SE506942C2 - Gassensor - Google Patents

Description

_ 2 _ 5 Ûéidaâeá' zan nämnas att kaviteten kan förutom nämnda tre mot- ställda konkava ljusreflekterande väggpartier begränsas av ytterligare motställda ljusreflekterande väggpartier, men då ljusreflektionerna i dessa väggpartier inte är av en framträ- dande betydelse för förståelsen av föreliggande uppfinning ute- lämnas effekten fràn dessa i den efterföljande beskrivningen.

En gascell av hithörande slag skall med fördel vara kopplad till ett för en mätning avsett gasflöde och uppvisar härför inlopps- och/eller utloppsöppningar, gärna i form av rör- eller slanganslutningar, men uppfinningens principer kan även komma till användning när den för mätningen avsedda gasen få diffun- dera in eller ur kaviteten.

Vidare är en ljuskälla, med ett valt frekvensområde, anpassad för en mätning av den avsedda gasen eller avsedda gaserna, gärna en infraröd stràlkälla, ansluten till gascellen och en öppning eller liknande för utgående, i gascellens väggpartier reflekterade, ljusstrålar är försedd med ett vàglängdsselektivt filter, ett spektralanalyserande arrangemang eller liknande, för att kunna utvärdera ljusintensitetens frekvensberoende och därav kunna fastställa aktuell gas och/eller dess koncentration.

IEKHIKEHS_IIDI§BBE_SIÅNDEHNKI När det gäller teknikens tidigare ståndpunkt hänvisas till den kända teknik som är beskriven på sidorna 2-7 i den internatio- nella patentpublikationen PCT/SE96/01448, med publiceringsnum- .mer WO 97/18460.

Vidare hänvisas till nämnda publikation vad avser definitioner av vad avser de i denna ansökan valda uttrycken.

När det gäller de med föreliggande uppfinning förknippade egen- heterna så torde också innehållet i den europeiska patentpub- likationen O 647 845 få anses vara relevant vad avser teknikens tidigare ståndpunkt, där det visas och beskrives en gassensor, "3" 506 942 med en gascell uppvisande en cirkulär konkav spegelyta mot- ställd en koncentrisk orienterad cirkulär konvex spegelyta och där ljuskällan är placerad något sidoordnad spegelytornas sammanfallande centra.

En spalt i den konvexa spegelytan får ett något radiellt utåt riktat ljusknippe, med divergerande ljusstrålar, att reflek- teras omväxlande i konkava och konvexa spegelavsnitt och efter ett på förhand bestämt antal reflektioner, och därmed en på förhand bestämd optisk mätsträcka, tillåtes ljusstràlar att passera ut genom en spalt, bildad i den yttre konkava spegel- ytan.

Figur 6 i nämnda publikation visar på ett arrangemang så konst- ruerat att därmed kan en av två olika optiska mätsträckor väl- jas inom gascellen under utnyttjandet av skilda spalter för ut- gående ljusstrålar och en för båda mätsträckorna gemensam öpp- ning för utgående ljusstrålar.

Vidare kan man konstatera att den här beskrivna gassensorn blir så konstruerad att dess ljusmottagande don skall kunna avkänna ljusstrålar samordnade till ett, i ett konvext spegelavsnitt inom gascellen reflekterat och därmed även ett divergerande, ljusknippe.

Till teknikens tidigare ståndpunkt bör även här nämnas det spe- gelarrangemang, med tre delvis sfäriskt formade (kalott-forma- de), motställda, konkava spegelytor, som går under benämningen "White"-speglar. ' Normalt placeras dessa speglar på ett, i detta sammanhang, stort avstånd från varandra och som ljuskälla utnyttjas van- ligtvis en laserutrustning.

Ett mer eller mindre parallella ljusstrålar innehållande ljus- knippe tillàtes att reflekteras ett flertal gånger mellan de tre motställda sfäriskt formade konkava spegelytorna och när 506 942 _4_ det sist reflekterade ljusknippet tillátes passera (intill kan- ten) förbi en spegelyta blir ljusknippets ljusstràlar emottagna och utvärderade på känt sätt i ett spektralanalyserande arrangemang.

Betraktas de med föreliggande uppfinning förknippade egenheter- na kan också nämnas att i patentpublikationen US-A-5,009,493 visas och beskrives en gassensor, där det för mätningen avsedda gasprovet är inneslutet i en kavitet och där den för mätningen utnyttjade ljusstrålen är anpassad att reflekteras i likhet med reflektionerna i ett White-spegelarrangemang.

De tre speglarna har här formats som ellipsoida speglar, med den första spegelytan anpassad att kunna reflektera divergerande ljusstrálar inom vinkelomràdet 27' (uppmätt i ritningen).

Fokuspunkterna för spegeln 2 är orienterade som Fl och F2 i spegelytan för spegeln 3. Fokuspunkterna för spegeln 4 är orienterade som F3 och F4 i spegelytan för spegeln 3. Fokus+ punkterna för spegeln 3 är orietetrade som F5 och F6 i var sin spegelyta för speglarna 2 och*4. n 0 n IEKHI$KB_EBQBLEH Beaktas den omständigheten att de tekniska överväganden som en fackman inom hithörande tekniskt område måste göra för att kunna erbjuda en lösning på ett eller flera ställda tekniska problem är dels initialt en insikt i de åtgärder och/eller sekvens av åtgärder som skall vidtagas dels ett val av det eller de medel som erfordras och med ledning härav torde de efterföljande tekniska problemen vara relevanta vid frambringandet utav föreliggande uppfinningsföremàl.

Beaktas nu den kända tekniken, som den refererats ovan, torde det få anses vara ett tekniskt problem att kunna anvisa en gas- cell, med ett gasinlopp och/eller ett gasutlopp eller liknande, -S- 506 942 som under utnyttjandet utav en ljuskälla, riktande sitt ljus- knippe in i gassensorns eller gascellens kavitet för en ref- lektion ett flertal gånger mellan motställda konkava väggpar- tier bildande hela eller en del av kaviteten, kan erbjuda ett på förhand bestämt flertal reflektioner och därmed en på för- hand bestämd lång optisk mätsträcka inom kaviteten för gascel- len och under utnyttjande utav relativt små yttre dimensioner för gascellen.

Det är även ett tekniskt problem att och under utnyttjande utav principerna gällande för "White"-speglar, kunna erbjuda uppfin- ningsenliga modifikationer av de motställda spegelytornas form.

Det ligger ett tekniskt problem i att med enkla åtgärder kunna skapa sådana förutsättningar för spegelformerna för de konkava väggpartierna att en ljuskällas ljusknippe;“även med ett kraf- tigt divergerande ljusknippe riktat in i kaviteten, skall kunna konvergeras och/eller fokuseras mot en utloppsöppning eller liknande.

Det ligger även ett tekniskt problem i att kunna inse de för- delar som blir förknippade med att som motställda tre spegel- ytor utnyttja, för var och en, en kalottliknande andel, vald något mindre än en halv, av en ellipsoid och med kalottens del- ningsplan beläget parallellt med en vald rotationsaxel för en ellips.

Det torde även få anses vara ett tekniskt problem att kunna inse de fördelar som blir förknippade med att låta välja den kalottliknande delens delningsplan parallellt med storaxeln.

Det är därutöver ett tekniskt problem att kunna inse de förut- sättningar som krävs för att kunna utnyttja två, nästan lika ellipsoidandelar och låta placera dessa med de konkava spegel- ytorna vettande mot varandra, för att däremellan kunna bilda erforderlig kavitet inom gascellen. 506 942 _ 5 _ Det blir då ett än mera kvalificerat tekniskt problem att kunna inse fördelarna med och förutsättningarna för att göra en av dessa ellipsoidandelar tu-delad och att därefter antingen föra samman delarna eller separera delarna, för att därav bilda mot- ställda tre spegelytor, med ett reflekterat vandrande ljuskippe och fokuseringspunkter inom kaviteten.

Det ligger även ett tekniskt problem i att med enkla medel kunna skapa sådana förutsättningar att med hjälp av en enda ljuskälla, med ett ljusknippe uppvisande divergerande ljus- strålar, och med två eller flera ljusutsläppande öppningar eller liknande i gascellen med var sina spektralanalyserande arrangemang eller liknande, skapa sådana förutsättningar att med en och samma konstruktion för en gascell och en kavitet kan en gassensor utvärdera ett antal gaser eller gasblandningar och/eller deras koncentrationer inom kaviteten eller gascellen samtidigt.

Det måste också få anses vara ett tekniskt problem att kunna skapa en gassensor så anpassad att den kan, med relativt små yttre dimensioner, utvärdera koncentrationen i en gas eller en gasblandning inom ett stort mätområde.

Det blir därtill ett ytterligre tekniskt problem att inom en och samma gascell och en och samma kavitet kunna skapa sådana förutsättningar att ett önskat stort mätområde kan erhållas, genom att dela upp mätområdet«så att det kommer att kunna representeras av olika långa optiska mätsträckor och genom att »härför kunna på ett enkelt sätt utnyttja olika optiska mätsträckor inom en och samma kavitet i en gascell.

Det måste också få anses vara ett tekniskt problem att kunna inse förutsättningarna för att i en kavitet eller gascell kunna forma den med två eller flera öppningar eller liknande för ut- gående ljusstràlar och att därigenom kunna inse betydelsen utav att låta varje sådan öppning få vara så placerad att den repre- senterar ett på förhand bestämt antal reflektioner för _-;- 536 942 ljusstrålarna och därmed en på förhand bestämd optisk mätsträcka från ljusskällan.

Det ligger också ett tekniskt problem i att kunna inse betydel- sen utav och de förutsättningar som är förknippade med att vid en gascell med flera öppningar för utgående ljusstrålar, låta en öppning få representera en från varje annan öppning avvik- ande optisk mätsträoka.

Det är även ett tekniskt problem att kunna anvisa en inre struktur för motställda konkava spegelytor så att dessa på ett enkelt sätt kan samordnas för att ge en på förhand bestämd optisk mätsträcka mellan ljussändare och öppningsspalt eller liknande i ett konkavt stort spegelavsnitt.

Det är därutöver'ëtt tekniskt problem att kunna anvisa en inre struktur för motställda konkava spegelytor så att dessa på ett enkelt sätt kan samordnas för att kunna ge två skilda optiska mätsträckor från en och samma ljussändare med samma eller olika längder mellan nämnda ljussändare och öppningsspalter i till- höriga spegelavsnitt eller liknande.

Det ligger också ett tekniskt problem i att kunna inse betydel- sen utav att införa en eller flera öppningar eller liknande och låta var och en eller flertalet av dessa vara försedda med våglängdsselektiva filter, såsom interferensfilter och/eller spektralanalyserande arrangemang.

Det ligger också ett tekniskt-problem i att kunna anvisa en gascell där utnyttjade konkava motställda ljusreflekterande väggpartier utgör var sin andel, mindre än hälften, av en ellipsoid och att ett första av nämnda väggpartiandelar är anpassat så långt att det kan vara motställt två samordnade delar av den andra väggpartiandelen.

Det blir därutöver ett tekniskt problem att kunna inse betydel- sen utav att utgå ifrån två identiska och motställda andelar av 506 942 -8- ellipsoider och att ett avkortande av den andra andelen, ett på förhand bestämt avsnitt inom mittenområdet, och ett sammanför- ande av dessa, alternativt en delning av den andra andelen och ett särande av delarna ger en därav svarande lång optisk mät- sträcka, med en möjlighet till en längre mätsträcka vid ett mindre avkortande avsnitt och/eller en mindre åtskiljande för- skjutning och vice versa.

Det ligger också ett tekniskt problem i att kunna inse betydel- sen utav och fördelarna förknippade med att låta ljuskällan och/eller öppningen för inkommande ljusstràlar få vara anordnad centralt i ett första väggparti eller andel under det att öpp- ningarna eller liknande för utgående ljusstrålar skall vara sidoordnat anordnade inom nämnda första väggparti.

Det ligger också ett tekniskt problem i att kunna insë'betydel- sen utav att låta ljuskällan få vara anpassad med en strål- ningsvinkel täckande två motställda andra väggpartidelar, så .att var och en av nämnda två andra väggpartidelar kan få ref- lektera var sitt av två samordnade ljusstråleknippen, så att vart och ett av dessa reflekteras mellan en motställd vägg-' partidel och en gemensam väggpartiandel.

Det ligger också ett tekniskt problem i att kunna inse betydel- sen av att låta ett första ljusstråleknippe få vara anordnat att passera ut genom en första öppning och ett andra ljus- stråleknippe få vara anordnat att passera ut genom en andra öppning, med lika eller olika placering från ljuskällan.

Det ligger också ett tekniskt problem i att kunna inse betydel- sen utav att låta de från ljuskällan utsända divergerande ljus- strålarna få reflekteras konvergerande, därefter reflekteras divergerande, konvergerande o.s.v. med den sista reflektionen vald konvergerande i en del av en ellipsoidandel till en bild av ljuskällan vid öppningen eller -arna eller liknande för utgående ljusstrålar i det första ljusreflekterade väggpartiet. -9- 596 942 Det ligger ävenledes ett tekniskt problem i att kunna inse be- tydelsen utav och fördelarna förknippade med att kunna sido- förflytta en eller flera ljuskällor fràn ett centralplan, var- vid varannan reflektionspunkt i det första ljusreflekterande väggpartiet blir belägen på var sida nämnda centralplan och därmed kan ljusutsläppande öppningar eller liknande vara pla- cerade vid sidan av nämnda centralplan. u För att kunna lösa ett eller flera av ovan angivna tekniska problemen utgår nu föreliggande uppfinning ifrån en gassensor, av inledningsvis angiven beskaffenhet, och bygger speciellt pá att en kavitet eller en gascell skall vara formad med ett första av sina ljusreflekterande väggpartier uppvisande formen av en andel av en ellipsoid och att ett andra och ett tredje av nämnda ljusreflekterande väggpartier har en gemensam form anslutande sig till en del av en ellipsoidandel.

Det som är speciellt utmärkande för föreliggande uppfinning anges i det efterföljande patentkravets 1 kännetecknande del.

Föreslagna utföringsformer erbjuder att ellipsoidandelarna blir tilldelade samma grundform.

Vidare föreslås att brännpunkterna för det första ljusreflek- terande väggpartiet eller spegelytan är belägna i eller nära intill väggpartierna eller spegelytorna för de andra och tredje väggpartierna och att en brännpunkt för det andra väggpartiet »och en brännpunkt för det tredje väggpartiet är belägna i eller nära intill väggpartiet eller spegelytan för det första vägg- partiet. ~ t Speciellt anvisas att de andra och de tredje väggpartierna är formade fràn en del av en ellipsoidandel och är bildade via en tu-delning.

Härvid föreslås att ett avdelande avsnitt kan vara avlägsnat 506 942 _10_ och att de resterande delarna är förskjutna mot varandra betraktat i rotationsaxelns riktning eller att ett avdelande snitt kan skilja delarna åt och att dessa är förskjutna från varandra betraktat i rotationsaxelns riktning ett valt avstånd.

Vidare anvisar föreliggande uppfinning att kaviteten skall kunna vara formad med två eller flera öppningar eller liknande för utgående ljusstrålar från en ljuskälla och att varje öpp- ning är så placerad att den representerar en på förhand bestämd optisk mätsträcka.

Såsom föreslagna utföringsformer, fallande inom ramen för upp- finningstanken, anvisas vidare att en öppning skall kunna rep- resentera en från andra öppningar avvikande optisk mätsträcka från en ljuskälla.

Vidare anvisas att en eller flera öppningar är försedda med våglängdsselektiva filter, såsom interferensfilter och/eller spektralanalytiska eller analyserande arrangemang, Speciellt anvisar föreliggande uppfinning att kavitetstill- höriga ljusreflekterande motställda väggpartier skall var_och en utgöras av en likašeller till närmelsevis lika andel av en ellipsoid och att ett första av nämnda väggpartier är anpassat att vara motställt ett tu-delat andra väggparti.

Vidare anvisas att ljuskällan och/eller öppningen för inkomman- de ljusstrålar kan vara anordnad centralt i det första väggpar- tiet och att öppningarna eller liknande för utgående ljusstrà- lar är anordnade sidorelaterade inom det första väggpartiet.

Vidare anvisas att ljuskällan skulle kunna vara anpassad med en strålningsvinkel täckande nämnda tu-delade andra och tredje väggpartier, så att via nämnda två väggpartier bringas två samordnade ljusknippen att reflekteras ett på förhand bestämt antal gånger mellan motställda väggpartiavsnitt. "ll" 506 942 Ljusstràlar tillhöriga ett första ljusknippe är anordnade att passera ut genom en första öppning och ljusstràlar tillhöriga ett andra ljusknippe är anordnade att passera ut genom en andra öppning eller liknande.

Vidare föreslås speciellt att från ljuskällan utsända diverger- ande ljusstràlar är av reflektionerna slutligen konvergerade till en bild av ljuskällan vid öppningen eller liknande för utgående ljusstràlar.

Vidare anvisas att ljuskällans öppning i kaviteten kan med fördel placeras siorelaterat ett centralplan, varvid varannan reflektionspunkt i det första ljusreflekterande väggpartiet blir belägen på var sida nämnda centralplan och därmed kan ljusutsläppande öppningar vara placerade vid sidan av nämnda centralplan. n De fördelar som främst kan få anses vara kännetecknande för en gassensor, i enlighet med föreliggande uppfinning, är att häri- genom har det skapats förutsättningar för att i en och samma gascell, med smá yttre dimensioner, kunna skapa förutsättningar för en förhállandevistláng optisk mätsträcka, genom att anordna två motställda kalottliknande ellipsoidala konkava spegelpar- tier och låta en av dessa vara tu-delad.

Vidare kan en gascell av hithörande slag utvärdera samtidigt förekomsten och/eller koncentrationen av ett flertal olika gaser eller gasblandningar genom att utnyttja tvà lika eller olika optiska mätsträckor inom gascellen mellan en enda ljus- källa och två eller flera utloppsöppningar eller liknande, försedda med var sitt vàglängdsselektivt filter och/eller spektralanalytiskt arrangemang.

Som ett alternativ kan mätområdet och/eller känsligheten för mätningen av en och samma gas utökas genom att välja en optisk mätlängd eller mätsträcka för ett första mätomràde och en annan 506 942 _ 12 _ optisk mätlängd för ett andra mätomràde.

Därtill har det skapats förutsättningar för att få det fràn en av flera ljuskällor utsända ljusknippet med divergerande ljus- strálar att av reflektionerna konvergera till en bild av ljus- källan vid öppningen eller -arna eller liknande för de ljuskäl- letillhöriga utgående ljusstrálarna.

Det som främst kan få anses vara kännetecknande för en till en gassensor hörande gascell, i enlighet med föreliggande uppfinning, anges i det efterföljande patentkravets 1 känne- tecknande del.

En för närvarande föreslagen utföringsform utav en gassensor och en därtill hörande gascell, uppvisande de med föreliggande uppfinning signifikativa kännetecken, skall nu närmare be- ' skrivas med hänvisning till bifogad ritning, där; figur 1 visar i stark förenkling en gassensor med en gascell enligt uppfinningen och med erforderlig elektronik för att kunna utvärdera ljusintensi- tetens frekvensberoende inom ett spektralanaly- tiskt- eller analyserande arrangemang. figur 2 visar i en första perspektivistisk vy den yttre formen av nämnda gascell, figur 3 visar i en annan perspektivistisk vy den yttre formen av gascellen enligt figur 2, figur 4 avser att illustrera formen för ett första konkavt 1 väggparti eller spegelyta för en vald kavitet, figur 5 figur 6 figur 7 figur 8 figur 9 figur 10 figur ll _13- 506 942 avser att illustrera formen för de, den första spegelytan motställda, andra och tredje konkava väggpartierna eller spegelytorna för en vald kavitet, visar i en planvy genom ett centralplan (x-z- planet) geometrin för motställda tre spegelytor, ingående i en gascell enligt figurerna 2 och 3, visar i ett centralplan, och i en liknande sektion som figur 6 men något förstorad, motställda kavi- tetstillhöriga väggpartier formade som spegelytor inom gascellen med orienteringen av tillhörande ellipscentra, visar i förenklande syftë'i ett centralplan en första vald stràlgàng (för centralstràlen) för en optisk mätsträcka fràn en ljuskälla till en första utloppsöppning och med en centralt placerad ljus- källa, alstrande ett divergerande ljusknippe och erbjudande, med en streckad strålgàng, en möjlig- het att skapa två skilda optiska mätsträckor_inom samma kavitetet från en och samma ljuskälla, visar en stràlgàng (för centralstràlen) vid en si- dorelaterad ljuskälla och belysande initialt ett andra spegelparti, för bildande av en optisk mät- sträcka med fem reflektionspunkter, visar en stràlgàng (för centralstràlen) vid en lika sidorelaterad ljuskälla som i figur 9 men be- lysande initialt ett tredje spegelparti, er- bjudande en kortare optisk mätsträcka med enbart tre reflektionspunkter och visar ett snitt XI-XI i figur 8 av kaviteten i gascellen. sas 942 ¿14_ H .. n Med hänvisning till figur 1 visas där i en stark förenkling en gassensor "A", med en gascell 1 och en erforderlig elektronik 10 för att kunna utvärdera ljusintensitetens frekvensberoende i ett spektralanalytiskt- eller analyserande arrangemang ll.

Elektroniken 10 är så strukturerad att den pà känt sätt kan ut- värdera ljusintensitetens frekvensberoende för ett igenom ut- loppsöppningen 6 och/eller 7 passerande ljusknippe eller ljus- stràlar och jämföra erhållet resultat med ljusintensitetens frekvensberoende för en utnyttjad ljuskälla 2a och i beroende av en fastställd diskrepans kunna fastställa arten av i gascel- lens 1 kavitet 2 innesluten aktuell gas eller gasblandning samt även vid behov dess koncentration.

Enär principerna för en sådan utrustning 10, ll av hithörande slag är tidigare känd beskrives den inte mera i detalj.

De nära till hands liggande kompletteringar som krävs av ut- rustningen lO¿ 11 för att kunna utvärdera mätresultaten från en gascell, enligt föreliggande uppfinning, ligger väl inom ramen för en fackmans normala kunnande.

Gascellen l tillföres pà känt sätt en gas eller en gasblandning genom att den får passera en röranslutning la in i kaviteten 2 och gasen tillàtes därefter passera ut genom en utloppsröran- slutning lb. _Med gascellen l samverkar ennlljusstràlar i form av ett ljus- knippe in i kaviteten 2 riktade ljuskälla 2a och två för skilda ljusstràleknippen och gärna för skilda optiska mätsträckor an- passade utloppsöppningar 6, 7. (Jämför figur 9 och 10).

Ett fràn ljuskällan 2a utsänt ljusknippe, med kraftigt diver- gerande ljusstrálar, skall reflekteras ett pà förhand bestämt antal gånger mellan motställda konkava väggpartier, behandlade för att bilda spegelytor och formade för att avgränsa kaviteten '15' 506 942 2, för att efter ett pà förhand bestämt antal reflektioner och en därav på förhand bestämd optisk mätsträcka konvergerande kunna passera ut genom en utloppsöppning (6 eller 7).

Att den optiska mätsträckan skulle vara direkt proportionell mot antalet reflektioner är en approximation som kan godkännas i detta sammanhang.

Här anvisas speciellt att den sista reflektionen skall ge en konvergering av ljusknippet så att en avbild av ljuskällan 2a blir bildbar och att en fokusering av bilden är möjlig i anslutning till den motställda spegelytan och i öppningen (6 eller 7), för en säkrare utvärdering av det mottagna frekvens- spektrat.

Med hänvisning till figurerna 2 och 3 visas således där i tvà olika perspektivvyer den yttre formen för en gascell, uppvis- ande de med föreliggande uppfinning signifikativa egenskaperna vad avser de motställda ljusreflekterande väggpartierna, _ behandlade för att bilda spegelytor och där gascellen även här har tilldelats hänvisningsbeteckningen 1.

Gassensorn A är anpassad för att kunna möjliggöra en mätning av ett i kaviteten 2 i gascellen 1 inneslutet gasprov, som via ett inlopp 3 (la) och ett utlopp 4 (lb) kan bringas att passera igenom nämnda kavitet 2.

Inom möjligheternas ram faller även den utföringsformen att gascellen 2 är försedd med enfeller flera öppningar lc, ld, genom vilka den för mätningen avsedda gasen eller gasbland- ningen kan fà passera medelst diffusion.

Gascellen 1 har formen av ett block, med kavitetens 2 vägg eller väggpartier behandlade för att kunna erbjuda för ljus- stràlar högreflektiva egenskaper pà i och för sig tidigare känt sätt, varvid nämnda kavitet 2 uppvisar en öppning 5 i gascellen för fasthállande av en ljuskälla 2a, driven av elektroniken 10 506 942 -16- för alstrande av ett erforderligt inkommande ljusknippe.

I denna öppning 5 kan införas,en ljuskälla 2a anpassad att kunna utsända ett ljusknippe med ljusstrålarna uppvisande en frekvens inom ett relevant frekvensområde, såsom det infraröda området. Ljusstrålarna kan här vara divergerande med en vinkel av ca 120'.

I figurerna 2 och 3 har i förtydligande syfte icke en erforder- lig ljusalstrande enhet 2a eller ljuskälla visats.

Ljusstrålarna skall nu reflekteras ett på förhand bestämt antal gånger mellan motställda spegelavsnitt för att därefter passera ut genom en öppning 6 och/eller en öppning 7. I varje sådan öppning är infäst ett våglängdsselektivt filter, ett ljuskäns- ligt organ av känd beskaffenhet, men ej heller"dessa är av tidigare angiven orsak visade i figurerna 2 och 3.

Som utgående ljusstrålar genom en öppning räknas även sådana ljusstrålar som får passera förbi kanten för en spegelyta, vilket är vanligt inom denna teknik men ej närmare visat i ' utföringsformen.

I figur 4 illustreras den valda formen för ett första kavitets- tillhörigt ljusreflekterande konkavt väggparti ll.

I figur 5 illustreras den valda formen för andra och tredje kavitetstillhöriga ljusreflekterade konkava väggpartier 12 och 13. ' Grundformen för väggpartiet ll och väggpartierna 12 och 13 är densamma, i det att en ellips, vid en rotation kring storaxeln (x) (Även beteckning llc), tillåtes bilda en ellipsoid.

En kalottliknande andel av denna ellipsoid bildas i figur 4 genom att avskära ellipsoiden i ett plan parallellt till x- axeln och där planet är orienterat på ett avstånd "a" från -17- 506 942 storaxeln (x).

Den konkava ytan i ellipsoidandelen 11 bildar spegelytan 11A med brännpunkterna lla och 11b belägna på x-axeln.

På samma sätt bildas, enligt figur 5, väggpartierna 12 och 13 med de konkava ytorna bildande spegelytor 12A och 13A och med brännpunkterna l2a och l3a belägna på x-axeln.

Väggpartierna 12 och 13 i kaviteten 2 skall formas genom att avlägsna ett avsnitt 15 (i z-/y-planet) och sedan föra samman partierna 12 och 13 i x-axelns riktning, varvid väggpartierna 12 och 13 får en längsgående utsträckning i x-axeln som blir något mindre än den längsgående utsträckningen för väggpartiet 11.

Denna utföringsform kommer att närmare beskrivas i det efter- följande.

En alternativ utföringsform är att skapa ett snitt 15' i planet "B" (z-/y-planet) och att föra isär väggpartidelarna 12 och 13 något.

Denna utföringsform är icke närmare beskriven, då den ter sig uppenbar vid en förståelse av den först nämnda utföringsformen.

Med hänvisning till figur 6 visas hur väggpartierna ll, 12 och 13 är orienterade och arrangerade för att bilda kaviteten 2 och från denna figur torde framgå.att inkommande ljusstrålar 2a', bildande ett divergerande ljusknippe, från ljuskällan 2a skall som var sin mätsträcka-först konvergerande reflekteras i var sina spegelytor 12A, 13A, därefter ånyo divergerande reflekte- ras i var sina spegelytor 11A, därefter konvergerande reflekte- ras i spegelytan 12A och 13A o.s.v. och därigenom kunna passera nämnda kavitet 2 ett pá förhand bestämt antal gånger, för att därav bilda en väldefinierad optisk mätsträcka, innan de i väggpartierna ll, 12 och 13 reflekterade ljusstrålarna blir 506 942 -18- riktade att konvergerande passera genom dels en öppning 6 dels en öppning 7, för utgående ljusstrålar till ett där placerat filter eller liknande. (Jämför figurerna 9 och 10).

Uppfinningen utnyttjar, för sin ljusreflekterande funktion inom kaviteten 2, tre motställt orienterade konkava ljusreflekteran- de väggpartier ll, 12, 13 eller spegelytor 11A, 12A och 13A, vars beskaffenhet och orientering närmare skall beskrivas i det efterföljande med hänvisning till figurerna 7-10.

I förenklande syfte har den efterföljande beskrivningen begrän- sats till att visa en inloppsöppning 5, för ett inkommande ljusknippe 2a', och en eller två utloppsöppningar 6 och 7, för utgående konvergerande ljusstràlar, även om flera inloppsöpp- ningar skulle kunna utnyttjas och en eller flera utloppsöpp- ningar för en och samma inloppsöppning.

Inom uppfinningens ram faller således möjligheten att låta skapa förutsättningar för ett flertal inloppsöppningar (5) och nämnda kavitet 2 kan vara formad med inte bara två, utan även med tre, fyra eller flera utloppsöppningar för konvergerande utgående ljusstrålar, där varje öppning med fördel kan vara så placerad att den representerar en på förhand bestämd optisk mätsträcka, d.v.s. att ljusstrålarna eller en del av ljusknip- pet har reflekterats ett på förhand bestämt antal gånger mellan motställda konkava spegelavsnitt 11A, l2a och 13A.

Det är för en fackman uppenbart vilka åtgärder och medel som skulle krävas för att kunna uxtaga ljusstrålarna vid varje fokuseringspunkt uppträdande på spegelytan 11A, varför den efterföljande beskrivningen i förenklande syfte avhandlar enbart två utloppsöppningar 6 och 7.

Uppfinningen bygger på att med en liten yttre form för gascel- len l ändå kunna få en eller flera relativt långa optiska mät- sträckor. '19' 506 942 Med en utföringsform, enligt figur 8, med en centralt (1 z-/y- planet) placerad ljuskälla S och med två utloppsöppningar 6 och 7 placerade på lika avstånd från ljuskällan, kan med en "sym- metrisk" orientering av spegelytorna 12A och 13A två lika op- tiska mätsträckor erhållas. Förändras speglarnas 12 och 13 läge i förhållande till varandra kan olika långa mätsträckor erhål- las. En förändring av enbart ljuskällans 5 position i x-/z- planet ger även olika optiska mätsträckor.

När två lika mätsträckor utnyttjas kan två olika gaser eller gasblandningar mätas. När två olika mätsträckor utnyttjas kan två olika gaser eller gasblandningar alternativt två olika mätomráden för en och samma gas mätas.

Företrädesvis skall en öppning (6) representera en position med en från varje annan öppning (såsom 7) avvikande optisk mät- sträcka.

En eller flera öppningar kan vara försedda med interferens- filter eller liknande.

Uppfinningen bygger vidare på att den utnyttjade ljuskällan 2a(5), i anslutning till öppningen 5 och/eller andra öppningar för inkommande ljusstrålar, kan vara anordnad centralt i det första väggpartiet ll, enligt figur 8, eller sidorelaterad, enligt figurerna 9 och 10, på ena sidan eller vice versa. Detta hänför sig till orienteringen i x-/z-planet, dock skall bemärkas att uppfinningen erbjuder en frihetsgrad även i x-/y- planet, vilket närmare skallèbelysas med hänvisning till figur ll.

Gascellen enligt uppfinningen erbjuder den möjligheten att kunna placera ljuskällan 2a i en urtagning 5 i samma spegelyta 11A som ljusutsläppsöppningarna 6 och 7.

Med förnyad hänvisning till figur 6, men mera speciellt till figurerna 7 och 8, visas att det första väggpartiet ll (i detta 506 942 _20_ plan) har en form som ansluter sig till en andel av en komplett rotationselliptisk form, med brännpunkterna lla och llb belägna på en tänkt rotationslinje llc (x-axeln).

Väggpartiet 11 kan alltså anses bestå av en kalottform med di- mensioner nàgot mindre än en halv ellipsoid form och den har ett centralt placerat hål 5 för ljuskällan 2a och sidoordnat detta hål 5 förefinns en öppning 6 för utgående ljus. Spegel- ytan har tilldelats hänvisningsbeteckningen 11A.

Väggpartiet ll är orienterat motställt väggpartierna 12 och 13, där väggpartierna 12, 13 är samordnade för att uppvisa väsent- ligen samma form som väggpartiet ll.

Väggpartierna 12 och 13 bildas genom att tu-dela väggpartiet (12-13) i ett plan "B" vinkelrätt till rotationsaxeln llc.

Ett andra väggparti 12 får då en del av en rotationselliptisk form pá samma sätt som väggpartiet ll men har tilldelats en längd längs rotationsaxeln som något understiger en fjärdedels ellips och med sin spegelyta 12A belägen i brännpunkten llau Ett tredje väggparti 13 får då en del av en rotationselliptisk form men har tilldelats en längd som något understiger en fjärdedels ellipsoid och med sin spegelyta 13A belägen i brännpunkten llb.

Den elliptiska formen för väggpartiet ll samt väggpartierna 12 och 13 blir därigenom väsentligen identiskt lika, dock med en skillnad som närmare förklarats ovan med hänvisning till figur 5.

Brännpunkten 12a och brännpunkten 13a är belägna i spegelytan 11A.

Uppfinningen bygger pá att vid identiska motställda delvis ellipsoidformade spegelytor skulle ljusstrálarna bara reflek- "Zl" 506 942 teras fram och äter och att en "asymmetri“ krävs för att ref- lektionsbilder och speciellt fokuserade bildpunkter skall kunna "vandra". Ju mindre den valda asymmetrin är desto mindre vand- ringstendens och därmed flera reflektioner och längre optisk mätsträcka.

En andra variant är att dela ellipsoidandelen (12,13) i planet "B" (z-planet) och förskjuta de därvid bildade delarna 12 och 13 ett avstånd från varandra, så att kanterna 16' och 17' kommer att befinna sig utanför väggpartiet 11. (Se figur 7).

Strålgången för denna variant är dock ej visad men blir uppen- bar för en i detta tekniska område insatt.

Ljuskällan 2a är anpassad med en stràlningsvinkel för ljusknip- pet 2a' så vald att den täcker"i'vart fall nämnda tvà andra väggpartier 12, 13 i figur 8.

Med hänvisning till figur 8 visas där en strålgàng med ett ljusknippes 2a' centralstrále 50 riktad fràn ljuskällan 2a mot spegelytan 12A.

Ljusknippet (2a') är här kraftigt divergerande och i förtvdlig- ande syfte är endast den centrala stràlen 50 mot spegelytan 12A visad.

Detta ljusknippe, med ljusstràlen 50, reflekteras i spegelytan 12A som ett konvergerande ljusknipp, med en central strále 51, .mot spegelytan 11A med en fokbseringspunkt 2a" omedelbart till höger om ljuskällan 2a. Vid fokuseringspunkten 2a" kan här bildas en första kort optisk mätsträcka, i det fall en öppning skulle orienteras vid denna punkt.

Ljusknippet reflekteras därefter divergerand, med en central ljustràle 52, mot spegelytan 13A och reflekteras konvergerande, som en ljusstràle 53, mot spegelytan 11A med en fokuserings- punkt (2a") till vänster om ljuskällan 2a. 506 942 _22_ Pâ detta sätt kommer denna fokusernigspunkt (2a") att kunna bli representerad av en längre, en andra, optisk mätsträcka i det fall en öppning skulle orienteras vid denna fokuseringspunkt.

Här kan man notera att fokuseringspunkterna (2a" (2a")) blir för varje reflektion placerade längre och längre från ljuskäl- lan 2a och blir genom spegelarrangemanget även större och större. öppningen 6 skulle kunna placeras omedelbart till höger om ljuskällan 2a vid en mycket kort mätsträcka till fokuserings- punkten 2a" eller något till vänster om ljuskällan 2a vid en något längre mätsträcka vid fokuseringspunkten (2a").

Utföringsexemplet i figur 8 illustrerar dock en än längre op- tisk mätsträcka i det att ljusstràlen 53 reflekteras som en ljusstràle 54 mot spegelytan 12A, reflektras som en ljusstràle 55 ånyo mot spegelytan 11A och skulle där kunna representeras av en anpassad optisk mätsträcka.

Utföringsexemplet har dock valt att illustrera att ljusstrálen 55 skall reflekteras vidare som ett divergerande ljusknippe (centralstrále 56) mot spegelytan 13A samt som ett ljusknippe (centralstràle 57) konvergerande reflekteras mot öppningen 6.

Man finner här att en fokuserad avbildning 2a" (2a") av strål- ningskällan 2a kommer att vandra längre och längre från strål- ningskällans 2a centrala placering i spegelytan llA och att öppningen 6 skulle kunna placeras än längre upp emot kanten l7a, för en än längre optisk mätsträcka. Öppningarna (6,7) skall vara placerade i bildande fokuserings- punkter och en ändrad orientering av spegelytorna 12A och 13A kommer därmed att ge ändrade positioner för bildade fokuse- ringspunkterna och därmed ändrade placeringar för öppningarna.

Det är nu uppenbart att om spegelarrangemangen ll, 12 och 13 -23- 506 942 skulle ändras något så kommer fokuseringspunkterna att ändra position, men dessa skall alltid vara orienterade på spegelytan 11A.

Från utföringsformen i figur 8 framgår att inom uppfinningens ram faller möjligheten att kunna placera en öppning 6 på höger eller vänster sida om ljuskällan Za. Detta innebär att i för- hållande till den visade öppningen 6 så kan en öppning placeras på vänster sida om ljuskällan 2a (som visats centralt placerat i figur 8) något åt höger om den visade varvid den optiska mätsträckan (50-53) blir mindre än om ändringen skulle innebära att öppningen skulle förflyttas åt vänster (som visad) för en optisk mätsträcka (50-57).

Den fokuserade bilden 2a“ av ljuskällan 2a vandrar således här från_ena sidan ljuskällan 2a till den andra sidan och ständigt utåt från ljuskällan 2a.

I en första utföringsform så skulle allt konvergerande ljus till fokus i spegelytan llA kunna få passera öppningen 6 för en utvärdering men inom uppfinningens ram faller även möjligheten att via ett optiskt filter (ej visat) tillåta enbart ett visst frekvensområde få passera genom öppningen 6 medan resterande ljus kan få reflekteras vidare ett antal gånger (58,59) för att uttagas i en annan öppning 7 och där utvärderas ett annat frekvensområde. Härigenom kan olika gaser och deras olika koncentrationer fastställas med en enda ljuskälla i en enda gascell.

Figur 8 avser att illustrera att strålgången (centralstrålarna) inom kaviteten 2 kommer att bilda en stiliserad "åtta" och att de fokuserade bilderna på spegelytan 11A kan uttagas där den bestämda mätsträckan och fokuseringspunkten uppträder. De fokuserade bilderna av strålkällan 2a blir minskande mot centrum (5) och ökande från centrum.

Skulle man önska ha två lika optiska mätsträckor ger figur 8 506 942 _24- antydning om att en ljusstråle 50' får reflekteras i spegelytan 13A och att den ljusstràlen kommer att reflekteras på samma sätt som ovan beskrivits och med en öppning anpassad för den där valda mätsträckan.

Inom en och samma gascell med en struktur enligt figur 8 kan således två skilda optiska mätvägar (50,50') väljas och med var och en erbjudande möjligheten till lika eller olika optiska mätsträckor.

Det kan vara ett önskemål att kunna detektera utgående ljus- strålar närmare mitten (5) för att därmed få exaktare mätvär- den, som är mera oberoende av ljuskällans eventuella rörelse och placering.

Med hänvisning till figurerna 9 och 10 visas där alternativa stràlgångar (centralstrålar) från en sidorelaterad ljuskälla 2a och med erbjudande av olika optisk mätsträckor mellan ljus- källan 2a och en vald öppning 6 i figur 9 och öppning 7 i figure 10.

Här bör bemärkas att om en ytterligare öppning 7 skulle pla- ceras på ett annat avstånd från ljuskällan 2a än nämnda öppning 6 så kan en och samma gas eller gasblandning utvärderas inom två olika mätområden, ett mätområde för den optiska mätsträckan mellan ljuskällan 2a och öppningen 6 (figur 9) och ett mätom- ràde med kortare optisk mätsträcka mellan ljuskällan 2a och öppningen 7 (figur l0)¿ För figur 9 gäller att bilden 2a" (utan öppning 6) kommer att vandra utåt från ljuskällan Za åt vänster för figur 10 gäller att bilden 2a" kommer att vandra åt höger från ljuskällan 2a.

När centrum eller ljuskällan 2a har passerats vandrar bilden 2a" utåt igen.

Med hänvisning till figur ll visas kaviteten 2 i ett y-/z-plan och i snitt XI-XI i figur 8. -25- 506 942 De tidigare visade utföringsformerna har illustrerat ljuskäl- lans (2a) placering i x-/z-planet men denna figur ger vid han- den att om en ljuskälla placeras till vänster om planet, vid (2a), så kommer den första fokuseradelbilden 2a" att bli pla- cerad till höger om centralplanet (x-/z-planet), den andra till vänster o.s.v., varvid utnyttjade öppningar kan sidoorientera varandra.

Här framgår att en eller flera ljuskällor skulle kunna utnytt- jas för en och samma kavitet med en eller flera ljuskälletill- höriga öppningar.

Uppfinningen är givetvis inte begränsad till den ovan såsom exempel angivna utföringsformen utan kan genomgå modifikationer inom ramen för uppfinningstanken illustrerad i efterföljande patentkrav.

Claims (19)

Cf) _26.. O\ .Is 2BIENIKBB!i

1. Gassensor, anpassad för att möjliggöra en mätning av ett i en kavitet eller gascell inneslutet gasprov, i form av ett block med en gascells eller en kavitets vägg eller väggpartier uppvisande för ljusstrålar högreflektiva egenskaper, benämnda spegelytor, varvid nämnda kavitet uppvisar en öppning eller liknande för inkommande ljusstrålar, som reflekterat skall pas- sera nämnda kavitet ett på förhand bestämt antal gånger för att därav bilda en optisk mätsträcka innan de i väggpartierna ref- lekterade ljusstrålarna blir riktade att passera en öppning eller liknande för utgående ljusstrålar och under utnyttjande utav tre motställda och ellipsoida konkava ljusreflekterande väggpartier, kwä n n e t e c k n a d därav, att ett första av nämnda ljusreflekterande väggpartier har formen av en andel, något mindre än en halv, av en ellipsoid, att ett andra och ett tredje av nämnda ljusreflekterande väggpartier har en gemensam form anslutande sig till en andel, något mindre än en halv, av en ellipsoid, att nämnda första väggparti och nämnda andra och tredje väggpartier är placerade när varandra och att de andra och tredje väggpartierna är formade via en delning av ellips- oiden.

2. Gassensor enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att ellipsoiderna är tilldelade samma grundform.

3. Gassensor enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k- n a d därav, att brännpunkterna för det första ljusreflekter- ande väggpartiet är belägna i eller nära intill spegelytor för de andra och tredje väggpartierna.

4. Gassensor enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att en brännpunkt för det andra väggpartiet och en brännpunkt för det tredje väggpartiet är belägna i eller nära intill spegelytan för det första väggpartiet. -27- 506 942

5. Gassensor enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att ett avdelande avsnitt är avlägsnat och väggparti- delarna förskjutna mot varandra.

6. Gassensor enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att ett avdelande snitt mellan andra och tredje vägg- partierna skiljer väggpartidelarna át och att dessa är för- skjutna fràn varandra.

7. Gassensor enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda kavitet är formad med tvâ eller flera öppningar eller liknande för utgående ljusstràlar och att varje öppning är så placerad att den representerar en pá förhand bestämd optisk mätsträcka.

8. Gassensor enligt patentkravet 7, k ä n n e t e c k n a d därav, att en öppning är placerad för att representera en fràn andra öppningar avvikande optisk mätsträcka.

9. § *Gassensor enligt patentkravet 7 eller 8, k ä n n e t e c k- n a d därav, att en eller flera öppningar är försedda med ' vàglängdsselektiva filter, såsom interferensfilter. _

10. Gassensor enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda konkava ljusreflekterande väggpartier utgör var och en, en kalottrelaterad del av en ellipsoid och att ett första av nämnda väggpartier är anpassat att vara motställt två andra väggpartier.

11. Gassensor enligt patentkravet 7 eller 10, k ä n n e - t e c k n a d därav, att ljuskällan och/eller öppningen för inkommande ljusstràlar är anordnad i det första väggpartiet.

12. Gassensor enligt patentkravet 11, k ä n n e t e c k n a d därav, att öppningarna eller liknande för utgående ljusstràlar är anordnade i det första väggpartiet. 506 942 _28-

13. Gassensor enligt patentkravet 7 eller ll, k ä n n e - t e c k n a d därav, att ljuskällan är anpassad med en stràlningsvinkel täckande nämnda två andra väggpartier.

14. Gassensor enligt patentkravet 13, k ä n n e t e c k n a d därav, att via nämnda tvà andra väggpartier bringas två sam- ordnade ljusstràleknippen att reflekteras mellan motställda väggpartier.

15. Gassensor enligt patentkravet 45, k ä n n e t e c k n a d därav, att ljusstrâlar från ett första ljusstràleknippe är an- ordnade att passera ut genom en första öppning och att ljus- stràlar frán ett andra ljusstráleknippe är anordnade att pas- sera ut genom en andra öppning.

16. Gassensor enligt patentkravet 1 eller 7, k ä n n e t e c k- n a d därav, att de från ljuskällan utsända divergerande ljusstràlarna är av reflektionerna konvergerade till en bild vid resp. öppning för utgående ljusstràlar.

17. Gassensor enligt patentkravet 1 eller 16, k ä n n e - t e c.k n a d därav,_att nämnda första väggparti har en form väsentligen anslutande sig till en andel, men något mindre än hälften, av en ellipsoid och att nämnda andra och tredje vägg- partier har var och en en form väsentligen anslutande sig till en, eller något mindre än, fjärdedels ellipsoid.

18. Gassensor enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda öppningar för utgående ljusstrålar och/eller inkommande ljusstrálar är sidoordnade ett centralplan.

19. Gassensor enligt patentkravet 1 eller 18, k ä n n e - t e c k n a d därav, att två eller flera öppningar för inkommande ljusstrálar är anordnade sidorelaterade varandra.