løsningene umulig å redusere de interne refleksjonene tilstrekkelig til å oppnå akseptabel resultater. For å unngå dette omfatter sensor-systemets stråledeler ifølge oppfinnelsen også en skjerm plassert mellom den transmitterende delen og den første transduseren.

I den spesielle utførelsen av løsningen beskrevet i US 4.798.965 som omfatter en stråledeler i form av et delt speil er den reflekterende deler plassert i den delen av stråledeleren som er lengst fra den tilhørende transduseren. Dette gjør en løsning ifølge oppfinnelsen umulig, og viser at oppfinnerne ikke har vært oppmerksomme på problemet.

Denne oppfinnelsen vil bli beskrevet nedenfor under henvisning til de vedlagt tegningene, som illustrerer et eksempel på en utførelse av oppfinnelsen.

Figur 1 viser et tverrsnitt av et sensorsystem ifølge

oppfinnelsen.

Figur 2 viser en detalj ved en stråledeler inkludert i sensorsystemet.

I figur 1 omfatter sensorsystemet en sender 1 og en mottager 2, henholdsvis transmitterende og mottagende stråling gjennom en linse 4 og en stråledeler 3.

Transduseme kan være av en hvilken som helst tilgjengelig type der spektrum, utgangssignal og følsomhet avhenger av den ønskede bruken av systemet. Linsen eller linsesystemet 4 blir valgt i henhold til systemets bølgelengdeområde og den ønskede aperturen.

I den illustrerte utførelsen blir strålingen transmittert fra kilden 1 gjennom stråledeleren 3 og gjennom linsen 4, som fortrinnsvis kollimerer strålen. Kilden er fortrinnsvis plassert i fokalpunktet for linsen eller linsesystemet 4 for å maksimere den overførte strålingen.

Mottatt stråling blir fokusert av linsen mot transduseme 1,2. Strålingen blir reflektert av stråledeleren 3 mot mottageren 2, som er plassert i eller nær linsens fokalpunkt, via speilet. Kildens og mottagerens posisjoner kan selvsagt byttes.

Ifølge oppfinnelsen omfatter stråledeleren en i det vesentlige totalt reflekterende del 3A og en transparent del 3B (se figur 2). Den transparente delen kan utelates, slik at stråledeleren dermed utgjøres av et speil som delvis skjermer for lyset som sendes fra kilden gjennom linsen, og reflekterer en del av strålingen mottatt gjennom linsen mot mottageren. Den reflekterende delen av stråledeleren er fortrinnsvis den delen av stråledeleren som er nærmest mottageren, men andre, mer kompliserte konstellasjoner kan selvsagt også tenkes. Dessuten kan forholdet mellom reflektert og transmittert lys velges til å bli forskjellig fra 50/50 fordelingen indikert i tegningene.

I tillegg viser figur 1 en skjerm 6 som strekker seg mot linsen. Skjermen 6 strekker seg fra overgangs-sonen mellom den reflekterende 3A og transparente 3B delen av stråledeleren 3 og skjermer mottageren fra strålingen som sendes ut fra kilden 1.

Skjermen og stråledeleren kan være laget i ett stykke. Avhengig av størrelsen og plasseringen av skjermen kan den fortrinnsvis være laget av et reflekterende materiale som reflekterer stråling som ellers ville gått tapt, som brukbar stråling inn i strålebanen eller til mottageren.

Lengden på skjermen 6 avhenger blant annet av mottagerens 2 og kildens 1 dekningsområde 7,8. Dette kan justeres med en blender (ikke vist) plassert mellom transduseme og stråledeleren. Fortrinnsvis er blenderen plassert mellom mottageren og stråledeleren. Dette for å redusere mottagerens synsfelt slik at lengden på skjermen kan reduseres.

Skjermen 6 kan strekke seg helt frem til linsen eller linsesystemet slik at den deler det indre rommet i sensorsystemet i to, og derved lage en effektiv beskyttelse for mottageren, men dette begrenser den effektive aperturen på linsen 4, og dermed energien som mottas av senderen 2. Lengden på skjermen 6 blir derfor valgt i henhold til den spesifikke bruken i forskjellige situasjoner.

Transduseme 1,2 kan omfatte optiske innretninger, så som filtre, linser og/eller stråledelere for å kombinere eller dele for eksempel lys med forskjellige bølgelengder fra eller til forskjellige transdusere. Dessuten kan kalibrerings-systemer inkluderes, for eksempel for å tillate overføring av lys fra senderen til mottageren, eventuelt i en egen referansekanal, for å måle den emitterte strålens spektrum.

Systemet ifølge oppfinnelsen omfatter også standard utstyr, så som kraftforsyning og kontroll-kretser som ikke er vist i tegningene og som er vanlig i tilsvarende systemer.

Claims (7)

1. Sensorsystem for måling av lysabsorbsjon i et målområde, for eksempel en gass, omfattende: en første og en andre optisk transduser, av hvilke én er en lyskilde og den andre er en lysmottager, innrettet til henholdsvis å emittere og detektere lys innen et valgt bølgelengdeområde, en delvis reflekterende stråledeler innrettet til å reflektere lys til eller fra den første transduseren, og til å transmittere lys til eller fra den andre transduseren, der stråledeleren omfatter en første reflekterende del og en andre transmitterende del som er forskjellig fra den første delen, og en linse eller linsegruppe med en valgt fokallengde transmitterende lys til eller fra transduseme, karakterisert ved at stråledeleren også omfatter en skjerm plassert mellom den transmitterende delen og den første transduseren.

2. Sensorsystem ifølge krav 1, karakterisert ved at både den første og den andre transduseren er plassert i eller nær fokalpunktet for linsen eller linsegruppen.

3. Sensorsystem ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den første reflekterende delen av stråledeleren er plassert nærmere den første transduseren enn den andre delen av stråledeleren, og at skjermen strekker seg fra grensen mellom disse delene mot linsen eller linsegruppen.

4. Sensorsystem ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at stråledeleren omfatter et speil plassert i en del av linsen eller linsegruppens apertur.

5. Sensorsystem ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at skjermen og den reflekterende delen av stråledeleren består av én enhet omfattende en plate og et speil med en valgt vinkel i forhold til platen.

6. Sensorsystem ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at det omfatter en blender plassert mellom minst én transduser og stråledeleren for reduksjon av direkte stråling fra senderen og til mottakeren, for derved å redusere den nødvendige lengden på skjermen.

7. Sensorsystem ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at skjermen er laget av et reflekterende materiale.