WO2010106064A1 - Nicht-lineare wellenlängenmodulation bei der laserspektroskopie - Google Patents

Nicht-lineare wellenlängenmodulation bei der laserspektroskopie Download PDF

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Andreas Hangauer
Rainer Strzoda
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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

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for laser spectroscopy with a tunable laser, in which or in which the wavelength of the laser is modulated.
  • TDLS tunable diode laser spectroscopy
  • the gas is irradiated with laser light of a tunable laser.
  • the wavelength of the laser light is modulated periodically.
  • the wavelength range resulting from the initial and final wavelength typically includes one or more absorption lines of the gas or one of the gases that are in the measurement environment.
  • the object underlying the invention is to provide a method and a device with which an improved measurement accuracy can be achieved.
  • a method of tunable laser spectroscopy is used.
  • light from the laser is passed through the gas or gas mixture and an absorption curve is determined over a wavelength range.
  • the wavelength of the laser is changed periodically.
  • the periodic change has a non-periodic linear shape.
  • the function of the wavelength as a function of time within a period is not a straight line but a non-linear function.
  • the non-linear function can follow an analytical function, for example an S-curve or a function that can not be represented analytically.
  • the non-linear function may include only a few discrete values in terms of a staircase function.
  • the non-linear profile comprises at least two different values of wavelengths within the period. For this it is sufficient in the minimum case that only a single measured value within a period is generated at a different wavelength than the rest of the measured values.
  • a non-linear shape by means of which the number of measuring points in the range of at least one maximum or minimum of the absorption curve is increased compared with the use of a linear shape.
  • the same number of measured values is generated in each range of the wavelength which is swept over within a period of time. It is advantageous, however, if more measured values are generated in the region of particularly interesting points of an absorption curve than in the case of a linear shape. In compensation, if the total number of measured values remains the same, a smaller number of measured values can be generated outside the areas of interest.
  • the regions of interest are, for example, extreme values of the absorption curve, an example of an extreme value being the maximum of the absorption, ie the wavelength of an absorption line of a gas.
  • Further examples in the case of wavelength modulation spectroscopy are the extreme positions which result from the formation of harmonic spectra.
  • the wavelength of the laser may be at least 5% of the period of the periodic change in the region of an extreme value of the absorption coefficient. remain on the curve.
  • the wavelength of the laser remains for at least 5% in an area around an extreme point in the absorption curve, this area comprising less than 5%, for example less than 2%, of the total change in wavelength within the period.
  • the wavelength of the laser remains at least 10% in an area around an extreme point in the absorption curve, with the wavelength within the range not more than 5%. Also a stay for 20% of the period or 50% is possible. As a result, the measured values are advantageously concentrated strongly on the extreme point, which increases the signal-to-noise ratio.
  • a staircase shape may be used for the periodic change in wavelength.
  • the wavelength remains at one, two or three different wavelengths for a total of at least 50% of the period, in particular at least 80% or 90% of the period or for the entire period.
  • the method can be used advantageously in a measuring system.
  • the measuring system for determining the temperature, pressure and / or concentration of a gas or gas mixture comprises a tunable laser for emitting laser light and a detector for receiving the laser light after passing through the gas.
  • a tunable laser spectroscopy is performed, in which light from the laser is passed through the gas or gas mixture and an absorption curve over a wavelength range is determined.
  • the measuring system comprises means for periodically changing the wavelength of the laser light. These are designed to use as periodic change a change with non-linear shape.
  • the method can be used in direct spectroscopy, ie when the absorption is considered as a function of the wavelength. An idealized absorption curve then has a maximum or the transmission has a minimum for absorption. onsline of the gas.
  • the method is also applicable to wavelength modulation spectrometry.
  • the wavelength of the laser light used is a small signal modulation impressed.
  • the wavelength of the laser light is varied sinusoidally with a frequency of, for example, 6 kHz and a modulation amplitude which is very small compared to the extent of the entire swept wavelength range.
  • the laser light which is detected after passing through the gas by means of a photodetector and thus the electrical signal of the detector now has at the modulation frequency and at their multiple frequency components. With a lock-in amplifier, it is now possible to filter out the multiples of the modulation frequency, for example the modulation frequency itself or twice the modulation frequency, in the electrical signal.
  • a calibration model is created before or during actual measurements. Properties of the laser and / or properties of the gas mixture to be measured flow into the calibration model. A characteristic of the gas mixture to be measured is, for example, whether background gases influence the measurement of a target gas and in which concentration range the background gases can be present.
  • a model spectrum is created before or during actual measurements. The model spectrum can be determined, for example, from the calibration model. The shape of the non-linear modulation is determined from the model spectrum.
  • more than 50% of the measurement points, in particular more than 90% of the measurement points, can be used to the maximum of the absorption line. If a disturbing background gas is to be expected, it is again advantageous to use in the range of 30-50% of the measuring points on the maximum of the absorption line, and the rest of the measuring points on the area around the maximum of the absorption line.
  • FIG. 1 shows a measuring system for laser spectroscopy
  • Figure 2 is a linear tuning according to the prior
  • Figure 3 is a non-linear tuning
  • Figure 4 and 5 further non-linear tuning.
  • An exemplary measuring system 4 is shown in FIG.
  • a tunable laser 5 irradiates a gas 8 to be measured with its laser light 9.
  • a correspondingly arranged detector 7 receives the laser light 9 after passing through the gas 8.
  • the gas 8 is enclosed in a gas container 6, but it is also possible to measure free gas.
  • the measuring system 4 also has other components, such as evaluation and control units, which are not shown in Fig. 1, but are required for the implementation of laser spectroscopy.
  • 2 shows in the upper section the modulation of the wavelength of the laser, as is done in the prior art.
  • the wavelength is linearly varied within a period 1.
  • the laser current is varied linearly.
  • FIG. 2 shows a signal amplitude in the sense of, for example, the absorption by a gas or gas mixture that would result when using the modulation according to the upper section of FIG. 2. It is swept with the modulation shown within a period of time 1, for example, an absorption line of a gas. It is assumed in the middle section of Figure 2 that direct spectroscopy is used. Since there is a linear relationship between the wavelength and the elapsed time, the waveform over time corresponds to the shape of the absorption line versus wavelength. In the middle section of FIG. 2, the resulting absorption spectrum has a maximum. This maximum corresponds to the maximum of the absorption of the laser light by the gas. The minimum points resulting in the spectrum arise only by switching the wavelength of the laser at the end of a period 1 and therefore have no physical significance.
  • the signal is shown that results in a signal evaluation by means of, for example, wavelength modulation spectroscopy (WMS).
  • WMS wavelength modulation spectroscopy
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of the invention.
  • the upper section in FIG. 3 again shows the modulation of the wavelength of the laser light.
  • the modulation is non-linear in this case.
  • the change of the wavelength with time is small in the range of the absorption maximum of the gas, while it is great off the absorption maximum.
  • the shape of the spectra recorded therewith is changed compared to the linear modulation of FIG.
  • the middle section shows a spectrum from direct spectroscopy, plotted over time.
  • the maximum of the spectrum which corresponds to the maximum of the absorption, widens, since the wavelength of the laser light remains longer in the range of the absorption maximum than in the linear modulation.
  • a similar situation also arises when using the WMS, as shown in the lower part of FIG.
  • the course of the modulation of the wavelength according to FIG. 3 can be represented in this example by an analytical function. In other words, the progression is smooth and without jumps within a period of time 1.
  • An example of a modulation form which does not correspond to an analytic function is given in FIG.
  • a curve 41 of measuring points for a linear modulation of the wavelength according to the prior art is shown.
  • the top section shows the resulting spectrum 42 over time.
  • a further course 43 is given as a further example of the invention.
  • This one is stepped. Measuring points are only generated for three different wavelengths. About 50% of all measurement points are generated for the maximum, which is visible in the spectrum 42, while the remaining 50% of the measurement points are split between the two minimum points in the spectrum 42. Ideally, exactly 50% of the measured values for the maximum and 25% used for each of the minima.
  • the resulting second spectrum 44 therefore no longer follows the shape of the spectrum 42, but instead has many measurement points for the region of the maximum and the regions of the two minima. The progression of the spectrum 42 between the extreme values is practically no longer reflected by the measured values. Nevertheless, when using such a stepped shape 43 results in an increase in the accuracy of the measurement.
  • FIG. 5 Another example of an embodiment of the invention is shown in FIG.
  • the course 51 shown in this case uses approximately 30% of the measuring points within a period 1 for the maximum of the absorption curve. The remaining approximately 70% of the measurement points are distributed to the areas outside the absorption maximum.
  • the course 51 shown in FIG. 5 is advantageous, for example, if an unknown background concentration of gases influences the measurement of a target gas and / or properties of the laser influence the measurement.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Untersuchung von Gasen auf Basis der Tunable Diode Laser Spectroscopy vorgestellt, bei dem eine nicht-lineare Wellenlängenmodulation für das Laserlicht (9) verwendet wird.

Description

Beschreibung
Nicht-lineare Wellenlängenmodulation bei der Laserspektroskopie
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Laserspektroskopie mit einem durchstimmbaren Laser, bei dem bzw. bei der die Wellenlänge des Lasers moduliert wird.
Die sog. Tunable Diode Laser Spectroscopy (TDLS, Spektroskopie mit durchstimmbaren Laserdioden) erlaubt, die Konzentration eines Gases, das in einer Messumgebung vorhanden ist, sehr genau zu bestimmen. Hierzu wird das Gas mit Laserlicht eines durchstimmbaren Lasers durchstrahlt. Die Wellenlänge des Laserlichts wird dabei periodisch moduliert. Der Wellenlängenbereich, der sich durch Anfangs- und Endwellenlänge ergibt, umfasst dabei typischerweise eine oder mehrere Absorptionslinien des Gases oder eines der Gase, die sich in der Messumgebung befinden.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen eine verbesserte Messgenauigkeit erreichbar ist.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch ein Messsystem mit den Merkmalen von Anspruch 5 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung von Temperatur, Druck und/oder Konzentration eines Gases oder Gasgemischs kommt ein Verfahren der Spektroskopie mit durchstimm- barem Laser zum Einsatz. Dabei wird Licht des Lasers durch das Gas oder Gasgemisch geleitet und eine Absorptionskurve über einen Wellenlängenbereich ermittelt. Dazu wird die Wellenlänge des Lasers periodische geändert. Die periodische Änderung weist dabei innerhalb einer Periodendauer eine nicht- lineare Form auf. Mit anderen Worten ist die Funktion der Wellenlänge in Abhängigkeit von der Zeit innerhalb einer Periodendauer keine Gerade, sondern eine nicht-lineare Funktion. Die nicht-lineare Funktion kann dabei einer analytischen Funktion folgen, beispielsweise einer S-Kurve oder aber einer Funktion, die nicht analytisch darstellbar ist. Beispielsweise kann die nicht-lineare Funktion auch nur wenige diskrete Werte im Sinne einer Treppenfunktion umfassen.
Der nicht-lineare Verlauf umfasst dabei wenigstens zwei verschiedene Werte von Wellenlängen innerhalb der Periodendauer. Dafür reicht es im Minimalfall aus, dass nur ein einzelner Messwert innerhalb einer Periodendauer bei einer anderen Wellenlänge erzeugt wird als der Rest der Messwerte.
Zweckmäßig ist es, wenn eine nicht-lineare Form verwendet wird, mittels derer die Anzahl an Messpunkten im Bereich von wenigstens einem Maximum oder Minimum der Absorptionskurve gegenüber der Verwendung einer linearen Form erhöht wird. Bei einer linearen Form wird in jedem Bereich der Wellenlänge, die überstrichen wird innerhalb einer Periodendauer, die gleiche Anzahl an Messwerten generiert. Vorteilhaft ist es aber, wenn im Bereich besonders interessanter Stellen einer Absorptionskurve mehr Messwerte generiert werden als bei einer linearen Form. Im Ausgleich kann - sofern die Gesamtzahl der Messwerte gleich bleibt - außerhalb der interessanten Bereiche eine geringere Anzahl an Messwerten generiert werden .
Die interessanten Bereiche sind beispielsweise Extremwerte der Absorptionskurve, ein Beispiel für einen Extremwert ist das Maximum der Absorption, also die Wellenlänge einer Absorptionslinie eines Gases sein. Weitere Beispiele sind im Falle der Wellenlängen-Modulationsspektroskopie die Extrem- stellen, die sich aufgrund der Bildung harmonischer Spektren ergeben. So kann in einem vorteilhaften Beispiel die Wellenlänge des Lasers für wenigstens 5% der Periodendauer der periodischen Änderung im Bereich eines Extremwerts der Absorp- tionskurve verbleiben. In einem Beispiel verbleibt die Wellenlänge des Lasers für wenigstens 5% in einem Bereich um eine Extremstelle in der Absorptionskurve, wobei dieser Bereich weniger als 5%, beispielsweise weniger als 2% der Gesamtände- rung der Wellenlänge innerhalb der Periodendauer umfasst. In einem anderen Beispiel verbleibt die Wellenlänge des Lasers für wenigstens 10% in einem Bereich um eine Extremstelle in der Absorptionskurve, wobei die Wellenlänge innerhalb des Bereichs um nicht mehr als 5% schwankt. Auch ein Verbleiben für 20% der Periodendauer oder 50% ist möglich. Dadurch werden die Messwerte vorteilhaft stark auf die Extremstelle konzentriert, wodurch das Signal-zu-Rauschverhältnis ansteigt.
In einem weiteren Beispiel kann eine Treppen-Form für die pe- riodische Änderung der Wellenlänge verwendet werden. Mit anderen Worten verharrt die Wellenlänge auf einer, zwei oder drei verschiedenen Wellenlängen für insgesamt wenigsten 50% der Periodendauer, insbesondere wenigstens 80% oder 90% der Periodendauer oder für die gesamte Periodendauer.
Das Verfahren kann vorteilhaft in einem Messsystem verwendet werden. Das Messsystem zur Bestimmung von Temperatur, Druck und/oder Konzentration eines Gases oder Gasgemischs umfasst einen durchstimmbaren Laser zur Emission von Laserlicht und einen Detektor zur Aufnahme des Laserlichts nach Durchtritt durch das Gas. In dem Messsystem wird eine Spektroskopie mit durchstimmbarem Laser durchgeführt, bei der Licht des Lasers durch das Gas oder Gasgemisch geleitet wird und eine Absorptionskurve über einen Wellenlängenbereich ermittelt wird. Das Messsystem umfasst dabei Mittel zur periodischen Änderung der Wellenlänge des Laserlichts. Diese sind ausgestaltet, als periodische Änderung eine Änderung mit nicht-linearer Form zu verwenden .
Das Verfahren ist einsetzbar bei direkter Spektroskopie, d.h. wenn die Absorption als Funktion der Wellenlänge betrachtet wird. Eine idealisierte Absorptionskurve weist dann ein Maximum auf bzw. die Transmission ein Minimum für eine Absorpti- onslinie des Gases. Das Verfahren ist auch einsetzbar bei der Wellenlängen-Modulations-Spektrometrie . Dabei wird der Wellenlänge des verwendeten Laserlichts eine Kleinsignalmodulation aufgeprägt. Hierzu wird die Wellenlänge des Laserlichts mit einer Frequenz von beispielsweise 6 kHz und einer Modulationsamplitude, die gegenüber der Ausdehnung des gesamten überstrichenen Wellenlängenbereichs sehr klein ist, sinusförmig variiert. Das Laserlicht, das nach dem Durchtritt durch das Gas mittels eines Fotodetektors detektiert wird und somit das elektrische Signal des Detektors weist nun bei der Modulationsfrequenz sowie bei deren Vielfachen Frequenzanteile auf. Mit einem Lock-In-Verstärker lassen sich nun die Vielfachen der Modulationsfrequenz, beispielsweise die Modulationsfrequenz selbst oder das Doppelte der Modulationsfrequenz, im elektrischen Signal herausfiltern.
Unter Umständen, beispielsweise bei Verwendung einer treppen- förmigen Modulation der Laserwellenlänge, ist es nicht mehr möglich, die Form einer Absorptionslinie an das sich ergeben- de Spektrum der Messpunkte anzufitten. Dann ist es vorteilhaft, wenn vor oder während der Messung eine Kalibrierung für den verwendeten Laser vorgesehen ist, mit der eine genaue Zuordnung von den Betriebsparametern des Lasers, beispielsweise dem Laserstrom, zur erzeugten Wellenlänge ermittelt werden kann. Damit kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass die genaue Wellenlänge einer Absorptionslinie auch getroffen wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vor oder während tatsächlichen Messungen ein Kalibrationsmodell erstellt. In das Kalibrationsmodell fließen Eigenschaften des Lasers und/oder Eigenschaften des zu messenden Gasgemisches ein. Eine Eigenschaft des zu messenden Gasgemisches ist beispielsweise, ob Hintergrundgase die Messung eines Zielgases beeinflussen, und in welchem Konzentrationsbereich die Hintergrundgase vorliegen können. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vor oder während tatsächlichen Messungen ein Modellspektrum erstellt. Das Modellspektrum kann beispielsweise aus dem Kalibrationsmodell ermittelt werden. Aus dem Modellspekt- rum wiederum wird die Form der nichtlinearen Modulation ermittelt. Beispielsweise können bei der Vermessung einer nicht durch Hintergrundgase gestörten Absorptionslinie eines Zielgases und bei bekannten Lasereigenschaften mehr als 50 % der Messpunkte, insbesondere mehr als 90 % der Messpunkte auf das Maximum der Absorptionslinie verwendet werden. Ist ein störendes Hintergrundgas zu erwarten, ist es wieder vorteilhaft, im Bereich von 30-50 % der Messpunkte auf das Maximum der Absorptionslinie zu verwenden, und den Rest der Messpunkte auf den Bereich um das Maximum der Absorptionslinie.
Bevorzugte, jedoch keinesfalls einschränkende Ausführungsbeispiele für die Erfindung werden nunmehr anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Dabei sind die Merkmale schematisiert dargestellt. Es zeigen
Figur 1 ein Messsystem zur Laserspektroskopie,
Figur 2 eine lineare Durchstimmung nach dem Stand der
Technik, Figur 3 eine nicht-lineare Durchstimmung, Figur 4 und 5 weitere nicht-lineare Durchstimmungen.
Ein beispielhaftes Messsystem 4 ist in Figur 1 dargestellt. Ein durchstimmbarer Laser 5 durchstrahlt ein zu vermessendes Gas 8 mit seinem Laserlicht 9. Ein entsprechend angeordneter Detektor 7 empfängt das Laserlicht 9 nach Durchtritt durch das Gas 8. In diesem Beispiel ist das Gas 8 in einem Gasbehälter 6 eingeschlossen, es ist aber auch möglich, freies Gas zu vermessen. Das Messsystem 4 weist noch weitere Komponenten auf, wie beispielsweise Auswerte- und Steuereinheiten, die in Fig. 1 nicht dargestellt sind, aber für die Durchführung einer Laserspektroskopie erforderlich sind. Fig.2 zeigt im oberen Abschnitt die Modulation der Wellenlänge des Lasers, wie sie im Stand der Technik vorgenommen wird. Die Wellenlänge wird dabei innerhalb einer Periodendauer 1 linear variiert. Dazu wird beispielsweise der Laserstrom Ii- near variiert.
Im mittleren Abschnitt der Figur 2 ist eine Signalamplitude im Sinne beispielsweise der Absorption durch ein Gas oder Gasgemisch gezeigt, die sich bei Verwendung der Modulation gemäß dem oberen Abschnitt von Figur zwei ergeben würde. Es wird mit der gezeigten Modulation innerhalb einer Periodendauer 1 beispielhaft eine Absorptionslinie eines Gases überstrichen. Dabei wird im mittleren Abschnitt der Figur 2 davon ausgegangen, dass direkte Spektroskopie verwendet wird. Da zwischen der Wellenlänge und der verstrichenen Zeit ein linearer Zusammenhang besteht, entspricht der Signalverlauf über der Zeit der Form der Absorptionslinie über der Wellenlänge. Im mittleren Abschnitt der Figur 2 weist das sich ergebende Absorptionsspektrum ein Maximum auf. Dieses Maximum ent- spricht dem Maximum der Absorption des Laserlichts durch das Gas. Die sich im Spektrum ergebenden Minimalstellen entstehen lediglich durch das umschalten der Wellenlänge des Lasers am Ende einer Periodendauer 1 und haben daher keine physikalische Bedeutung.
Im unteren Abschnitt der Figur 2 ist das Signal gezeigt, dass sich bei einer Signalauswertung mittels beispielsweise der Wellenlängenmodulationsspektroskopie (WMS) ergibt. Im unteren Abschnitt der Figur zwei ergeben sich durch die Verwendung der WMS neben dem Maximum auch zwei Minimalstellen. Diese haben physikalische Bedeutung und können ebenfalls ausgewertet werden .
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung. Der obere Abschnitt in Figur 3 zeigt wiederum die Modulation der Wellenlänge des Laserlichts. Die Modulation ist in diesem Fall unlinear. Dabei ist die Veränderung der Wellenlänge mit der Zeit gering im Bereich des Absorptionsmaximums des Gases, während sie abseits des Absorptionsmaximums groß ist. Die Form der damit aufgenommenen Spektren ist gegenüber der linearen Modulation der Figur 2 verändert. Im mittleren Abschnitt ist ein Spektrum aus der direkten Spektroskopie gezeigt, auf- getragen über die Zeit. Dabei ist das Maximum des Spektrums, das dem Maximum der Absorption entspricht, verbreitert, da die Wellenlänge des Laserlichts länger im Bereich des Absorptionsmaximums verharrt als bei der linearen Modulation. Eine ähnliche Situation ergibt sich auch bei der Verwendung der WMS, wie im unteren Abschnitt der Figur 3 gezeigt.
Es wird beispielhaft davon ausgegangen, dass während jeder Zeiteinheit eine konstante Anzahl an Messpunkten generiert wird. Die nichtlineare Modulation gemäß der Figur 3 führt dann zu einer erhöhten Zahl von Messpunkten im Bereich des Absorptionsmaximums. Da dort am meisten Informationen über die Eigenschaften des Gases oder Gasgemischs vorliegen, kann hiermit die Genauigkeit der Messung erhöht werden.
Der Verlauf der Modulation der Wellenlänge gemäß der Figur 3 ist in diesem Beispiel durch eine analytische Funktion darstellbar. Mit anderen Worten ist der Verlauf glatt und ohne Sprünge innerhalb einer Periodendauer 1. Ein Beispiel für eine Modulationsform, die nicht einer analytischen Funktion entspricht, ist in Figur 4 gegeben. Im unteren Abschnitt der Figur 4 ist ein Verlauf 41 von Messpunkten für eine lineare Modulation der Wellenlänge gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Der obere Abschnitt zeigt das sich daraus ergebende Spektrum 42 über die Zeit.
Im unteren Abschnitt ist als weiteres Beispiel für die Erfindung ein weiterer Verlauf 43 angegeben. Dieser ist stufenförmig. Dabei werden Messpunkte lediglich für drei verschiedene Wellenlängen erzeugt. Etwa 50 % aller Messpunkte werden dabei für das Maximum erzeugt, das im Spektrum 42 sichtbar ist, während sich die restlichen 50 % der Messpunkte aufteilen zwischen den beiden Minimalstellen im Spektrum 42. Im Idealfall werden genau 50% der Messwerte für das Maximum und 25% für jedes der Minima verwendet. Das sich ergebende zweite Spektrum 44 folgt daher nicht mehr der Form des Spektrums 42, sondern weist stattdessen viele Messpunkte für den Bereich des Maximums und die Bereiche der beiden Minima auf. Der Ver- lauf des Spektrums 42 zwischen den Extremwerten wird von den Messwerten praktisch nicht mehr abgebildet. Trotzdem ergibt sich bei Verwendung eines solchen treppenförmigen Verlaufs 43 eine Erhöhung der Genauigkeit der Messung.
Ein weiteres Beispiel für eine Ausführungsform der Erfindung ist in Figur fünf gezeigt. Der in diesem Fall gezeigte Verlauf 51 verwendet in etwa 30 % der Messpunkte innerhalb einer Periodendauer 1 für das Maximum der Absorptionskurve. Die restlichen etwa 70 % der Messpunkte verteilen sich auf die Bereiche außerhalb des Absorptionsmaximums. Der in Figur 5 gezeigte Verlauf 51 ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn eine unbekannte Hintergrundkonzentration von Gasen die Messung eines Zielgases beeinflusst und/oder Eigenschaften des Lasers die Messung beeinflussen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung von Temperatur, Druck und/oder Konzentration eines Gases (8) oder Gasgemischs, bei dem ein Verfahren der Spektroskopie mit durchstimmbarem Laser (5) zum Einsatz kommt, bei dem Licht des Lasers (5) durch das Gas (8) oder Gasgemisch geleitet wird und eine Absorptionskurve über einen Wellenlängenbereich ermittelt wird, wobei die Wellenlänge des Lasers (5) eine periodische Änderung durchläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die periodische Änderung eine nicht-lineare Form aufweist.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem eine nicht-lineare Form verwendet wird, mittels derer die Anzahl an Messpunkten im Bereich von wenigstens einem Maximum oder Minimum der Absorptionskurve gegenüber der Verwendung einer linearen Form erhöht wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Wellenlänge des Lasers für wenigstens 10% der Periodendauer der periodischen
Änderung im Bereich eines Extremwerts der Absorptionskurve verbleibt .
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die nicht-lineare Form eine Treppen-Form ist.
5. Messsystem (4) zur Bestimmung von Temperatur, Druck und/oder Konzentration eines Gases (8) oder Gasgemischs, mit
- einem durchstimmbaren Laser (5) zur Emission von Laser- licht,
- einem Detektor (7) zur Aufnahme des Laserlichts nach Durchtritt durch das Gas (8), derart ausgestaltet, dass ein Spektroskopie mit durchstimmbarem Laser (5) zum Einsatz kommt, bei dem Licht des Lasers durch das Gas oder Gasgemisch geleitet wird und eine Absorptionskurve über einen Wellenlängenbereich ermittelt wird, mit Mitteln zur periodischen Änderung der Wellenlänge des Laserlichts, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel ausgestal- tet sind, als periodische Änderung eine Änderung mit nichtlinearer Form zu verwenden.
PCT/EP2010/053382 2009-03-17 2010-03-16 Nicht-lineare wellenlängenmodulation bei der laserspektroskopie WO2010106064A1 (de)

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