WO2021148083A1 - Gassensor mit sporadisch betriebener referenzlichtquelle - Google Patents

Gassensor mit sporadisch betriebener referenzlichtquelle Download PDF

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WO2021148083A1
WO2021148083A1 PCT/DE2021/100047 DE2021100047W WO2021148083A1 WO 2021148083 A1 WO2021148083 A1 WO 2021148083A1 DE 2021100047 W DE2021100047 W DE 2021100047W WO 2021148083 A1 WO2021148083 A1 WO 2021148083A1
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gas
light source
detector
light
gas sensor
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PCT/DE2021/100047
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Inventor
Alexander Wannenwetsch
Lutz Jügelt
Original Assignee
Ums Gmbh & Co. Kg
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • 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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    • G01N2201/062—LED's
    • G01N2201/0623—Use of a reference LED

Definitions

  • the present invention relates to a gas sensor according to the preamble of claim 1, and a method for operating a gas sensor with two or more light sources.
  • absorption-based optical gas sensors are known in which light from a light source shines through the gas conducted in a measuring cell and is detected by a light detector after it has passed through the measuring cell. If the molecules of the gas to be measured have one or more absorption bands in a spectral range which is within the spectrum emitted by the light source, the light from the light source will hit the light detector in a weakened manner according to the path length and the absorption strength of the gas. This attenuation in relation to a light intensity in the absence of the gas to be measured can be recorded and output as a measured value which represents the proportion of the gas to be measured.
  • a spectrally sensitive measurement should be carried out.
  • Either a light source is selected that transmits exclusively in a spectral range in which only the molecules of the gas to be measured, but no other molecules of the gas mixture, have an absorption band, or a light detector is used that only operates in one Spectral range is sensitive.
  • a spectrally narrow-band light source or such a detector can in this case be obtained by optical series connection of a broadband light source or a broadband detector with a narrowband optical filter.
  • a reduction in the intensity due to suspended particles contained in the gas can largely be avoided by using a filter upstream of the measuring cell.
  • Another or additional possibility consists in the use of a second light detector which is sensitive in a narrow spectral range and whose sensitivity window lies in a spectral range in which the gas to be measured is transparent.
  • the ratio of the signals generated by the first and second detector is then independent of the total intensity emitted by the light source or passing through the measurement volume and is suitable therefore better for the determination of the gas content.
  • Such a solution is proposed, for example, in JP2001-503865T.
  • Such a configuration also solves the problem of the temperature or age-related change in intensity of the light source, but does not overcome that of the temperature or age-related spectral drift of the light source.
  • the absorption-based gas sensor there also has two light detectors for detecting the light emitted by one or more light sources, but one of the detectors is connected to the light source via an optical path that does not lead through the gas, but rather a substrate Light that reaches this detector from the light source is not modulated by the absorption properties of the gas or particles dissolved in it.
  • An age-related or temperature-related shift in the spectral intensity of the light source thus has no effect on the light intensities detected by the sensors, since both detectors are equally affected. Any differences in the detected intensities are therefore exclusively due to the partial absorption of the light in the gas mixture to be measured.
  • the object of the present invention is against this background to find an alternative gas sensor which is stabilized against age and temperature-related changes in intensity and spectral drift and which can also be produced easily and inexpensively.
  • This object is achieved by a gas sensor according to claims 1-12 and a method for operating a gas sensor with two or more light sources according to one of claims 13-16.
  • the essential feature of the gas sensor according to the invention is that, in addition to a primary light source, there is at least one further light source which is operated as a reference light source. That is, in normal operation, which is mainly carried out for most of the time over the life of the device, the primary light source (s) is / are used to emit the light to be detected by the light detector (s) of the gas sensor. However, at regular intervals or at irregular intervals but at regular intervals, for example at intervals or intervals of a day, a week, a month or a year or less, the primary light source (s) is or is / are deactivated and a reference measurement is carried out at which the reference light source (s) are used instead to determine the gas content.
  • the reference light source (s) are only in operation for a significantly shorter period of time than the primary light source (s), they will hardly age and therefore have an emission spectrum and a total intensity that is almost the same as when new. They can thus be used in normal operation, which continues after the reference measurement, to correct the intensities detected when using the primary light source (s).
  • the control of the gas sensor deactivates the primary sources and only uses the reference light source or sources for the duration of the reference measurement.
  • Determined as the result of the reference measurement the control for each of the light detectors the ratio of the measured intensity when using the reference light source to the last measured intensity when using the primary light source / s.
  • These ratios assigned to the respective detector are stored as a correction value for the subsequent normal operating phase. In normal operation, these intensities determined by a detector are then corrected by multiplication by the ratios stored for this detector and determined in the last reference measurement.
  • the duration of the reference operation is much shorter than the duration of normal operation.
  • a reference measurement only takes a few seconds at most, in particular between 0.1 and 10 s, and only needs to be carried out at very long intervals of a few days, weeks, months or even years, depending on the type of (primary) Light source, to be repeated.
  • a reference measurement is preferably repeated at intervals which correspond to between 0.1% and 10%, particularly preferably between 0.1% and 2%, of the average service life of the type of primary light source used.
  • this would be, for example, every approx. 250 to 5000 hours of operation, in the case of an LED as the primary light source, every 500 to 20,000 hours of operation.
  • a broadband light detector is used, for example a photodiode, which is preceded by a narrowband optical filter in order to obtain a light detector with a sensitivity in a certain spectral range Gas of the gas mixture selected.
  • a light detector is proposed which is sensitive only in a spectral range around 4.3 ⁇ m light source length.
  • the primary light source and the reference light source can be of the same construction. Both primary and reference light sources are light-emitting diodes, since they have a particularly long service life and low energy consumption.
  • a reference detector is used in addition to the first light detector, which is also only sensitive in a narrow spectral range, although the spectral range of the reference detector is selected so that the gas to be measured is essentially transparent in it .
  • the light intensity measured by the reference detector can therefore be used to correct the value detected by the primary light detector in order to compensate for attenuations which are not due to the absorption by the gas to be measured.
  • this concerns for example, a decrease in intensity due to suspended matter in the gas, broadband absorbing molecules such as water vapor, or changes in total intensity due to changing operating voltage and / or temperature of the light source, as well as age-related changes in the total intensity.
  • the reference measurement operation according to the invention with the reference light source is still required, however, in order to correct an age-related spectral drift of the light source.
  • the optical paths between the light sources and the detectors are particularly preferably all of the same length so that no further correction factors for different path lengths have to be taken into account. With two light sources and two light detectors, this is achieved, for example, by arranging the light sources and light detectors in such a way that the connecting line of the light sources is perpendicular to both the connecting line of the light detectors and the straight line that goes through the centers of the connecting lines is defined.
  • a reference light detector is preferably used which is essentially only sensitive in the wavelength range around 3.9 pm, since CO2 is transparent to light of this wavelength.
  • the control operates the light sources, ie in normal operation the primary light sources, and / or during a reference measurement the reference light sources, not continuously but pulsed, this pulsed operation by a pulse duration, ie a duration of the activation of the light source during a Pulse and a repetition frequency or pulse period is characterized.
  • the repetition frequency is preferably in a range between 1 and 100 Hz, the pulse period accordingly between 10 ms and 1 s.
  • the pulse duration is preferably between 10% and 90% of the pulse period, i.e. the pulse period.
  • pulses with a fixed duration are emitted, while in alternative embodiments the pulse duration is selected to be variable, as will be described in more detail below.
  • the analog detector signal of the light detectors ie the primary light detector as well as the signal of any existing reference detector, are preferably amplified more by each existing Ver.
  • the amplified output signal is then converted into a digital output signal by means of an analog-digital converter and fed to a microcontroller for further processing.
  • this then calculates either the measurement signal of the light detector corrected with the correction factor of the last reference measurement or that with the ratio of the output signals from the sensor and reference detector, with the values set in relation to the relevant for them Correction factor from the last reference measurement carried out can be corrected.
  • an adder and threshold value switch are connected downstream of each light detector.
  • the signal detected by the respective detector is summed up by the adder connected downstream and the threshold switch is triggered when a set threshold value is reached, whereupon the control deactivates the respectively active light source, i.e. the primary light source in normal operation and the reference light source in reference measurement operation.
  • the controller detects the pulse duration required to reach the threshold value and then determines the gas content from this duration.
  • the light sources and the light detector (s) of the gas sensor according to the invention are located in a measuring volume within the housing of a measuring cell, into which the gas mixture to be measured flows in through an inlet and can flow out again through an outlet.
  • a dust particle filter is connected upstream of the inlet.
  • gases to be measured can also contain highly reactive components
  • particularly preferred embodiments provide for both light source and light detectors to be separated from the gas by transparent separators in the form of windows that limit the measurement volume or component-specific envelopes. Glass or quartz glass is particularly suitable for this.
  • the controller carries out a calibration during at least the first start-up using a test gas or test gas mixture, in which each of the light sources is activated one after the other and the signal of the individual light sources detected by the light detectors is set in relation to one another and these conditions are stored as a reference value for the light sources at the beginning of the service life.
  • This calibration can also be carried out with structurally identical light sources and is preferably carried out for at least one further gas or gas mixture, particularly preferably for two or more further gases or gas mixtures.
  • the first reference measurement is carried out after a shorter interval than the subsequent reference measurements, since the aging effects are usually particularly strong at the beginning of the service life.
  • the first reference measurement interval is only half or or a third as long as the regular reference measurement intervals that follow it. In preferred embodiments it is between 0.033% and 5%, particularly preferably between 0.033% and 1% of the average life of the primary light source used.
  • Figure 1 A schematic representation of a first preferred embodiment of the gas sensor according to the invention
  • Figure 2 A schematic representation of a second preferred embodiment of the gas sensor according to the invention
  • FIG. 1 a first preferred embodiment of the gas sensor according to the invention is shown, which works with a fixed pulse and determines the gas content on the basis of the detected intensities.
  • the gas sensor 1 comprises a housing 6 with an inlet 61 with an upstream particle filter 63 and an outlet 62 for the investigating gas mixture.
  • a primary light source 3 and a reference light source 4 are arranged opposite a (primary) light detector 2 and a reference light detector 5.
  • these are arranged in such a way that the connecting lines between the two light sources 3, 4 and the two detectors 2, 4 are perpendicular to each other, which is however in the present schematic 2D illustration cannot be represented.
  • the light sources 3, 4 are structurally identical light-emitting diodes.
  • the Lichtdetek gates 2, 5 each consist of an optical filter 21, 51 wel che between the light sources 3, 4 and broadband sensitive photo diodes 22, 52 are arranged.
  • the optical filter 21 of the primary light detector 2 only allows light to pass in spectral ranges that contain one or more absorption bands of the molecules of the gas to be measured, whereas the optical filter 51 of the reference light detector only allows spectral ranges to pass in which the gas to be measured is transparent .
  • the bandwidth of the filters should be smaller than the separation of the central wavelength, in this case smaller than 0.4 micrometers, about 0.1 micrometers each.
  • the controller 10 comprises a microcontroller 101 which controls the light sources 3, 4 via amplifiers 104 connected upstream in each case and processes the detector signal from the light detectors 2, 5.
  • Microcontroller 101 operates according to preferred embodiments of the The method according to the invention, the light sources in a pulsed operation.
  • the LEDs 3, 4 are controlled in such a way that they emit pulses of a fixed duration. In normal operation, that is to say most of the time, only light-emitting diode 3 is used.
  • Light-emitting diode 4 serves as a reference light source and is only activated sporadically, at regular intervals or at irregular intervals within regular intervals, for example daily, weekly, monthly or yearly, briefly to carry out a reference measurement.
  • This detector signal is only amplified by the downstream Ver 102 and 105 and then digitized by the A / D converter 103 or 106 and passed on to the microcontroller for evaluation.
  • the microcontroller 101 records the detected intensities and uses them to correct the detected intensities in the subsequent normal operating phase.
  • FIG. 2 shows a second preferred embodiment of the gas sensor according to the invention, which operates with variable pulse durations and determines the gas content on the basis of the measured pulse duration.
  • the structure of the gas sensor 1 largely corresponds to that of the first embodiment from FIG. 1, with the difference that, instead of A / D converters, an adder 108, 108 'and a threshold switch 109, 109' each provide amplifiers 102 and 105 the light detectors 2, 5 are connected downstream.
  • the microcontroller activates, depending on the operating mode normal operation / reference measurement, the primary LED 3 or the reference LED 4 until the detected intensity of the threshold switch 109, which is summed up by the adder 108 of the primary light detector 2, reaches the set threshold.
  • the required pulse duration is measured here. This process is then repeated for the reference detector 5.
  • the gas content is then determined from the two pulse durations and output.
  • reference light source 5 reference light detector

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Abstract

Gassensor zur Messung des Anteils eines Gases in einem Gasgemisch, umfassend mindestens einen Lichtdetektor (2, 5), welcher zumindest in einem Spektralbereich empfindlich ist (Empfindlichkeitsbereich), der ein Absorptionsband von Molekülen des zu messenden Gases enthält und ein analoges Detektorsignal ausgibt, welches eine innerhalb des Empfindlichkeitsbereichs detektierte Lichtintensität repräsentiert, insbesondere dazu proportional ist, mindestens eine Primärlichtquelle (3), welche Licht eines Spektrums aussendet, das mit dem Empfindlichkeitsbereich überlappt, eine Steuerung (10), zur Ansteuerung der Primärlichtquelle (3) und Auswertung des Detektorsignals, wobei die Steuerung (10) aus dem Detektorsignal ein analoges oder digitales Messsignal (M) erzeugt, welches den Anteil des zu messenden Gases repräsentiert, wobei mindestens eine von der Primärlichtquelle (3) verschiedene Referenzlichtquelle (4), wobei die Steuerung (10) dazu vorbereitet ist, in einem Normalbetrieb ausschließlich eine oder mehrere der Primärlichtquellen (3) zu verwenden, und in einem Referenzmessbetrieb ausschließlich eine oder mehrere der Referenzlichtquellen (4) zu verwenden, und wobei eine zeitliche Dauer des Normalbetriebs viel größer ist als eine zeitliche Dauer des Referenzmessbetriebs.

Description

Gassensor mit sporadisch betriebener Referenzlichtquelle
Vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Gassensor gemäß des Oberbegriffs von Anspruch 1 , und einem Verfahren zum Be treiben eins Gassensors mit zwei oder mehr Lichtquellen.
Zur Ermittlung des Anteils eines Gases in einem Gasgemisch sind absorptionsbasierte optische Gassensoren bekannt, bei denen das in einer Messzelle geleitete Gas von Licht einer Lichtquelle durchstrahlt und nach Durchqueren der Messzelle von einem Lichtdetektor erfasst wird. Sofern die Moleküle des zu messenden Gases in einem Spektralbereich, welcher innerhalb des von der Lichtquelle ausgesendeten Spektrums liegt, ein oder mehrere Ab- sorptionsbande aufweisen, wird das Licht der Lichtquelle entspre chend der Weglänge und der Absorptionsstärke des Gases abge schwächt auf dem Lichtdetektor auftreffen. Diese Abschwächung gegenüber einer Lichtintensität in Abwesenheit des zu messenden Gases kann erfasst und als Messwert, welcher den Anteil des zu messenden Gases repräsentiert, ausgegeben werden.
Um sicher zu stellen, dass ausschließlich eine bestimmte zu mes sende Gaskomponente erfasst wird, sollte eine spektralsensitive messung durchgeführt werden. Hierbei wird entweder eine Licht- quelle gewählt, welche ausschließlich in einem Spektralbereich sendet, in welchem lediglich die Moleküle des zu messenden Ga ses, aber keine anderen Moleküle des Gasgemisches ein Absorp tionsband aufweisen, oder es wird ein Lichtdetektor verwendet, der lediglich in einem solchen Spektralbereich empfindlich ist. Eine spektral schmalbandige Lichtquelle bzw. ein solcher Detektor können hierbei durch optische Reihenschaltung einer breitbandi gen Lichtquelle bzw. eines breitbandigen Detektors mit einem schmalbandigen optischen Filter erhalten werden.
Es ist hierbei wichtig, einen Spektralbereich zu wählen, in wel- ehern die übrigen zu erwartenden Gase des Gasgemisches trans parent sind, also keine Absorptionsbande aufweisen. Die Analyse vollständig unbekannter Gasgemische ist mit dieser Art einfacher Detektoren nicht möglich, sondern erfordert beispielsweise eine Vektoranalyse eines über einen breiten Spektralbereich erfassten Absorptionsspektrums, welches Position, Breite und Höhe aller Absorptionslinien oder-bande in diesem Bereich umfasst.
Bei den hier behandelten einfachen absorptionsbasierten opti schen Gassensoren treten verschiedene weitere Probleme auf. Zum einen kann durch in dem zu messenden Gas vorhandene Staubpartikel oder Wasserdampf eine generelle Abschwächung der das Messvolumen durchtretenden Lichtintensität auftreten, welche also unabhängig ist vom Anteil des zu messenden Gases. Zum anderen ändert sich sowohl in der Intensität als auch Spekt- rum der Lichtquelle mit deren Temperatur als auch mit deren Alter.
Eine Verringerung der Intensität durch im Gas enthaltene Schweb- partikel kann zum einen durch einen der Messzelle vorgeschalte ten Filter weitgehend vermieden werden. Eine andere oder zu- sätzliche Möglichkeit besteht in der Verwendung eines zweiten, in einem engen Spektralbereich empfindlichen Lichtdetektors, des sen Empfindlichkeitsfenster in einem Spektralbereich liegt, in wel chem das zu messende Gas transparent ist. Das Verhältnis der durch den ersten und zweiten Detektor erzeugten Signale ist dann unabhängig von der durch die Lichtquelle ausgesendeten bzw. das Messvolumen durchtretenden Gesamtintensität und eignet sich daher besser für die Bestimmung des Gasgehalts. Eine sol che Lösung wird beispielsweise in der Schrift JP2001-503865T vorgeschlagen. Eine solche Ausgestaltung löst auch das Problem der temperatur- oder altersbedingten Intensitätsänderung der Lichtquelle, überwindet jedoch nicht das der temperatur- oder al tersbedingten spektralen Drift der Lichtquelle.
Eine Lösung für letzteres Problem ist in der Offenlegungsschrift EP3051274A1 vorgeschlagen. Dortiger absorptionsbasierter Gas- sensor weist ebenfalls zwei Lichtdetektoren zur Erfassung des von einer oder mehreren Lichtquellen ausgesendete Lichts auf, jedoch ist einer der Detektoren über einen optischen Pfad mit der Licht quelle verbunden, welcher nicht durch das Gas, sondern ein Sub strat führt, sodass das Licht, welches diesen Detektor von der Lichtquelle erreicht, nicht durch die Absorptionseigenschaften des Gases oder darin gelöster Partikel moduliert wird. Hierdurch ist es möglich, zwei baugleiche Detektoren einzusetzen, oder zumindest solche welche im gleichen Spektralbereich empfindlich sind. Eine alters- oder temperaturbedingte Verschiebung der spektralen In- tensität der Lichtquelle hat somit keine Auswirkung auf die von den Sensoren detektierten Lichtintensitäten, da beide Detektoren gleichermaßen davon betroffen sind. Etwaig Differenzen der de tektierten Intensitäten sind daher ausschließlich auf die teilweise Absorption des Lichts im zu messenden Gasgemisch zurückzu- führen.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es vor diesem Hintergrund, ei nen alternativen Gassensor zu finden, welcher gegenüber alters- und temperaturbedingter Intensitätsänderungen und spektraler Drift stabilisiert ist und der hierbei auch einfach und kostengünstig herstellbar bleibt. Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Gassensor gemäß der An sprüche 1-12 und einem Verfahren zum Betreiben eines Gas sensors mit zwei oder mehr Lichtquellen nach einem der Ansprü che 13-16.
Das wesentliche Merkmal des erfindungsgemäßen Gassensors besteht darin, dass neben einer Primärlichtquelle zumindest eine weitere Lichtquelle vorhanden ist, welche als Referenzlichtquelle betrieben wird. D.h. im Normalbetrieb, welcher über die Lebens- dauer des Gerätes gesehen überwiegend die meiste Zeit durchge führt wird, wird/werden die Primärlichtquelle/n zur Aussendung des durch den/die Lichtdetektor/en des Gassensors zu detektie- renden Lichtes verwendet. Jedoch in regelmäßigen Abständen o- der unregelmäßigen Abständen aber regelmäßigen Intervallen, beispielsweise in Abständen oder Intervallen von einem Tag, einer Woche, einem Monat oder einem Jahr oder seltener, wird oder wird/werden die Primärlichtquelle/n deaktiviert und eine Referenz messung durchgeführt, bei der für die Bestimmung des Gasge halts stattdessen die Referenzlichtquelle/n verwendet werden. Aufgrund der Tatsache, dass die Referenzlichtquelle/n auch in Summe nur eine deutlich kürzere Zeitspanne in Betrieb sind als die Primärlichtquelle/n, werden sie kaum altern und haben daher ein Emissionsspektrum sowie eine Gesamtintensität, welche noch nahezu denen im Neuzustand entspricht. Sie können damit im an- schließend an die Referenzmessung fortgesetzten Normalbetrieb zur Korrektur der bei Verwendung der Primärlichtquelle/n detek- tierten Intensitäten herangezogen werden.
Bei der Durchführung einer Referenzmessung deaktiviert die Steuerung des Gassensors die Primärquellen und verwendet für die Dauer der Referenzmessung ausschließlich die Referenzlicht quelle oder -quellen. Als Ergebnis der Referenzmessung ermittelt die Steuerung für jeden der Lichtdetektoren jeweils das Verhältnis der gemessenen Intensität bei Verwendung der Referenzlicht quelle zur letzten gemessenen Intensität bei Verwendung der Pri- märlichtquelle/n. Diese dem jeweiligen Detektor zugeordneten Verhältnisse werden für nachfolgende Normalbetriebsphase als Korrekturwert gespeichert. Im Normalbetrieb werden dann diese von einem Detektor ermittelten Intensitäten durch Multiplikation mit dem für diesen Detektor gespeicherten, in der letzten Refe renzmessung ermittelten Verhältnisse korrigiert.
Die Dauer des Referenzbetriebes ist insgesamt sehr viel kürzer als die Dauer des Normalbetriebs. Erfindungsgemäß dauert eine Referenzmessung höchstens lediglich einige Sekunden, insbeson dere zwischen 0,1 und 10 s, und muss nur in recht langen Inter- vallen von einigen Tagen, Wochen, Monaten oder gar Jahren, ab hängig von der Art der verwendeten (Primär-)Lichtquelle, wieder holt werden.
Bevorzugt wird eine Referenzmessung in Abständen wiederholt, welche zwischen 0,1% und 10%, besonders bevorzugt zwischen 0,1% und 2%, der durchschnittlichen Lebensdauer der verwende ten Primärlichtquellenart entspricht. Bei einer Glühlampe als Pri märlichtquelle wären dies also beispielsweise alle ca. 250 bis 5000 Betriebsstunden, bei einer LED als Primärlichtquelle alle 500 bis 20000 Betriebsstunden.
In manchen Ausführungsformen wird ein breitbandiger Lichtdetek tor verwendet, etwa eine Photodiode, welchem ein schmalbandi- ger optischer Filter vorgeschaltet ist, um einen Lichtdetektor mit ei ner Empfindlichkeit in einem bestimmten Spektralbereich zu erhal- ten. Der Spektralbereich wird hierbei in Abhängigkeit von dem zu messenden Gas des Gasgemisches gewählt. Soll der erfindungs- gemäße Sensor beispielsweise Kohlendioxid (CO2) in dem Gasge misch detektieren können, so wird ein Lichtdetektor vorgeschla gen, der lediglich in einem Spektralbereich um 4,3 pm Lichtquel lenlänge empfindlich ist.
In manchen Ausführungsformen der Erfindung können die Primär lichtquelle und die Referenzlichtquelle baugleich sein. Besonders bevorzugt sind sowohl Primär- als auch Referenzlichtquelle Leuchtdioden, da diese eine besonders lange Lebensdauer und einen geringen Energieverbrauch haben.
In bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gas sensors ist ein Referenzdetektor zusätzlich zu dem ersten Lichtde tektor eingesetzt, welcher ebenfalls lediglich in einem engen Spektralbereich empfindlich ist, wobei der Spektralbereich des Re ferenzdetektors allerdings so gewählt ist, dass das zu messende Gas in diesem im Wesentlichen transparent ist. Die vom Refe renzdetektor gemessene Lichtintensität kann daher zur Korrektur des vom primären Lichtdetektor erfassten Wertes verwendet wer- den um Abschwächungen, welche nicht auf die Absorption durch das zu messende Gas zurückzuführen sind, auszugleichen. Dies betrifft, wie eingangs beschrieben, beispielsweise Intensitätsab- schwächung aufgrund vom im Gas vorhandener Schwebstoffe, breitbandig absorbierender Moleküle wie beispielsweise Wasser- dampf, oder Gesamtintensitätsänderungen aufgrund wechselnder Betriebsspannung- und/oder -temperatur der Lichtquelle, sowie auch altersbedingte Änderungen der Gesamtintensität. Der erfin dungsgemäße Referenzmessbetrieb mit der Referenzlichtquelle wird jedoch immer noch benötigt, um eine altersbedingte spektrale Drift der Lichtquelle zu korrigieren. Besonders bevorzugt sind die optischen Wege zwischen den Lichtquellen und den Detektoren alle gleich lang, um keine weite ren Korrekturfaktoren für unterschiedliche Weglängen berücksich tigen zu müssen. Dies wird bei zwei Lichtquellen und zwei Licht detektoren beispielsweise dadurch erreicht, dass die Lichtquellen und Lichtdetektoren so angeordnet werden, dass die Verbin dungslinie der Lichtquellen senkrecht steht sowohl auf der Verbin dungslinie der Lichtdetektoren, als auch auf der Geraden, welche durch die Mitten der Verbindungslinien definiert ist.
In Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gassensors, wel che zur Detektion von CO2 geeignet ist, wird bevorzugt ein Refe renzlichtdetektor eingesetzt, welcher im Wesentlichen nur im Wel lenlängenbereich um 3,9 pm empfindlich ist, da CO2 für Licht die ser Wellenlänge transparent ist.
In manchen Ausführungsformen der Erfindung betreibt die Steue rung die Lichtquellen, d.h. im Normalbetrieb die Primärlichtquellen, und/oder während einer Referenzmessung die Referenzlichtquel len, nicht kontinuierlich sonders gepulst, wobei dieser gepulste Betrieb durch eine Pulsdauer, d.h. eine Dauer der Aktivierung der Lichtquelle während eines Pulses und einer Wiederholfrequenz bzw. Pulsperiode charakterisiert ist. Die Wiederholfrequenz liegt bevorzugt in einem Bereich zwischen 1 und 100 Hz, die Pulsperi ode also entsprechend zw. 10 ms und 1 s. Die Pulsdauer beträgt bevorzugt zwischen 10% und 90% der Pulsperiode, d.h. der Puls periode.
In manchen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Be triebsverfahrens werden Pulse mit fester Dauer ausgesendet, während in alternativen Ausführungsformen die Pulsdauer varia bel gewählt wird, wie unten noch näher beschrieben ist. Das analoge Detektorsignal der Lichtdetektoren, d.h. des primären Lichtdetektors als auch das Signal eines etwaig vorhandenen Re ferenzdetektors, werden bevorzugt durch jeweils vorhandene Ver stärker verstärkt.
In manchen Ausführungsformen mit einer festen Pulsdauer wird das verstärkte Ausgangssignal dann mittels eines Analog-Digital wandlers in ein digitales Ausgangssignal umgewandelt und einem Mikrocontroller zur weiteren Verarbeitung zugeführt. Dieser be- rechnet dann abhängig von der Konfiguration des Gassensors, entweder das mit dem Korrekturfaktor der letzten Referenzmes sung korrigierte Messsignal des Lichtdetektors oder das mit dem Verhältnis der Ausgangssignale von Sensor und Referenzdetek tor, wobei die ins Verhältnis gesetzten Werte jeweils mit dem für sie maßgeblichen Korrekturfaktor aus der letzten durchgeführten Referenzmessung korrigiert werden.
In alternativen Ausführungsformen mit einer variablen Pulsdauer wird statt eines Analog-Digitalwandlers jedem Lichtdetektor ein Summierer und Schwellwertschalter nachgeschaltet. Das von dem jeweiligen Detektor erfasste Signal wird von dem ihm nachge schalteten Summierer aufsummiert und bei Erreichen eines einge stellten Schwellwerts der Schwellwertschalter ausgelöst, worauf hin die Steuerung dann die jeweils aktive Lichtquelle, d.h. im Nor- malbetrieb die Primärlichtquelle und im Referenzmessbetrieb die Referenzlichtquelle deaktiviert. Die Steuerung erfasst in diesen Ausführungsformen die benötigte Pulsdauer zum Erreichen des Schwellwertes und bestimmt aus dieser Dauer dann den Gasgeh alt. Der Vorteil, gegenüber den Ausführungsformen mit fester Pulsdauer und Analog-Digitalwandler liegt darin, dass der Mess wert hier nicht durch Nichtlinearitäten von Verstärker und/oder Analog-Digitalwandler verfälscht ist. Die Lichtquellen sowie der oder die Lichtdetektoren des erfin dungsgemäßen Gassensors befinden sich in einem Messvolumen innerhalb des Gehäuses einer Messzelle, in welches durch einen Einlass das zu messende Gasgemisch einströmen und durch ei nen Auslass wieder ausströmen kann. Dem Einlass ist in bevor zugten Ausführungsformen ein Staubpartikelfilter vorgeschaltet.
Da die zu messenden Gase auch hochreaktive Komponenten ent halten können, ist es in besonders bevorzugten Ausführungsfor men vorgesehen, sowohl Lichtquelle als auch Lichtdetektoren durch transparente Separatoren in Form von das Messvolumen begrenzenden Fenstern oder aber bauteilindividuellen Umhüllun gen vom Gas zu separieren. Hierfür eignet sich insbesondere Glas oder Quarzglas.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsge mäßen Mess-Betriebsverfahrens für einen Gassensor, in welchem die Lichtquellen nicht baugleich sind, führt die Steuerung bei zu mindest der ersten Inbetriebnahme unter Verwendung eines Test gases oder -gasgemisches eine Kalibrierung durch, bei der jede der Lichtquellen nacheinander aktiviert und das von den Lichtde tektoren erfasste Signal der einzelnen Lichtquellen zueinander ins Verhältnis gesetzt und diese Verhältnisse als Referenzwert für die Lichtquellen zu Beginn der Lebensdauer gespeichert werden. Diese Kalibrierung kann auch bei baugleichen Lichtquellen durch geführt werden und wird bevorzugt für mindestens eine weiteres Gas oder Gasgemische, besonders bevorzugt für zwei oder mehr weitere Gase oder Gasgemische durchgeführt.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen des Gassensors und des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines Gas- sensors wird die erste Referenzmessung nach einem kürzeren In tervall durchgeführt als die nachfolgenden Referenzmessungen, da die Alterungseffekte zu Beginn der Lebensdauer üblicherweise besonders stark sind. Insbesondere ist das erste Referenzmessin- tervall nur halb oder oder ein Drittel so lang wie die darauf folgen den regulären Referenzmessintervalle. In bevorzugten Ausfüh rungsformen beträgt es zwischen 0,033 % und 5 %, besonders bevorzugt zwischen 0,033 % und 1% der durchschnittlichen Le bensdauer der verwendeten Primärlichtquelle.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale vorliegender Erfin dung ergeben sich aus dem im Folgenden anhand der Figuren nä her erläuterte Ausführungsbeispiele. Diese sollen die Erfindung le diglich illustrieren und in keiner Weise in ihrer Allgemeinheit ein schränken.
Es zeigen:
Figur 1 : Eine schematische Darstellung einer ersten bevor zugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gassensors
Figur 2: Eine schematische Darstellung einer zweiten bevor zugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gassensors
In Figur 1 ist eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Gassensors dargestellt, welche mit festen Puls dauern arbeitet und den Gasgehalt anhand der detektierten Inten- sitäten bestimmt.
Der Gassensor 1 umfasst ein Gehäuse 6 mit einem Einlass 61 mit vorgeschaltetem Partikelfilter 63 und einem Auslass 62 für das zu untersuchende Gasgemisch. Im Messvolumen 60 innerhalb des Gehäuses 6 sind eine Primärlichtquelle 3 und eine Referenzlicht quelle 4 gegenüber einem (primären) Lichtdetektor 2 und einem Referenzlichtdetektor 5 angeordnet. Um gleichlange optische Wege zwischen den Lichtquellen und den Detektoren zu garantie ren, sind diese derart angeordnet, dass die Verbindungslinien zwi schen den beiden Lichtquellen 3, 4 und den beiden Detektoren 2, 4 aufeinander senkrecht stehen, was allerdings in der vorliegenden schematischen 2D-Darstellung nicht darstellbar ist. Die Lichtquellen 3, 4 sind baugleiche Leuchtdioden. Die Lichtdetek toren 2, 5 bestehen jeweils aus einem optischen Filter 21, 51 wel che zwischen den Lichtquellen 3, 4 und breitbandig sensitiven Pho todioden 22, 52 angeordnet sind. Der optische Filter 21 des pri mären Lichtdetektors 2 lässt lediglich Licht in Spektralbereichen passieren, welcher ein oder mehrere Absorptionsbande der Mole küle des zu messenden Gases enthält, wohingegen der optische Filter 51 des Referenzlichtdetektors nur Spektralbereiche passieren lässt, in denen das zu messende Gas transparent ist. Für einen zur Messung des CO2 Gehaltes konfigurierten Gassensor gemäß vor- liegender Ausführungsform würde vorgeschlagen, für den Filter 21 einen schmalbandigen Filter für Wellenlängen um 4,3 Mikrometer, für den Filter 51 einen schmalbandigen Filter für Wellenlängen um 3,9 Mikrometer einzusetzen. Die Bandbreite der Filter sollte dabei jeweils kleiner sein als die Separation der zentralen Wellenlänge, hier also kleiner als 0,4 Mikrometer, etwa jeweils ca. 0,1 Mikrome ter.
Die Steuerung 10 umfasst einen Mikrocontroller 101 , der die Licht quellen 3, 4 über jeweils vorgeschaltete Verstärker 104 ansteuert und das Detektorsignal der Lichtdetektoren 2, 5 verarbeitet. Mikro kontroller 101 betreibt gemäß bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens die Lichtquellen in einem gepuls ten Betrieb. In vorliegender Ausführungsform werden die Leuchtdi oden 3, 4 so angesteuert, dass sie Pulse fester Dauer aussenden. Im Normalbetrieb, also die überaus meiste Zeit, wird lediglich Leuchtdiode 3 eingesetzt. Leuchtdiode 4 dient als Referenzlicht quelle und wird nur sporadisch, in regelmäßigen Abständen oder auch in unregelmäßigen Abständen innerhalb regelmäßiger Inter valle, beispielsweise täglich, wöchentlich, monatlich oder jährlich, zur Durchführung einer Referenzmessung kurz aktiviert.
Das von der jeweils aktiven Leuchtdiode also Primärleuchtdiode 3 im Normalbetrieb und Referenzleuchtdiode 4 bei einer Referenz messung, ausgesendete Licht durchquert das Messvolumen 60 und interagiert mit den dort vorhandenen Gasmolekülen, bevor es durch die optischen Filter 21 , 51 tritt und von den Photodioden 22, 52 detektiert wird, welche daraufhin ein zur detektierten Intensität im wesentlichen proportionales Detektorsignal erzeugen. Dieses Detektorsignal wird erst durch die nachgeschalteten Ver stärker 102 und 105 verstärkt und anschließend durch die A/D- Wandler 103 bzw. 106 digitalisiert und an den Mikrokontroller zur Auswertung weitergegeben. Bei einer Referenzmessung zeichnet der Mikrokontroller 101 die detektierten Intensitäten auf und ver- wendet sie zur Korrektur der detektierten Intensitäten in der an schließenden Normalbetriebsphase. Im Normalbetrieb werden die detektierten Intensitäten jeweils durch Multiplikation mit dem für sie maßgeblichen, in der letzten Referenzmessung ermittelten, Korrek turfaktor korrigiert und anschließend zur Bestimmung des Gasge- halts weiterverarbeitet. Dabei wird ein Verhältnis gebildet aus dem korrigierten Intensitätswert des primären Lichtdetektors 2 und dem korrigierten Intensitätswert des Referenzdetektors 5. Aus diesem Verhältnis wird dann der Gehalt des zu messenden Gases be stimmt. Figur 2 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Gassensors, welche mit variablen Pulsdauern ar beitet und den Gasgehalt anhand der gemessenen Pulsdauer be stimmt.
Der Aufbau des Gassensors 1 stimmt weitgehend mit dem der ers- ten Ausführungsform aus Figur 1 überein, mit dem Unterschied, dass anstelle von A/D-Wandlern jeweils ein Summierer 108, 108' und ein Schwellwertschalter 109, 109' den Verstärkern 102 und 105 der Lichtdetektoren 2, 5 nachgeschaltet sind. Der Mikrokontroller aktiviert, je nach Betriebsmodus Normalbetrieb/Referenzmessung die Primär-LED 3 oder die Referenz-LED 4, solange, bis die durch den Summierer 108 des primären Lichtdetektors 2 aufsummierte detektierte Intensität des Schwellwertschalters 109 den eingestell ten Schwellwert erreicht. Hierbei wird die benötigte Pulsdauer ge messen. Daraufhin wird dieser Vorgang für den Referenzdetektor 5 wiederholt. Aus den beiden Pulsdauern wird dann der Gasgehalt bestimmt und ausgegeben.
Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass etwaige Nichtlinearitäten der A/D Wandler nicht das Ergebnis beeinflussen. In weiteren Varianten der Ausführungsform, in denen auch auf die Verstärker 102 und 105 verzichtet wird, können auch deren Nichtli nearitätsfehler vermieden werden. Dies macht zwar eine längere Pulsdauer erforderlich, die Dauer einer Einzelmessung bleibt hier bei jedoch im Bereich einer bis einiger Sekunden. Bezugszeichenliste
1 Gassensor 2 primärer Lichtdetektor
21 optischer Filter im Absorptionsbereich 22 Photodiode
3 Leuchtdiode, Primärlichtquelle
4 Leuchtdiode, Referenzlichtquelle 5 Referenzlichtdetektor
51 optischer Filter im Transparenzbereich
52 Photodiode 6 Gehäuse 61 Einlass 62 Auslass
63 Partikelfilter 10 Steuerung 101 Mikrokontroller 102 Verstärker für 2 103 A/D-Wandler für 2
104 Vverstärker
105 Verstärker für 5
106 A/D-Wandler für 5
108, 108' Summierer 109, 109' Schwellwertschalter

Claims

Patentansprüche
1. Gassensor zur Messung des Anteils eines Gases in einem Gasgemisch, umfassend
- mindestens einen Lichtdetektor (2,5), welcher zumindest in einem Spektralbereich empfindlich ist (Empfindlich keitsbereich), der ein Absorptionsband von Molekülen des zu messenden Gases enthält und ein analoges De- tektorsignal ausgibt, welches eine innerhalb des Emp findlichkeitsbereichs detektierte Lichtintensität repräsen tiert, insbesondere dazu proportional ist,
- mindestens eine Primärlichtquelle (3), welche Licht eines Spektrums aussendet, das mit dem Empfindlichkeitsbe- reich überlappt,
- eine Steuerung (10), zur Ansteuerung der Primärlicht quelle (3) und Auswertung des Detektorsignals, wobei die Steuerung (10) aus dem Detektorsignal ein analoges oder digitales Messsignal (M) erzeugt, welches den An- teil des zu messenden Gases repräsentiert, gekennzeichnet durch mindestens eine von der Primärlichtquelle (3) verschie dene Referenzlichtquelle (4), wobei die Steuerung (10) dazu vorbereitet ist, in einem Normalbetrieb ausschließ- lieh eine oder mehrere der Primärlichtquellen (3) zu ver wenden, und in einem Referenzmessbetrieb ausschließ lich eine oder mehrere der Referenzlichtquellen (4) zu verwenden, und wobei eine zeitliche Dauer des Normal betriebs viel größer ist als eine zeitliche Dauer des Re- ferenzmessbetriebs.
2. Gassensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Primärlichtquelle (3) und/oder die Referenzlichtquelle (4) eine Leuchtdiode ist.
3. Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Referenzlichtquel len (4) und eine der Primärlichtquellen (3) baugleich sind, d. h. zu Beginn ihrer jeweiligen Lebensdauer eine gleiche Hellig keit sowie ein gleiches Emissionsspektrum aufweisen, insbe sondere alle Lichtquellen (3, 4) baugleich sind.
4. Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtdetektor (2) eine Photodiode (22) und einen zwischen den Lichtquellen (3, 4) und der Photodiode (22) angeordneten Spektralfilter (21 ) um fasst, welcher im Wesentlichen nur Licht eines engen Spekt ralbereichs, welcher das Absorptionsband des zu messenden Gases enthält, passieren lässt.
5. Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (1 ) ein CO2- Sensor ist, und der Empfindlichkeitsbereich des Lichtdetek tors (2) den Wellenlängenbereich um 4,3 Mikrometer Wellen länge enthält, insbesondere im Wesentlichen auf diesen be schränkt ist.
6. Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Referenzlichtdetektor (5) mit ei nem Empfindlichkeitsbereich, der auf Wellenlängenbereiche beschränkt ist, in welchem das zu messende Gas transparent ist, also die Moleküle des Gases keine Absorptionsbande auf weisen, wobei der Referenzlichtdetektor (5) insbesondere eine optischen Filter (51 ) und eine Photodiode (52) umfasst.
7. Gassensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils genau eine Primärlichtquelle (3), genau eine Re ferenzlichtquelle (4), genau ein Lichtdetektor und genau ein Referenzdetektor (5) vorhanden sind und die optischen Wege zwischen jeder der beiden Lichtquellen (3, 4) und jedem der beiden Detektoren (2, 5) gleich lang sind.
8. Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (10)
- einen Verstärker (102) zur Verstärkung des Ausgangssig nals des Lichtdetektors (2), und/oder
- einen Verstärker (105) zur Verstärkung des Detektorsig nals eines Referenzlichtdetektors (5), und/oder
- einen Mikrokontroller (101 ) zur Ansteuerung der Licht quellen (3, 4) und Weiterverarbeitung der analogen oder digitalisierten Detektorsignale.
9. Gassensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (10) - das dem Verstärker (102) des Lichtdetektors (2) ein Ana log/Digitalwandler (103) zur Digitalisierung des Detektorsig nals nachgeschaltet ist, und/oder
- dem Verstärker (105) des Referenzlichtdetektors (5) ein Analog/Digitalwandler (106) zur Digitalisierung des Refe renzdetektorsignals nachgeschaltet ist,
- wobei die Steuerung (10), insbesondere einen Mikrocon troller (101) der Steuerung (10), die verstärkten, die gemes sene Intensität repräsentierenden, Detektorsignale aus wertet und den Gehalt des zu messenden Gases ableitet und ausgibt.
10. Gassensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (10) umfasst
- einen dem Verstärker (102) nachgeschalteten Summierer (108) zum Aufsummieren des verstärkten Detektorsignals und einen dem Summierer (108) nachgeschalteten Schwellwertschalter (109), welcher auslöst, sobald ein ein gestellter Detektorschwellwert erreicht wird, und/oder
- einen dem Verstärker (105) nachgeschalteten Summierer (108‘)zum Aufsummieren des verstärkten Referenzdetek torsignals und einen dem Summierer (108‘) nachgeschal teten Schwellwertschalter (109‘) welcher auslöst, sobald ein eingestellter Referenzdetektorschwellwert erreicht wird, und
- wobei die Steuerung (10), die jeweils verwendete Licht quelle (3,4), im Normalbetrieb also die Primärlichtquelle (3) und im Referenzmessbetrieb die Referenzlichtquelle (4), nur solange betreibt, bis ein Schwellwert eines Schwell wertschalters (109, 109‘) erreicht ist, und als Messsignal die Pulsdauer zu erfassen und den Gehalt des zu messen den Gases hieraus ableitet und ausgibt.
11. Gassensor nach einem der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (6) mit einem Gaseinlass (61 ) und einem Gasauslass (62), wobei insbesondere ein Staubpartikel filter (63) dem Gaseinlass vorgeschaltet ist.
12. Gassensor nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (3,4) und/o der die Lichtdetektoren (2,5) durch ein transparentes Fenster oder eine Umhüllung, insbesondere aus Glas oder Quarzglas von dem in das Innere des Gassensors vorhandenen Gasge misch separiert sind.
13. Verfahren zum Betreiben eines Gassensors welcher umfasst: - mindestens einen Lichtdetektor (2,5),
- mindestens zwei Lichtquellen (3,4),
- eine Steuerung (10) zur Ansteuerung der Lichtquellen (3,4) und Auswertung eines, insbesondere analogen, Ausgangssignal der Lichtdetektoren (2,5), wobei die Steu- erung anhand des Ausgangssignals ein Messsignal er zeugt und ausgibt, dadurch gekennzeichnet, dass
- eine Referenzlichtquelle (4) der Lichtquellen (3) nur wäh rend eines Referenzmessbetriebes aktiviert wird, und - eine von der Referenzlichtquelle (4) verschiedene Primär lichtquelle (3) ausschließlich während eines Normalbetrie bes aktiviert wird, - wobei Normal- und Referenzmessbetrieb zeitlich alternie rend durchgeführt werden, und wobei
- eine Dauer des Referenzmessbetriebes wesentlich klei ner ist als eine Dauer des Normalbetriebes.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder alle der Lichtquellen (3,4) im Normalbetrieb und/oder im Referenzmessbetrieb gepulst betrieben werden, wobei eine Periode der Pulse zwischen 10 ms und 1 s und eine Pulsdauer zwischen 1/10 bis 9/10 der Pulsperiode be trägt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzmessbetrieb:
- in Intervallen wiederholt wird, insbesondere in regelmä ßigen oder unregelmäßigen Abständen einmal pro Tag oder seltener, einmal pro Woche oder seltener, einmal pro Monat oder seltener oder einmal pro Jahr oder sel tener, bevorzugt in Abständen, welche zwischen 0,1 % bis 10 %, besonders bevorzugt zwischen 0,1 % bis 2 %, einer erwarteten Lebensdauer der verwendeten Primär lichtquelle (3) entspricht, - in relativer Hinsicht ein zeitliche Dauer hat, welche
1/1.000 oder weniger, 1/100.000 oder weniger oder 1/1.000.000 oder weniger der Dauer des Normalbetriebs entspricht,
- in absoluter Hinsicht 10 Sekunde oder weniger, bevor- zugt 1 Sekunde oder weniger andauert, - zum ersten Mal erst nach einer Anfangsbetriebszeit durchgeführt wird, welche kürzer ist als eine Dauer nach folgender Referenzmessintervalle, insbesondere die Hälfte oder ein Drittel dieser Dauer, bevorzugt zwischen 0,033 % und 5 %, , bevorzugt 0,033 % und 1 %, einer erwarteten Lebensdauer der verwendeten Primärlicht quelle (3).
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Lichtquellen (3,4) und/oder die Lichtde tektoren (2, 5) eine anfängliche Kalibrierung durchgeführt wird, bei der Primärlichtquelle (3) und Referenzlichtquelle (4) nacheinander aktiviert und die von den Lichtdetektoren (2, 5) erfasste Helligkeit als Vergleichswert gespeichert wird, wobei diese Kalibrierung insbesondere unter Verwendung zweier o- der mehr unterschiedlicher Gase oder Gasgemische, bevor zugt unter Verwendung dreier oder mehr unterschiedlicher Gase oder Gasgemische durchgeführt wird.
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