WO2006029929A1 - Spectroscopic gas sensor - Google Patents

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WO2006029929A1
WO2006029929A1 PCT/EP2005/053522 EP2005053522W WO2006029929A1 WO 2006029929 A1 WO2006029929 A1 WO 2006029929A1 EP 2005053522 W EP2005053522 W EP 2005053522W WO 2006029929 A1 WO2006029929 A1 WO 2006029929A1
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radiation detector
detector
gas concentration
bandpassfϊlter
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PCT/EP2005/053522
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Inventor
Michael Arndt
Gerd Lorenz
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
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    • G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
    • G01N21/3518—Devices using gas filter correlation techniques; Devices using gas pressure modulation techniques
    • G01N2021/3522—Devices using gas filter correlation techniques; Devices using gas pressure modulation techniques balancing by two filters on two detectors

Definitions

  • the invention relates to a device for determining a gas concentration.
  • optical infrared sensors are mainly used in domestic or industrial applications. In the future, such sensors will also be used in the motor vehicle to monitor gas concentrations (such as carbon dioxide) in the vehicle interior.
  • gas concentrations such as carbon dioxide
  • These sensors consist of an infrared source remotely located from one or more infrared (IR) detectors.
  • IR infrared
  • the concentration of the gas or of a gas component is determined by measuring the absorption of the IR radiation by the gas at gas-specific wavelengths.
  • the detectors are used, with which the intensity of the incident radiation is determined.
  • filters are attached, which define the Wellen ⁇ length, at which the measurement is carried out.
  • thermoelectric detectors based on the thermoelectric or pyroelectric effect are used for both wavelengths. Due to the technical complexity, however, such detectors are relatively expensive.
  • a device for detecting radiation signals and a device for detecting the concentration of a substance are known, wherein a first detector and a second detector are provided on a first chip and wo ⁇ in a first filter and a second filter are provided on a second chip, wherein the first chip and the second chip are hermetically sealed together.
  • the invention relates to a device for determining a gas concentration, comprising an infrared radiation source, a first radiation detector, a second radiation detector, wherein both radiation detectors are emitted by the infrared radiation source
  • Gas ⁇ concentration is determined.
  • the essence of the invention is characterized in that the first and second radiation detectors are based on different physical principles of action.
  • thermoelectric detector is characterized in that the first radiation detector is a thermoelectric detector and that the second radiation detector is a photoelectic detector.
  • the photoelectric detector is characterized in particular by cost-effectiveness.
  • An advantageous embodiment of the invention is characterized in that the second radiation detector is a photodiode or a phototransistor based on silicon.
  • An advantageous embodiment of the invention is characterized in that the second radiation detector (11) is a photodiode or a phototransistor based on III / V semiconductors.
  • silicon-based devices are already being used in large numbers.
  • thermopile or a pyroelectric element for converting a temperature difference originating from the infrared radiation into an electrical voltage.
  • An advantageous embodiment of the invention is characterized in that the first and second radiation detectors are respectively preceded by band-pass filters which have a transmission range for the infrared radiation which differs from one another. This results in a splitting into a measuring channel (in the transmission range of the filter is an absorption line of the gas to be measured) and a reference channel (in the transmission range of the filter is no absorption line of the Ga ⁇ ses to be measured) accomplished.
  • An advantageous embodiment of the invention is therefore characterized in that a carbon dioxide concentration is determined as the gas concentration and that the first radiation detector is preceded by a bandpass filter whose transmission interval is in the wavelength range of 4.3 .mu.m. - A -
  • Transmission interval in the wavelength range of 4.6 ⁇ m is.
  • the width of the transmission filter is about 200 nm.
  • the gas concentration of natural gas can be determined.
  • the transmission interval of the bandpass filter used for this purpose is 3 ⁇ m.
  • An advantageous embodiment of the invention is characterized in that the second radiation detector is preceded by a bandpass filter in which the transmission region is centered either by a value between 0.5 ⁇ m to 0.8 ⁇ m or by a value between 1.O ⁇ m to 1.2 ⁇ m.
  • An advantageous embodiment of the invention is characterized in that the second radiation detector is preceded by a bandpass filter, in which the transmissi- ons Suite either by a value between 1.6 .mu.m to 1.9 .mu.m or by a value between 2.1 .mu.m to 2.6 .mu.m is centered.
  • the width of the transmission filter is about 300 nm.
  • FIG. 1 shows the principle of a gas sensor known from the prior art.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the gas sensor according to the invention.
  • FIG. 3 shows an SMD photodiode with a glued-on filter.
  • Fig. 1 shows a known from the prior art sensor concept. This characterize NEN
  • the invention is intended to provide a cost-effective two-channel sensor concept. This is possible because for one of the detectors, in particular for the reference measurement, an infrared detector is used, which is based on the photoelectric principle. This can e.g. Be photodiodes or phototransistors. In particular, photodiodes based on silicon or based on III / V semiconductors are suitable for this purpose. However, these detectors work only up to wavelengths of about 1.1 ⁇ m (silicon base) or 3.3 ⁇ m (III / V semiconductors).
  • An Si-based detector is inherently suitable only for measurements at Wellen ⁇ lengths ⁇ ⁇ 1.1 microns.
  • Wavelength ranges suitable for a reference measurement in a carbon dioxide sensor are, for example, 0.5 ⁇ m to 0.8 ⁇ m and 1 ⁇ m to 1.2 ⁇ m. These can be specified by appropriate bandpass filters.
  • a detector based on III / V semiconductors is, in principle, only suitable for measurements at wavelengths ⁇ ⁇ 3.3 ⁇ m.
  • Wavelength ranges suitable for a reference measurement in a carbon dioxide sensor are, for example, 1.5 ⁇ m to 1.8 ⁇ m and 2.0 ⁇ m to 2.4 ⁇ m. These can be given by appropriate bandpass filters. As a result, a different wavelength must be selected for the reference measurement.
  • the wavelength is defined by either the characteristic of the photoelectric detector or, as in other detectors, by a filter.
  • FIG. 10 photoelectric detector for the reference wavelength
  • 10a filter in reference channel
  • 11 thermal detector for the gas wavelength
  • Ha filter in measuring channel
  • 12 infrared source.
  • the following detectors and wavelengths can be used for the reference channel in a carbon dioxide measurement: 1. Si photodiodes and Si phototransistors (transmission wavelengths of the bandpass filter
  • Photodiodes and Phototransistors Based on III / V Compound Semiconductors (Durch ⁇ lasswellenin the bandpass filter 1.6 ⁇ m to 1.9 ⁇ m and 2.1 ⁇ m to 2.6 ⁇ m)
  • the reference detector is combined with a bandpass filter. This can be, for example, a thin-film interference filter, which is glued onto the detector.
  • SMD surface mounted device

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Abstract

The invention relates to a device for determining a gas concentration, which contains an infrared radiation source, a first radiation detector and a second radiation detector. Both of the radiation detectors capture infrared radiation emitted by the infrared radiation source, and the gas concentration is determined with the aid of the electric output signals of both of the radiation detectors. According to the invention, the first and the second radiation detectors are based on different physical active principles.

Description

Spektroskopischer GassensorSpectroscopic gas sensor
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Gaskonzentration.The invention relates to a device for determining a gas concentration.
Heute werden optische Infrarotsensoren vorwiegend im Haus- oder Industriebereich ein¬ gesetzt. Künftig werden solche Sensoren auch im Kraftfahrzeug eingesetzt werden, um Gaskonzentrationen (wie z.B. Kohlendioxid) im Fahrzeuginnenraum zu überwachen.Today, optical infrared sensors are mainly used in domestic or industrial applications. In the future, such sensors will also be used in the motor vehicle to monitor gas concentrations (such as carbon dioxide) in the vehicle interior.
Diese Sensoren bestehen aus einer Infrarotquelle, welche in einigem Abstand von einem oder mehreren IR-Detektoren (IR = Infrarot) entfernt angebracht ist. Das zu untersuchen¬ de Gas kann zwischen die IR-Quelle und die Detektoren eindringen.These sensors consist of an infrared source remotely located from one or more infrared (IR) detectors. The gas to be examined can penetrate between the IR source and the detectors.
Die Konzentration des Gases oder eines Gasbestandteils wird bestimmt, indem bei gas¬ spezifischen Wellenlängen die Absorption der IR-Strahlung durch das Gas gemessen wird. Hierfür werden die Detektoren verwendet, mit denen die Intensität der einfallenden Strahlung bestimmt wird. Vor den Detektoren sind Filter angebracht, welche die Wellen¬ länge definieren, bei der die Messung ausgeführt wird.The concentration of the gas or of a gas component is determined by measuring the absorption of the IR radiation by the gas at gas-specific wavelengths. For this purpose, the detectors are used, with which the intensity of the incident radiation is determined. In front of the detectors filters are attached, which define the Wellen¬ length, at which the measurement is carried out.
Diese Wellenlängen korrelieren mit den Wellenlängen, bei denen die zu messenden Gas¬ moleküle eine starke Absorption der Strahlung zeigen (z.B. 4.3 μm für CO2, 4.6 μm für CO,...). Es existieren Sensorkonzepte, welche nur bei der gasspezifischen Absorptions- wellenlänge messen (einkanaliger Sensor) und Konzepte, welche zusätzlich bei einer Re¬ ferenzwellenlänge (z.B. 3.9 μm) messen (zweikanaliger Sensor).These wavelengths correlate with the wavelengths at which the gas molecules to be measured show a strong absorption of the radiation (eg 4.3 μm for CO2, 4.6 μm for CO,...). There are sensor concepts which are only valid for the gas-specific absorption Measure wavelength (single-channel sensor) and concepts, which in addition at a Re¬ reference wavelength (eg 3.9 microns) measure (two-channel sensor).
Aufgrund der höheren Langzeitstabilität kommen für den Automobilbereich vor allem zweikanalige Konzepte in Frage. Heute werden für beide Wellenlängen IR-Detektoren auf Basis des thermoelektrischen oder des pyroelektrischen Effektes eingesetzt. Aufgrund der technischen Komplexität sind solche Detektoren aber relativ teuer.Due to the higher long-term stability, two-channel concepts are particularly suitable for the automotive sector. Today, IR detectors based on the thermoelectric or pyroelectric effect are used for both wavelengths. Due to the technical complexity, however, such detectors are relatively expensive.
Aus der DE 102 43 014 Al sind eine Vorrichtung zur Detektion von Strahlungssignalen und eine Vorrichtung zur Detektion der Konzentration eines Stoffes bekannt, wobei ein erster Detektor und ein zweiter Detektor auf einem ersten Chip vorgesehen sind und wo¬ bei ein erster Filter und ein zweiter Filter auf einem zweiten Chip vorgesehen sind, wobei der erste Chip und der zweite Chip hermetisch dicht miteinander verbunden sind.From DE 102 43 014 Al a device for detecting radiation signals and a device for detecting the concentration of a substance are known, wherein a first detector and a second detector are provided on a first chip and wo¬ in a first filter and a second filter are provided on a second chip, wherein the first chip and the second chip are hermetically sealed together.
Die Merkmale der Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche sind der DE 102 43 014 Al entnommen.The features of the preambles of the independent claims are taken from DE 102 43 014 Al.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Gaskonzentration, enthal¬ tend eine infrarote Strahlungsquelle, einen ersten Strahlungsdetektor, einen zweiten Strahlungsdetektor, - wobei beide Strahlungsdetektoren von der infraroten Strahlungsquelle ausgesandteThe invention relates to a device for determining a gas concentration, comprising an infrared radiation source, a first radiation detector, a second radiation detector, wherein both radiation detectors are emitted by the infrared radiation source
Infrarotstrahlung empfangen, und anhand der elektrischen Ausgangssignale der beiden Strahlungsdetektoren die Gas¬ konzentration ermittelt wird. Der Kern der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Strah- lungsdetektor auf unterschiedlichen physikalischen Wirkprinzipien beruhen.Receive infrared radiation, and based on the electrical output signals of the two radiation detectors Gas¬ concentration is determined. The essence of the invention is characterized in that the first and second radiation detectors are based on different physical principles of action.
Dadurch ist eine optimale Anpassung der Art des Strahlungsdetektors daran möglich, ob es sich um den Messkanal oder den Referenzkanal handelt.This makes it possible to optimally adapt the type of radiation detector to it, whether it is the measuring channel or the reference channel.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet dass es sich bei dem ersten Strahlungsdetektor um einen thermoelektrischen Detektor und dass es sich bei dem zweiten Strahlungsdetektor um einen photoelektischen Detektor handelt. Der photoelektrische Detektor zeichnet sich insbesondere durch Kostengünstigkeit aus.An advantageous embodiment of the invention is characterized in that the first radiation detector is a thermoelectric detector and that the second radiation detector is a photoelectic detector. The photoelectric detector is characterized in particular by cost-effectiveness.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem zweiten Strahlungsdetektor um eine Fotodiode oder einen Fototransistor auf Sili¬ ziumbasis handelt.An advantageous embodiment of the invention is characterized in that the second radiation detector is a photodiode or a phototransistor based on silicon.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem zweiten Strahlungsdetektor (11) um eine Fotodiode oder einen Fototransistor auf der Basis von III/V-Halbleitern handelt.An advantageous embodiment of the invention is characterized in that the second radiation detector (11) is a photodiode or a phototransistor based on III / V semiconductors.
Insbesondere Bauelemente auf Siliziumbasis werden bereits in großen Stückzahlen einge¬ setzt.In particular, silicon-based devices are already being used in large numbers.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strahlungsdetektor wenigstens einen Thermopile oder ein pyroelektrisches Element zur Umwandlung einer von der Infrarotstrahlung herrührenden Temperaturdifferenz in eine elektrische Spannung enthält.An advantageous embodiment of the invention is characterized in that the first radiation detector contains at least one thermopile or a pyroelectric element for converting a temperature difference originating from the infrared radiation into an electrical voltage.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass dem ers¬ ten und zweiten Strahlungsdetektor jeweils Bandpassfilter vorgeschaltet sind, welche ei- nen voneinander unterschiedlichen Transmissionsbereich für die infrarote Strahlung auf¬ weisen. Dadurch wird eine Aufspaltung in einen Messkanal (im Transmissionsbereich des Filters liegt eine Absorptionslinie des zu messenden Gases) und einen Referenzkanal (im Transmissionsbereich des Filters liegt keine Absorptionslinie des zu messenden Ga¬ ses) bewerkstelligt.An advantageous embodiment of the invention is characterized in that the first and second radiation detectors are respectively preceded by band-pass filters which have a transmission range for the infrared radiation which differs from one another. This results in a splitting into a measuring channel (in the transmission range of the filter is an absorption line of the gas to be measured) and a reference channel (in the transmission range of the filter is no absorption line of the Ga¬ ses to be measured) accomplished.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist deshalb dadurch gekennzeichnet, dass als Gaskonzentration eine Kohlendioxidkonzentration ermittelt wird und dass dem ersten Strahlungsdetektor ein Bandpassfilter vorgeschaltet ist, dessen Transmissionsintervall im Wellenlängenbereich von 4.3μm liegt. - A -An advantageous embodiment of the invention is therefore characterized in that a carbon dioxide concentration is determined as the gas concentration and that the first radiation detector is preceded by a bandpass filter whose transmission interval is in the wavelength range of 4.3 .mu.m. - A -
Bei einer Wellenlänge von 4.3μm befindet sich eine Absorptionslinie von Kohlendioxid.At a wavelength of 4.3μm there is an absorption line of carbon dioxide.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist deshalb dadurch gekennzeichnet, dass als Gaskonzentration eine Kohlenmonoxidkonzentration ermittelt wird und - dass dem ersten Strahlungsdetektor ein Bandpassfilter vorgeschaltet ist, dessenAn advantageous embodiment of the invention is therefore characterized in that a carbon monoxide concentration is determined as the gas concentration and that the first radiation detector is preceded by a bandpass filter whose
Transmissionsintervall im Wellenlängenbereich von 4.6μm liegt.Transmission interval in the wavelength range of 4.6μm is.
Bei einer Wellenlänge von 4.6μm befindet sich eine Absorptionslinie von Kohlenmono- xid. Die Breite des Transmissionsfilters beträgt ca. 200 nm.At a wavelength of 4.6μm there is an absorption line of carbon monoxide. The width of the transmission filter is about 200 nm.
In einer weiteren Ausgestaltung kann auch die Gaskonzentration von Erdgas ermittelt werden. Das Transmissionsintervall des dazu verwendeten Bandpassfilters liegt bei 3 μm.In a further embodiment, the gas concentration of natural gas can be determined. The transmission interval of the bandpass filter used for this purpose is 3 μm.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Strahlungsdetektor ein Bandpassfilter vorgeschaltet ist, bei dem der Transmissi- onsbereich entweder um einen Wert zwischen 0.5μm bis 0.8μm oder um einen Wert zwi¬ schen 1.Oμm bis 1.2μm zentriert ist.An advantageous embodiment of the invention is characterized in that the second radiation detector is preceded by a bandpass filter in which the transmission region is centered either by a value between 0.5 μm to 0.8 μm or by a value between 1.Oμm to 1.2 μm.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Strahlungsdetektor ein Bandpassfilter vorgeschaltet ist, bei dem der Transmissi- onsbereich entweder um einen Wert zwischen 1.6 μm bis 1.9 μm oder um einen Wert zwischen 2.1 μm bis 2.6 μm zentriert ist. Die Breite des Transmissionsfilters beträgt ca. 300 nm.An advantageous embodiment of the invention is characterized in that the second radiation detector is preceded by a bandpass filter, in which the transmissi- onsbereich either by a value between 1.6 .mu.m to 1.9 .mu.m or by a value between 2.1 .mu.m to 2.6 .mu.m is centered. The width of the transmission filter is about 300 nm.
Zeichnungdrawing
Die Zeichnung besteht aus den Figuren 1 bis 3.The drawing consists of Figures 1 to 3.
Figur 1 zeigt das Prinzip eines aus dem Stand der Technik bekannten Gassensors.FIG. 1 shows the principle of a gas sensor known from the prior art.
Figur 2 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gassensors. Figur 3 zeigt eine SMD-Fotodiode mit aufgeklebtem Filter.FIG. 2 shows an embodiment of the gas sensor according to the invention. FIG. 3 shows an SMD photodiode with a glued-on filter.
Ausführungsbeispieleembodiments
Fig. 1 zeigt ein aus dem Stand der Technik bekanntes Sensorkonzept. Dabei kennzeich¬ nenFig. 1 shows a known from the prior art sensor concept. This characterize NEN
1 = Infrarotquelle,1 = infrared source,
2 = gasdurchlässige Küvette,2 = gas-permeable cuvette,
3 = für die Referenzwellenlänge durchlässiges Filter, 4 = für eine gasspezifϊsche Absorptionswellenlänge durchlässiges Filter,3 = for the reference wavelength permeable filter, 4 = for a gas-specific absorption wavelength permeable filter,
5 = mikrostrukturiertes Detektorelement,5 = microstructured detector element,
6 = IR-Detektoren.6 = IR detectors.
Durch die Erfindung soll ein kostengünstiges zweikanaliges Sensorkonzept bereitgestellt werden. Dies ist dadurch möglich, dass für einen der Detektoren, insbesondere für die Re¬ ferenzmessung, ein Infrarotdetektor verwendet wird, welcher auf dem photoelektrischen Prinzip beruht. Dies können z.B. Fotodioden oder Fototransistoren sein. Insbesondere Fo¬ todioden auf Siliziumbasis oder auf der Basis von III/V-Halbleitern sind hierfür geeignet. Allerdings arbeiten diese Detektoren nur bis zu Wellenlängen von ca. 1.1 μm (Silizium- basis) oder 3.3 μm (III/V-Halbleitern).The invention is intended to provide a cost-effective two-channel sensor concept. This is possible because for one of the detectors, in particular for the reference measurement, an infrared detector is used, which is based on the photoelectric principle. This can e.g. Be photodiodes or phototransistors. In particular, photodiodes based on silicon or based on III / V semiconductors are suitable for this purpose. However, these detectors work only up to wavelengths of about 1.1 μm (silicon base) or 3.3 μm (III / V semiconductors).
Ein auf Si-Basis beruhender Detektor ist prinzipbedingt nur für Messungen bei Wellen¬ längen λ < 1.1 μm geeignet. Für eine Referenzmessung bei einem Kohlendioxidsensor geeignete Wellenlängenbereiche sind beispielsweise 0.5μm bis 0.8μm und l.Oμm bis 1.2μm. Diese können durch entsprechende Bandpassfilter vorgegeben werden.An Si-based detector is inherently suitable only for measurements at Wellen¬ lengths λ <1.1 microns. Wavelength ranges suitable for a reference measurement in a carbon dioxide sensor are, for example, 0.5 μm to 0.8 μm and 1 μm to 1.2 μm. These can be specified by appropriate bandpass filters.
Ein auf der Basis von III/V-Halbleitern beruhender Detektor ist prinzipbedingt nur für Messungen bei Wellenlängen λ < 3.3 μm geeignet. Für eine Referenzmessung bei einem Kohlendioxidsensor geeignete Wellenlängenbereiche sind beispielsweise 1.5μm bis 1.8μm und 2.0μm bis 2.4μm. Diese können durch entsprechende Bandpassfilter vorgege¬ ben werden. Dadurch muss für die Referenzmessung eine andere Wellenlänge gewählt werden. Die Wellenlänge wird entweder durch die Charakteristik des fotoelektrischen Detektors oder wie bei anderen Detektoren durch ein Filter definiert. Das Prinzip eines erfindungsgemä¬ ßen zweikanaligen Sensors ist in Fig. 2 dargestellt. Dabei kennzeichnen 10 = fotoelektrischer Detektor für die Referenzwellenlänge,A detector based on III / V semiconductors is, in principle, only suitable for measurements at wavelengths λ <3.3 μm. Wavelength ranges suitable for a reference measurement in a carbon dioxide sensor are, for example, 1.5 μm to 1.8 μm and 2.0 μm to 2.4 μm. These can be given by appropriate bandpass filters. As a result, a different wavelength must be selected for the reference measurement. The wavelength is defined by either the characteristic of the photoelectric detector or, as in other detectors, by a filter. The principle of a two-channel sensor according to the invention is shown in FIG. 10 = photoelectric detector for the reference wavelength,
10a = Filter in Referenzkanal, 11 = thermischer Detektor für die Gaswellenlänge, Ha = Filter in Messkanal, 12 = Infrarotquelle.10a = filter in reference channel, 11 = thermal detector for the gas wavelength, Ha = filter in measuring channel, 12 = infrared source.
Da photoelektrische Detektoren aufgrund ihrer hohen Verbreitung im Haushalts- und Te¬ lekommunikationsbereich erheblich kostengünstiger sind, kann durch dieses Konzept ei¬ ne Kostenersparnis realisiert werden. Weiterhin sind die von einem photoelektrischen De¬ tektor gelieferten Signalpegel erheblich höher als die von einem thermoelektrischen De- tektor gelieferten Signalpegel und lassen sich daher leichter weiterverarbeiten. Dies führt wiederum zu Kosteneinsparungen im Bereich der Auswerteelektronik.Since photoelectric detectors are considerably more cost-effective due to their high prevalence in the household and telecommunication sector, cost savings can be realized by this concept. Furthermore, the signal levels supplied by a photoelectric detector are considerably higher than the signal levels supplied by a thermoelectric detector and can therefore be processed more easily. This in turn leads to cost savings in the field of evaluation.
Für den Referenzkanal bei einer Kohlendioxidmessung können beispielsweise folgende Detektoren und Wellenlängen zum Einsatz kommen: 1. Si-Fotodioden und Si-Fototransistoren (Durchlasswellenlängen des BandpassfiltersFor example, the following detectors and wavelengths can be used for the reference channel in a carbon dioxide measurement: 1. Si photodiodes and Si phototransistors (transmission wavelengths of the bandpass filter
0.5μm bis 0.8μm und 1.Oμm bis 1.2μm)0.5μm to 0.8μm and 1.Oμm to 1.2μm)
2. Fotodioden und Fototransistoren auf Basis von III/V- Verbindungshalbleitern (Durch¬ lasswellenlängen des Bandpassfilters 1.6μm bis 1.9μm und 2.1μm bis 2.6μm) Der Referenzdetektor wird mit einem Bandpassfilter kombiniert. Dieses kann beispiels- weise ein Dünnschicht-Interferenzfilter sein, welches auf den Detektor aufgeklebt wird.2. Photodiodes and Phototransistors Based on III / V Compound Semiconductors (Durch¬ lasswellenlängen the bandpass filter 1.6μm to 1.9μm and 2.1μm to 2.6μm) The reference detector is combined with a bandpass filter. This can be, for example, a thin-film interference filter, which is glued onto the detector.
Als Beispiel für einen Referenzdetektor ist in Fig. 3 eine SMD-Fotodiode dargestellt (SMD = „surface mounted device"). Dabei kennzeichnen 21 = Filter, 22 = Kleber,As an example of a reference detector, an SMD photodiode is shown in FIG. 3 (SMD = "surface mounted device"), where 21 = filter, 22 = adhesive,
23 = Fotodiode. 23 = photodiode.

Claims

Ansprüche claims
1. Vorrichtung zur Ermittlung einer Gaskonzentration, enthaltend eine infrarote Strahlungsquelle (12), - einen ersten Strahlungsdetektor (10), einen zweiten Strahlungsdetektor (11), wobei beide Strahlungsdetektoren (10, 11) von der infraroten Strahlungsquelle (12) ausgesandte Infrarotstrahlung empfangen, und anhand der elektrischen Ausgangssignale der beiden Strahlungsdetektoren (10, 11) die Gaskonzentration ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (10) und zweite (11) Strahlungsdetektor auf unterschiedlichen physikalischen Wirkprinzipien beruhen.1. A device for determining a gas concentration, comprising an infrared radiation source (12), - a first radiation detector (10), a second radiation detector (11), wherein both radiation detectors (10, 11) receive infrared radiation emitted by the infrared radiation source (12), and based on the electrical output signals of the two radiation detectors (10, 11), the gas concentration is determined, characterized in that the first (10) and second (11) radiation detector based on different physical principles of action.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass es sich bei dem ersten Strahlungsdetektor (10) um einen thermoelektrischen De¬ tektor und dass es sich bei dem zweiten Strahlungsdetektor (11) um einen photoelektischen De¬ tektor handelt.2. Device according to claim 1, characterized in that the first radiation detector (10) is a thermoelectric detector and that the second radiation detector (11) is a photoelectrical detector.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem zweiten Strahlungsdetektor (11) um eine Fotodiode oder einen Fototransistor auf Siliziumbasis handelt.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that it is the second radiation detector (11) is a photodiode or a phototransistor based on silicon.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem zweiten Strahlungsdetektor (11) um eine Fotodiode oder einen Fototransistor auf der Basis von IIFV-Halbleitern handelt. 4. Apparatus according to claim 2, characterized in that it is the second radiation detector (11) is a photodiode or a phototransistor based on IIFV semiconductors.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strahlungsdetek¬ tor (10) wenigstens einen Thermopile oder ein pyroelektrisches Element zur Umwand- lung einer von der Infrarotstrahlung herrührenden Temperaturdifferenz in eine elektrische5. The device according to claim 2, characterized in that the first Strahlungsdetek¬ gate (10) at least one thermopile or a pyroelectric element for converting a resulting from the infrared radiation temperature difference into an electrical
Spannung enthält.Contains voltage.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten und zweiten Strahlungsdetektor (10,11) jeweils Bandpassfϊlter (10a, 1 Ia) vorgeschaltet sind, welche einen voneinander unterschiedlichen Transmissionsbereich für die infrarote Strahlung aufweisen.6. Apparatus according to claim 1, characterized in that the first and second radiation detector (10,11) each Bandpassfϊlter (10a, 1 Ia) are connected upstream, which have a mutually different transmission range for the infrared radiation.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Gaskonzentration eine Kohlendioxidkonzentration ermittelt wird und - dass dem ersten Strahlungsdetektor (10) ein Bandpassfϊlter (10a) vorgeschaltet ist, dessen Transmissionsintervall im Wellenlängenbereich von 4.3μm liegt.7. The device according to claim 2, characterized in that a carbon dioxide concentration is determined as the gas concentration and - that the first radiation detector (10) a Bandpassfϊlter (10a) is connected upstream, the transmission interval is in the wavelength range of 4.3μm.
8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Gaskonzentration eine Kohlenmonoxidkonzentration ermittelt wird und - dass dem ersten Strahlungsdetektor (10) ein Bandpassfϊlter (10a) vorgeschaltet ist, dessen Transmissionsintervall im Wellenlängenbereich von 4.6μm liegt.8. The device according to claim 2, characterized in that a carbon monoxide concentration is determined as the gas concentration and - that the first radiation detector (10) a Bandpassfϊlter (10a) is connected upstream, the transmission interval is in the wavelength range of 4.6μm.
9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Gaskonzentration eine Erdgaskonzentration ermittelt wird und - dass dem ersten Strahlungsdetektor (10) ein Bandpassfϊlter (10a) vorgeschaltet ist, dessen Transmissionsintervall im Wellenlängenbereich von 3 μm liegt.9. The device according to claim 2, characterized in that a gas concentration is determined as the gas concentration and - that the first radiation detector (10) a Bandpassfϊlter (10a) is connected upstream, the transmission interval is in the wavelength range of 3 microns.
10. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Strah¬ lungsdetektor (11) ein Bandpassfϊlter (1 Ia) vorgeschaltet ist, bei dem der Transmissions- bereich entweder um einen Wert zwischen 0.5μm bis 0.8μm oder um einen Wert zwi¬ schen 1.Oμm bis 1.2μm zentriert ist.10. The device according to claim 3, characterized in that the second radiation detector (11) is preceded by a Bandpassfϊlter (1 Ia), wherein the transmission range either by a value between 0.5μm to 0.8μm or by a zwi¬ between is centered 1.Oμm to 1.2μm.
11. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Strah¬ lungsdetektor (11) ein Bandpassfϊlter (1 Ia) vorgeschaltet ist, bei dem der Transmissions- bereich entweder um einen Wert zwischen 1.5μm bis 1.8μm oder um einen Wert zwi¬ schen 2.0μm bis 2.4μm zentriert ist. 11. The device according to claim 4, characterized in that the second radiation detector (11) is preceded by a bandpass filter (11a), in which the transmission range is centered either by a value between 1.5μm to 1.8μm or by a value between 2.0μm to 2.4μm.
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