SE510549C2 - Gassensor - Google Patents

Description

510 549 _ 2 _ uppvisande för ljus högreflektiva egenskaper.

Nämnda kavitet skall därvid uppvisa en öppning eller ett parti för inkommande ljusstràlar eller ljus och en öpppning eller ett parti för i kaviteten, en eller flera gånger, reflekterade utgående ljusstràlar eller ljus.

Mera speciellt avser föreliggande uppfinning att erbjuda en gassensor, som skall ingå i ett system, där en i gasprovet in- gående gas och/eller gasandel utvärderas vad avser själva gasen och/eller gasens procentuella andel i provet med hjälp av ett aktuellt absorptionsspektra, uppträdande i ljusspektrat för det utgående ljuset.

För en enklare förståelse av föreliggande uppfinning och dess egenheter krävs införandet utav uttryck såsom "direkt reflek- terad" ljusstråle eller ljusknippe och "indirekt reflekterad" ljusstråle eller ljusknippe.

Med "direkt reflekterad" ljusstråle eller ljusknippe menas att en ljusstråle får passera kaviteten utav reflektion i kavitets- avgränsande parallella ytpartier förutom i en ljusstràlen mot- ställd spegelyta, som reflekterar tillbaka ljusstràlen i samma plan men i en annan riktning.

Med "indirekt reflekterad" ljusstråle eller ljusknippe menas att en ljusstråle får passera kaviteten under en eller flera reflektioner i kavitetsavgränsande, spegelsturktur uppvisande, ytpartier.

T KN K I R T Gassensorer, av inledningsvis angiven beskaffenhet, är i och för sig tidigare kända i ett antal olika utföringsexempel.

Sådana gassensorer uppvisar ett som gascell tjänande utrymme eller en kavitet, genom vilket ljusstràlar tillåtes passera och 519 549 med gascellen samverkar ett ljusalstrande don och ett ljus- mottagande don, det senare elektriskt kopplat till en enhet, anpassad för att kunna utvärdera aktuella absorptionslinjer i ett aktuellt ljusspektra för en utgående ljusstråle eller ett utgående ljusknippe. ' Mellan det ljusalstrande donet och det ljusmottagande donet inom gascellen uppträder inom kaviteten en ljussträcka, som i det efterföljande benämnes mätsträcka eller optisk mätsträcka.

Det är även i och för sig känt att ett noggrannt utvärderande av gastyp, gasblandning och/eller koncentration i en gassensor med en gascell bygger på det kända förhållandet att en ljus- stråle, som bringas att passera genom gasprovet, kräver en längre mätsträcka för ett noggrannare mätresultat vid små koncentrationer och en längre sträcka där absorptionsspektrat för en vald gas inte är markant framträdande.

Det är också känt att för de flesta praktiska tillämpningar och med nuvarande teknik, att alstra ljusstrålar, att mottaga och detektera dessa efter ett valt antal ljusreflektioner och att utvärdera uppträdande absorptionsspektra, krävs en optisk mätsträcka av ca 0,1 meter.

I den amerikanska patentskriften 5,l63,332 är det visat och be- skrivet en gassensor, som skall kunna utnyttjas vid gasanaly- ser, bestående utav ett långsträckt hålformat rör med inåt rik- tade ljusreflekterande ytor, och som skapar sådana förutsätt- ningar att röret kan tjäna såsom ett ljusrör eller en ljusle- dare och därmed bilda en mätsträcka för att överföra ljusstrå- lar från en ljuskälla till en detektor och genom ett i röret inneslutet gasprov.

Strålarna från ljuskällan är här anordnade att "indirekt" kunna reflekteras av motställda ytor, vilket innebär en indirekt reflektion i alla riktningar. 510 549 _ 4 _ Med reflektion i alla riktningar i en ljusledare menas att om en ljusstråle eller flera ljusstrålar samordnade till ett ljusknippe, med divergerande strålar, släppes in i ett rör med ljusreflekterande egenskaper på insidan röret kommer från centrumlinjen, z-linjen, för ljusknippet avvinklade ljusstrålar att reflekteras i såväl x-z-planet som y-z-planet.

Vidare anvisas ett antal filterförsedda öppningar i väggpartiet för röret och dessa tillåter ett gasprov att fritt kunna till- föras eller lämna rörets inre.

Det är även känt att försöka nedbringa de yttre dimensionerna för en gassensor eller gascell men ändå försöka erhålla en lång mätsträcka.

Som exempel på teknikens ståndpunkt härvidlag hänvisas till följande publikationer.

I den amerikanska patentskriften 5,340,986 är det tidigare känt en gassensor av diffusionstyp och där den erforderliga längden för gascellen kan halveras i förhållande till en önskad mät- sträcka genom att i ett rör anordna sändare och mottagare i den ena änden av röret och placera en spegel i den andra änden av röret samt låta den inre ytan vara ljusreflekterande.

Här erbjuds en direkt reflekterad ljusstråle och ett indirekt reflekterat ljusknippe.

I den amerikanska patentskriften 5,060,508 är det tidigare känt en gascell, med en i förhållande till dess yttre dimensioner ytterligare förlängd mätsträck, formad i ett block med små ytt- re dimensioner, och där blocket är försett med ett antal, fram och åter orienterade och med varandra sammankopplade, kanalav- snitt. Väggarna för de sammankopplade kanalavsnitten är belagda med ett högt ljusreflekterande material, varvid utformad passage kommer att tjänstgöra såsom en ljusledare, för att därigenom via indirekt reflektion i alla riktningar överföra p 510 549 _5_ ljusstràlar. Ett antal mindre passager tillåter gasen i ett område omkring röret att diffundera in i passagen.

Här anvisas att gascellen framställes genom att placera två blockhalvor mot varandra och där halvorna kan gjutas i plast, vilket gör att gascellen blir relativt billig att framställa. Även innehållet i publikationen EP-A1-O 647 845 tillhör den kända tekniken härvidlag.

Beaktas nu de med föreliggande uppfinning anvisade egenheterna bör också nämnas att det är tidigare känt en absorptioncell, beskriven av J.U. White, i Journal of Optical Society of America, Vol, 32, page 285 (1942), där det visas och beskrives en cell som består av tre sfäriskt konkava speglar, där samt- liga speglar har samma krökningsradie och är så placerade att mellan dessa bildas en önskad optisk mätsträcka.

Cellen är framtagen för att kunna erhålla en förlängd mät- sträcka för en direkt reflekterad ljusstråle i en gassensor.

Genom att utnyttja principerna beskrivna i nämnda publikation har det varit möjligt att framställa gassensorer med en optisk mätsträcka av över 10 m.

Här är det känt att placera speglarna på ett stort avstånd mellan varandra, säg normalt 0,3 meter till 3 meter, och med ljusknippet anpassat med en mycket liten verksam divergerings- vinkel.

Av betydelse är vidare att alstrat ljusknippe icke är föremål för sidoordnade "indirekta" reflektioner utan endast "direkta" reflektioner mellan speglarna.

I den amerikanska patentskriften 4,756,622 har det vidtagits andra åtgärder för att skapa en lång mätsträcka för en våg- längdsabsorption i gas. I nämnda publikation anvisas att ljus- strålen får vandra genom en begränsad gasvolym ett mycket stort 510 549 _ 5 _ antal gånger, säg tusentals gånger.

Ljusstrålen tillföres en sluten optisk slinga, i vilken den får cirkulera genom gasprovet. Efter ett på förhand bestämt antal passager genom gasprovet avlänkas ljuset från den slutna op- tiska slingan. Införandet utav ljusstràlen till den slutna optiska slingan och avlänkandet utav ljusstràlen därifrån sker genom utnyttjandet utav polariserande vågledare.

Det är även känt att vid en så hög reflektionsfaktor som 0,998 blir ljusandelen eller -intensiteten efter 100 reflektioner av storleksordningen 80% och efter 300 reflektioner endast ca 50%.

R U N FUR IEKEl$KI_BBQåLEM Under beaktande av teknikens tidigare ståndpunkt, såsom den be- skrivits ovan, och under beaktande utav den omständigheten att vissa gaser har en svag absorptionsbenägenhet och absorberar så svagt att absorptionen kan endast utvärderas efter det att ut- nyttjat ljusknippe eller -stråle bringats att passera en rela- tivt lång optisk mätsträcka genom gasen och/eller under beakt- ande av att i andra situationer så kan utvärderade gaser ha en i och för sig utpräglad absorptionsbenägenhet men den måste detekteras vid mycket små koncentrationer, typiskt delar per million (ppm) eller mindre, så att en lång mätsträcka krävs även i denna situation, är det ett tekniskt problem att med enkla medel kunna miniatyrisera gascellen och ändå erbjuda en anpassad och vald mätsträcka och/eller mätsträckor.

Det torde ävenledes få anses vara ett tekniskt problem att kunna skapa en gascell och/eller en gassensor som kan fram- ställas som en prisbillig massproducerbar enhet.

Det måste också få anses vara ett tekniskt problem att kunna erbjuda en gassensor, som enkelt är så anpassbar att den till- förlitligt kan utvärdera giftiga gaser (såsom kolmonoxid, ozon, kväveoxid o.s.v.) med en detektering av låga koncentrationer, 516 549. inom ppm-området.

Det måste också få anses vara ett tekniskt problem att kunna skapa en prisbillig gassensor, som kan tjäna som branddetektor, i det att gassensorn är anpassad att effektivt och säkert kunna utvärdera låga koncentrationer utav koldioxid och kolmonoxid.

Det är vidare ett tekniskt problem att kunna inse de åtgärder som kommer att krävas för att skapa en gascell eller gasdetek- tor där även divergerande ljusstrålar i ett första plana (säg z-x-planet) kan passera, utan eller väsentligen utan "indirek- ta" reflektioner, direkt mot en konkavt krökt spegelyta medan divergerande ljusstrålar i ett andra plan (säg y-z-planet) blir föremål för "indirekta" reflektioner mellan parallella spegel- strukturerande ytor, såsom i en ljusledare.

Det ligger även ett tekniskt problem i att vid en gassensor, som lyckats lösa ett eller flera av de ovan angivna tekniska problemen, kunna skapa sådana förutsättningar att ljusdetektorn kan mottaga från en lins eller en konkavt krökt spegel konver- gerande ljusstrålar direkt reflekterade och med en hög intensi- tet för att därvid kunna skapa förutsättningar för att för- bättra utvärderingen av gaser med svagt absorptionsmönster och/eller koncentration.

Det är ävenledes ett tekniskt problem att med enkla åtgärder kunna skapa sådana förutsättningar att ljusdetektorn kan ut- värdera direkt reflekterade ljusstrålar och indirekt reflekte- rade ljusstrålar, där de senare ljusstrålarna får en längre mätsträcka än de förra.

Det måste också få anses vara ett tekniskt problem att vid en gascell och/eller gassensor, av inledningsvis angiven beskaff- enhet, kunna inse betydelsen utav att låta en i ett block for- mad kavitet få uppvisa motställda ljusreflekterande ytpartier, så anpassade och samordnade i ett x-z-plan att ett inkommande ljusknippe blir anordnat att utan eller väsentligen utan, ref- 510 549 _ 8 _ lektioner i nämnda x-z-plan kunna passera tvärs nämnda kavitet och direkt reflekteras i motställda konkavt krökta spegelytor ett på förhand bestämt antal gånger, anpassat till en vald längd för mätsträckan, innan det direkt reflekterade ljus- knippet blir riktat att passera nämnda öppning för utgående ljusstråle eller -knippe.

Det måste också få anses vara ett tekniskt problem att vid en miniatyrisering utav en gassensor och/eller gascell, av inled- ningsvis angiven beskaffenhet, kunna inse betydelsen av att låta kaviteten få vara formad med två, vanligtvis plana och parallella, nära varandra placerade, mot varandra riktade, parallellt med ljusknippet orienterad, ljusreflekterande ytor och därmed skapa förutsättningar för ett inkommande ljusknippe att i ett y-z-plan indirekt reflekteras ett flertal gånger innan dessa divergerande ljusstràlar når de konkavt krökta spegelytorna.

Det ligger också ett tekniskt problem i att kunna inse för- delarna med och möjligheterna i att i vart fall en del av ett ytparti i x-y-planet skall kunna vara behandlat för att uppvisa en gitterform.

Det måste också få anses vara ett tekniskt problem att kunna inse betydelsen utav att låta en gassensor och/eller en gas- cell, i form av ett block, på ett enkelt sätt få formas genom att låta utnyttja den kända principen för framställning av CD- skivor.

Det torde också få anses vara ett tekniskt problem att kunna inse betydelsen utav och fördelarna förknippade med att låta nämnda motställda konkavt krökta ytpartier få vara orienterade enligt principen för en "white"-spegel.

Det ligger också ett tekniskt problem i att kunna inse betydel- sen utav att för en massframställning skapa sådana förutsätt- ningar att motställda konkavt krökta ytpartier och en plan yta 510 549 _ 9 _ skall vara formade i en blockdel medan den motställda plana ytan är formad till en skiva och att blockdelen och skivan är på känt sätt fästbara till varandra.

Det ligger också ett tekniskt problem i att kunna inse betydel- sen utav och förutsättningarna förknippade med att låta mot- ställda ytpartier och nämnda två plana ytor få vara belagda med guld och att låta det inkommande ljuset få vara valt med ett frekvensområde inom det infraröda området.

Det ligger också ett tekniskt problem i att kunna erbjuda en gassensor och/eller en gascell, som skapar den möjligheten att låta utnyttja ett gasprov som är anordnat att av en pump pumpas genom kaviteten alternativt av att låta gasprovet få diffundera in i kaviteten.

Det ligger också ett tekniskt problem i att kunna anvisa sådana förutsättningar för gasceller och den formade kaviteten att gasprovet kan bringas in i och ut ur kaviteten genom urtag- ningar som ligger utanför en av ljusstrålarna bildande mät- sträcka och härför erforderliga ljusreflekterande ytor.

Det är även ett tekniskt problem att kunna erbjuda en mätning av en bland flera utvalda mätsträckor i en och samma kavitet med bestämda mått.

Det torde ävenledes få anses vara ett tekniskt problem att inse förutsättningarna för att kunna uppdela mätsträckan i ett antal bestämda dellängder och att utnyttja mätresultatet för en refe- rensbestämning Löfinmcam För att kunna lösa ett eller flera av de ovan angivna tekniska problemen utgår nu föreliggande uppfinning ifrån en tidigare känd gassensor och/eller gascell, som är anpassad för att möj- liggöra en mätning av ett i en kavitet inneslutet gasprov, i form av ett block, med kavitetens vägg eller väggpartier upp- 510 549 _ 10- visande för ljusstrålar högreflektiva egenskaper, varvid nämnda kavitet uppvisar en öppning för ett inkommande ljusknippe och en öppning för ett utgående, inom kaviteten direkt och indirekt reflekterat ljusknippe.

Nämnda ljusknippe är anordnat att reflekterat passera tvärs nämnda kavitet innan de reflekterade ljusstrålarna blir riktade att passera nämnda öppning eller liknande för utgående ljus.

Vid en sådan gassensor anvisar nu föreliggande uppfinning att nämnda kavitet skall uppvisa motställda ytpartier, så tätt anpassade och samordnade att ett inkommande ljusknippe är anordnat att utan eller i vart fall väsentligen utan reflek- tioner i ett plan kunna passera tvärs nämnda kavitet mot en vinkelrätt till planet orienterad konkavt krökt spegelyta.

Såsom föreslagna utföringsformer, fallande inom ramen för upp- finningstanken, anvisas att kaviteten är formad med två plana och parallella, nära varandra placerade, mot varandra riktade, ljusreflekterande ytor.

Vidare anvisas att nämnda motställda ytpartier är tilldelade en något krökt form.

Vidare anvisas att i vart fall en del av ett ytparti är behand- lat för att uppvisa en gitterform.

Vidare anvisas möjligheten att låta det inkommande ljusknippet få vara alstrat av en lampa med smalt frekvensområde och att låta det utgående ljusknippet få vara mottaget av en ljusdetek- tor, med en elektrisk och/eller elektronisk krets för utvärde- ring av aktuellt absorptionsspektra.

Genom att forma gassensorn och/eller gascellen som ett block är det möjligt att utnyttja principerna för framställning av CD- skivor. 518 549, _ 11 _ Inom uppfinningens ram faller även möjligheten att låta nämnda motställda ytpartier få vara orienterade enligt principen för en "White"-spegel.

Speciellt anvisar föreliggande uppfinning att motställda ytpar- tier och en plan yta är formade i en blockdel medan en ytter- ligare motställd plan yta är formad till en skiva.

Uppfinningen anvisar att nämnda motställda ytpartier och nämnda två plana ytor är belagda med guld eller annat för ljusstràlar högreflekterande material och att det inkommande ljuset är valt med ett frekvensomràde inom det infraröda området.

Gassensor enligt uppfinningen erbjuder en möjlighet att låta pumpa gasprovet genom kaviteten eller att låta gasprovet få diffundera in i kaviteten.

FQRDELAR De fördelar som främst kan få anses vara kännetecknande med en gassensor, uppvisande de med föreliggande uppfinning signifika- tiva egenheterna, är att härigenom har det skapats förutsätt- ningar att kunna miniatyrisera gassensorns och/eller gascellens yttre dimensioner och ändå skapa förutsättningar för en an- passad lång mätsträcka samtidigt som den är anpassad för en prisbillig massproduktion under erbjudande av en acceptabelt hög precision i mätresultatet, genom att nedbringa reflektions- förlusterna i vart fall i ett plan och även kunna skapa en divergering av reflekterande ljusstràlar mot ljusdetektorn.

Det som främst kan få anses vara kännetecknande för en gassen- sor, i enlighet med föreliggande uppfinning, anges i det efter- följande patentkravets 1 kännetecknande del. 510 549 KQEI_ElQHBBESKBl!ElEQ Ett antal för närvarande föreslagna utföringsformer utav en gascell och en gassensor, uppvisande de med föreliggande upp- finning signifikativa kännetecknen, skall nu närmare beskrivas med hänvisning till bifogad ritning, där; figur l visar en ljussändare som sänder ett divergerande ljusknippe mot en konkav spegelyta, som kon- vergerat reflekteras mot en ljusmottagare, figur 2 visar ett exempel på en tidigare känd gitterspekt- rometer, figur 3 visar i planvy en utföringsform av en gascell med en inbyggd gitterspektrometer, figur 4 visas i planvy en alternativ utföringsform med ljussändare och ljusmottagare belägna intill varandra, figur 5 visar i planvy en utföringsform där principen för "white"-speglar tillämpas och figur 6 visar absorptionskaraktäristiken för olika gaser. ggslgnivurng övgn m; l-*Qïzgspggng gïFgïïglggsgggflgg Med hänvisning till figur 1 visas där principiellt en gassensor l, bestående av en gascell 2 med en i ett x-y-plan orienterad och konkavt krökt, såsom delvis cirkelformad, spegel 3 med en spegelyta 3a.

Gassensorn l omfattar även en ljussändare 4 och en ljusmotta- gare 5 av i och för sig känd konstruktion.

Ljusmottagaren 5 är pá känt sätt kopplad till en ej visad utrustning för att kunna utvärdera absorptionsspektrat i mottagna ljusstrålar. 516 5497. _ 13 _ Gascellen 2 har en mycket lite höjddimension (x-y-planet) där denna höjd är anpassad till vald ljuskälla 4 och vald ljus- mottagare 5. Höjden kan praktiskt sett med nuvarande teknik vara mellan 0,1 - 0,5 mm.

Med hänvisning till figur 1 kan man konstatera att den ljus- sändande enheten 4 är anpassad att sända ett ljusknippe med divergerande ljusstrålar. Det antages att divergeringsvinkeln "a" är 40'.

Aktuell divergeringsvinkel är beroende av vald ljussändare och kan därför varieras.

Uppfinningens princip är emellertid även tillämpbar med kolli- merat eller konvergerande ljusknippe med en ändring av spegel- ytans 3a form och/eller ändring av ljusmottagarens läge.

Dessa utföringsformer är ej närmare visade men utgör en för fackmän väl insedda utföringsformer med åtföljande föränd- ringar.

Uppfinningen bygger nu på principen att den andel av ljusknip- pet, som blir orienterat i x-z-planet, skall kunna passera mot den konvexa spegelytan 3a utan reflektion i antydda sidoytor 2c och 2d och/eller i x-z-planet orienterade plana ytor 2a och 2b samt direkt reflekteras konvergerande mot ljusdetektor 5.

Den andel av det divergerande ljusknippet som blir orienterat i x-y-planet kommer att kunna passera mot den i x-y-planet orien- terade konvexa spegelytan 3a via indirekta reflektioner mot i x-y-planet orienterade plana spegelytor under återkommande ref- lektioner i övre och undre plana ytor 2a och 2b.

I figur 1 antydes således kavitetsavgränsande divergerande ytor 2c och 2d som även är ljusreflekterande och kommer därvid att bidraga med en indirekt ljusreflektion av divergerande ljus- strålar med en divergeringsvinkel något avvikande från och 510 549 _ 14 _ större än vinkeln för ytorna 2c, 2d i angivet x-z-plan.

Uppfinningen bygger på att alstrade divergerande ljusstràlar från ljussändaren 4 i x-z-planet utan indirekt reflektion i x- z-planet skall direkt reflekteras i spegelytan 3a och i prak- tiskt hänseende utan reflektionsförluster och förstärkt kunna mottagas konvergerande i ljusmottagaren 5.

Kaviteten 2 är avgränsad av spegelytan 3a, två motställda plana spegelytor 2a, 2b, en undre spegelyta 2a visad och en övre spegelyta 2b avlägsnad i förtydligande syfte, samt de diver- gerande spegelytorna 2c och 2d Krökningsradien för spegelns 3 spegelyta 3a är vald så att centrum 3C ligger mitt emellan ljussändaren 4 och ljusmottagaren 5.

Den i denna teknik insatte inser att ett än bättre ljusutbyte kan erbjudas om spegelytan 3a ha en något elliptisk form med sina två fokuseringspunkter belägna i ljussändaren 4 och i ljusmottagaren 5.

Ljusintensiteten skulle kunna ökas i den ljusmottagande kretsen 5 i det fall spegelytan 3a väljes större i y-riktningen än kretsens 5 ingångsfönster och att låta spegelytan 3a få vara något konkav även i x-y-planet.

Ljusstrålens konvikel "a" skall normalt vara större än 20' och vanligtvis mindre än 60°, såsom mellan 30 och 50°, vanligtvis ca 40°.

I figur 2 illustreras att en stråle "A" mycket väl kan riktas mot en spegel eller ett spegelparti 6 med en gitteryta 6a och därigenom erhållers en gitterspektrometer, i det att de reflek- terade strålarna A' och A" från en inkommande stråle A har olika våglängder. 51f0 54,9. _ 15 _ Med hänvisning till figurerna 3-5 visas där i planvy olika for- mer för en gascell eller gassensor, som uppvisar de med före- liggande uppfinning förknippade egenheterna.

Genom den här valda projektionen behandlas endast direkt re- flekterade ljusstrâlar och ljusknippen och för samtliga ut- föringsformer gäller en begränsad tjocklek i y-riktningen.

Utföringsformen enligt figur 3 visas på en gassensor 10 med en gascell i form av en kavitet 2 med en avgränsad höjddimension (y-riktning) och med en stor utbredning i x-z-planet.

En spegelyta l3a och en spegelyta l4a är vinkelrelaterade.

Spegeln 13 har sin spegelyta l3a cirkelbâgformad med en radie från punkten l3C.

Spegeln 14 har sin spegelyta l4a cirkelbågformad med en ej visad radiepunkt, dock vald med en storlek som något överstiger radien för spegelytan l3a.

När ett divergerande ljusknippe riktas in i kaviteten 2 genom en inloppsöppning 15, genom en i öppningen 15 införd ljuskälla (ej visad) med divergerande ljusknippe, belyses hela spegelytan l3a och ljusstrålarna reflekteras och kollimeras mot en gitter- yta l6a och därefter difrakteras mot en fokuserande yta l4a, som reflekterar fokuserade vàglängdsavsnitt genom var sin öppning 20a, 20b ... 20f, anpassad för var sitt våglängds- omràde, absorberat eller ej men dock utvalt.

Figur 4 avser att illustrera en alternativ utföringsform där en ljussändare 4 riktar ett divergerande ljusknippe mot en spegel 25 med spegelytan 25a, krökt till en cirkellinje uppvisande en centrumpunkt 25C.

De reflekterade ljusstrålarna träffar en plan spegelyta 26a och reflekteras över till en plan spegelyta 27a, som i sin tur 510 549 _ 15 _ reflekterar ljusstrålarna mot spegelytan 25a, som konvergerar ljusstrålarna mot ljusmottagaren 5.

Det är uppenbart att de olika utföringsformerna i figurerna 1, 3 och 4 ger olika långa direkta och även indirekta mätsträckor för ljuset inom kaviteten 2.

Tillförseln av den gas som skall värderas skall ske utanför om- rådet för de aktuella ljusflödena. Var dessa skall placeras blir en fråga som kan besvaras från fall till fall. I de angiv- na utföringsformerna har urtagningarna eller hålen angivits med hänvisningsbeteckningarna 30 och 31.

Med hänvisning till figur 5 visas där en utföringsform som utnyttjar principen för "White"-speglar.

Gassensorn l är här anpassad för att möjliggöra en mätning av ett i en kavitet 2 inneslutet gasprov.

Gassensorn l har formen av ett block 50, med kavitetens 2 samt- liga väggar eller väggpartier uppvisande för ljusstrålar hög- reflektiva egenskaper.

Nämnda kavitet 2 uppvisar en öppning 51 för ett inkommande divergerande ljus och en öpppning 52 för ett utgående konver- gerande ljus.

Väsentligt för föreliggande uppfinning är att nämnda kavitet 2 i blocket 50 skall uppvisa motställda spegelrelaterade ytpar- tier, såsom ytpartierna 55a, 56a och 57a, där ytpartierna är så anpassade och samordnade att ett inkommande ljusknippe 60 skall vara anordnat att i x-z-planet utan indirekt reflektion passera och i x-y-planet med indirekt reflektion passera tvärs nämnda kavitet 2 ett på förhand bestämt antal gånger i x-z-planet för att därigenom erbjuda, trots miniatyriseringen, en på förhand bestämd lång mätsträcka, innan det reflekterade konvergerande ljuset 61 blir riktat att passera nämnda öppning 52 för 530 549xrf utgående ljus.

Av betydelse för föreliggande uppfinning är vidare att kavi- teten 2 är formad med två plana och parallella, nära varandra placerade, mot varandra riktade, parallellt med x-z-planet orienterade ljusreflekterande ytor, där den ena av dessa i blocket 50 är betecknad 2a och den andra 2b formad till en ej visad skiva.

Nämna ytor 2a, 2b är placerade mycket nära varandra och av- ståndet kan vara anpassat till storleken för den termiska ljusarean för ljussändaren 4. Avståndet bör praktiskt sett vara lika med ljuskällans yta, som skall vara lika med eller större än detektorytan.

Uppfinningen anvisar vidare att i utföringsformen enligt figur 5 nämnda motställda ytpartier 55a, 56a resp. 57a skall vara tilldelade en något krökt cirkelform.

Vidare anvisas att i vart fall en del av eller hela ett ytparti 57a är behandlat för att uppvisa en gitterform och därigenom skapa en, internt inom blocket 50 belägen, gitterspektrometer.

Intet hindrar emellertid att låta mottagaren 5 få utgöra eller innefatta en sådan gitterspektrometer.

Uppfinningen anvisar även att det inkommande ljusknippet 60 är alstrat av ett sändande organ 4, som har formen av en lampa med smalt frekvensområde.

Det utgående ljusknippet 61 är mottaget av en ljusdetektor 5 med en krets 10 för utvärdering av absorptionsspektrat, som behandlas i en enhet ll och som presenteras på känt sätt på en display via en ledning 12.

Speciellt föreslår föreliggande uppfinning att blocket 50 är format enligt principerna för framställning av CD-skivor, med 510 549 _ 13 _ en tjocklek av storleksordningen 0,3 mm.

I utföringsformen enligt figur 5 visas att nämnda motställda ytpartier 55a, 56a resp. 57a är orienterade enligt principen för en "White"-spegel.

Figur 5 illustrerar vidare att de motställda ytpartierna 55a, 56a resp. 57a och en plan yta 2a är formade i en blockdel 50 medan den motställda plana ytan 2b är formad till en skiva.

Nämnda motställda ytpartier och nämnda två plana ytor är belag- da med guld och det inkommande ljusknippet 60 är valt med ett frekvensomràde inom det infraröda området.

Via hål 30 och 31 skall nämnda gasprov tillföras kaviteten 2 och tillförsel utav gasprovet kan ske via en ej visad pump eller via diffusion in i kaviteten.

Utföringsformen enligt figur 5 visar vidare att spegelytan 55a i spegeln 55 har sitt cirkelcentra 55C i spegelytan 56a för spegeln 56 och det divergerande ljusknippet 60 direktreflekte- ras konvergerande från spegelytan 55a och uppträder som en punkt 60' på spegelytan 56a.

Denna punkt 60' projiceras nu divergerande mot spegelytan 57a för spegeln 57 och direktreflekteras konvergerande tillbaka till spegelytan 56a som en punkt 61, belägen pà samma avstånd från fokuseringspunkten 57C som punkten 60' men på andra sidan fokuseringspunkten 57C.

Denna punkt 61 direktreflekteras nu divergerande mot spegelytan 55a och återreflekteras konvergerande som en punkt 62 på spe- gelytan 56a.

Därefter direktreflekteras punkten 62 divergerande i spegelytan 57a som konvergerande direktreflekteras som konvergerande utgå- ende strålar 561 in i ljusdetektorn 5. 51Û 'S49 _ 19 _ Härav framgår att spegelytan 56a mycket väl skulle kunna vara uppbruten och uppvisa endast punktformiga (60',6l,62) ljusref- lekterande egenskaper, medan mellanliggande områden skulle kunna tjäna som gasinsläpp och gasutsläpp (30,3l).

Figur 6 visar på den kända absorptionsbenägenheten vid olika våglängder för olika gaser och från vilken framgår vissa gasers absorptionsbenägenhet vid skilda våglängdsområden.

Inom uppfinningens ram faller den möjligheten att framställa en gascell på ett prisbilligt sätt och gärna från ett plastmate- rial med urtagningar formade för att kunna innesluta ljussän- darna och ljusmottagaren.

Vid framställningen av gascellen från ett keramiskt material blir det möjligt att i detta material bilda erforderliga elektroniska kretsen för gassensorn.

Speciellt bör beaktas att enär ljusmottgaren 5 kommer att kunna emottaga ljusstrålar med olika mätsträckor, en centralt belägen ljusbild 560' från direkt reflekterade ljusstrálarna och intillvarande ljusbilder 561, 561' samt 562, 562' o.s.v. med ökande mätsträcka svarande mot avståndet från den centralt belägna ljusbilden 560' blir det möjligt att för en och samma konstruktion för kaviteten 2 välja en önskad mätsträcka.

Mätsträckan ökas även av en ökande divergeringsvinkel för det inkommande ljuset såsom 45' - 60°.

Vid utvärdering av det emottagna ljusspektrat för flera gaser är det betydelsefullt att, som referens, även utvärdera ljus- intensiteten för våglängder utan absorption, vilket erbjuder en kompensation för ändringar i utnyttjad lampa.

Den utvärderade ljusintensiteten kan skrivas enligt följande formel 1:10 _ e-s.c.l 510 549 _20.. där Io = Intensiteten före reflektion s = absorptionstvärsnittet c = koncentrat l = optiska mätsträckans längd.

Genom de föreslagna utföringsformerna, speciellt den enligt figur 5, blir det möjligt att utvärdera ljusintensiteten för en vald våglängd vid en första på förhand bestämd optisk längd, såsom i punkten 560', och i en andra på förhand bestämd optisk längd, såsom i punkten 562, och vid en beräkning kan värdet "c" fastställas utan hänsyn till värdet på Io.

Här kan således samma våglängd användas för olika mätsträckor och därvid bilda en referens, under utnyttjande av samma optiska filter med samma optiska egenskaper.

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 (16)

516 549 _21.. EBIEHIKBA!l

1. Gassensor, anpassad för att möjliggöra en mätning av ett i en kavitet (2) inneslutet gasprov, i form av ett block med kavitetens vägg eller väggpartier uppvisande för ljusstrålar högreflektiva egenskaper, varvid nämnda kavitet uppvisar en öppning för ett inkommande ljusknippe och en öppning (51) för ett utgående ljusknippe (60), där nämnda ljusknippe är anordnat att reflekterat passera tvärs nämnda kavitet (2) för att därav bilda en optisk mätsträcka innan sålunda reflekterade ljusstrå- lar blir riktade att passera en öppning (52) för ett utgående ljusknippe, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda kavitet (2) uppvisar motställda ytpartier (2a,2b), så tätt anpassade och samordnade att ett inkommande ljusknippe (60) är anordnat att utan eller i vart fall väsentligen utan reflektioner inom ett plan passera tvärs nämnda kavitet (2) mot en vinkelrätt till planet orienterad konkavt krökt spegelyta (55a,56a och 57a) och att reflekterade ljusstrålar är konvergerande vid nämnda öppning (52) för utgående ljusknippe.

2. Gassensor enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att kaviteten (2) är formad med två plana och parallella, nära varandra placerade, mot varandra riktade, ljusreflekterande ytor (2a,2b).

3. Gassensor enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k- n a d därav, att nämnda motställda ytpartier (2a,2b) är tilldelade en något krökt form.

4. Gassensor enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att i vart fall en del av ett ytparti är behandlat för att uppvisa en gitterform.

5. Gassensor enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att det inkommande ljusknippet (60) är alstrat av en lampa med smalt frekvensområde. 510 549 _22-

6. Gassensor enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a d därav, att det utgående ljusknippet är mottaget av en ljus- detektor med en krets för utvärdering av aktuellt absorptions- spektra.

7. Gassensor enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att blocket är format enligt principerna för framställ- ning av CD-skivor.

8. Gassensor enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda motställda ytpartier (55,56 och 57) är orienterade enligt principen för en "White"-spegel.

9. Gassensor enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att motställda ytpartier och en plan yta (2a) är formade i en blockdel medan den motställda plana ytan (Zb) är formad till en skiva.

10. Gassensor enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda motställda ytpartier och nämnda två plana ytor är belagda med guld och att det inkommande ljuset (60) är valt med ett frekvensområde inom det infraröda området.

11. ll. Gassensor enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda gasprov är anordnat att av en pump pumpas genom kaviteten (2).

12. Gassensor enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda gasprov är anordnat att diffundera in i kaviteten (2).

13. Gassensor enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a d därav, att det inom kaviteten (2) reflekterade ljusknippet är konvergerande och divergerande.

14. Gassensor enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a d därav, att kaviteten är bildad i en plast- eller kiselskiva. 510 549 _23..

15. Gassensor enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att en ljusmottagare (5) är anpassad att mottaga ljus- stràlar med en bestämd våglängd med en vald mätsträcka bland ett flertal tillgängliga mätsträckor.

16. Gassensor enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att en och samma våglängd är utvärderbar för olika mät sträckor och därav bildas en referens.