用于分析流体的装置和方法制造方法及图纸

实施方式提供了用于分析流体的装置和方法。用于分析流体的装置(10)包括：分光器‑混光器光学器件(12)，其被设计成空间混匀光学信号并将其分为至少两个空间分束；流通池(14)，其被设计成借助流体样本至少在光谱方面影响所述至少两个空间分束(15a；15b)。该装置还包括测量机构(16)，其被设计成测量所述至少两个空间分束(15a；15b)。

Devices and methods for fluid analysis

【技术实现步骤摘要】
用于分析流体的装置和方法
实施方式涉及用于分析流体的装置和方法，尤其但不排它地涉及针对流体分析的概念，其提供对受流体影响的光学信号的空间混匀和分配。
技术介绍
从传统
中已知如下测量概念，借助光谱学来测量气体。例如出版物DE10315864B4公开了一种常见的测量装置。该装置用于呼吸气混合物中的多种气体成分的浓度确定。在此装置中，(宽带)光源的光在穿过流通池(Flusszelle)/样本池(Küvette)前借助光学元件被集束，随后透射测量池，随后在一次分光后或多次分光后被分到至少两个接收器(一个参考信号和至少一个测量信号)。在这种情况下，在接收器之前设有相应的滤光元件，以使得仅光的期望波长部分被相应的探测器检测到。从WO00/70330A1已知一种类似的用于呼吸气分析的装置。在该装置中，宽带光源的光也在穿过流通池/细管(Kapillare)之前借助光学元件被集束，穿透测量池并随后直接被引导至接收器阵列(场布置)。在这里，也分别在接收器之前设置相应的滤光元件，以使得仅光的期望波长部分被相应的传感器元件检测到。从出版物EP1842040B1已知另一个测量装置。在该测量装置中，(含宽带波长或多个波长的)光源的光在透射被测物之后借助衍射光学元件被聚焦到接收器。该衍射元件在这种情况下被设计成菲涅尔透镜形式。在该装置中，也可以将多个菲涅尔透镜同时布置在一个二维阵列中，其中，装置的每个透镜被设计成将一定波长聚焦到为此设置的探测器。在该装置中，未在各接收器元件之前设置附加的滤光元件，因为每个透镜分别被设计成其只分别将特定波长的光聚焦到特定的接收器元件。在流通池/样本池之后的与波长相关的直接分光也从现有技术已知，参见文件DE102005002106B3。在这种情况下，完全像在分光器中常见的那样借助衍射相位元件将测量光分配到不同的波长。通过同时设置折射聚焦元件，测量光被转向至阵列中的各个传感器元件/接收器。图7示出了各种不同的已知测量结构，其分别具有光源100、光学器件110和样本池或流通池120。于是，测量光在经过滤光单元140a-d后利用接收单元130a、130b、130c、130d被测量。图7在上侧示出了现有技术的测量结构，例如像由文件WO00/70330A1所公开的测量结构。从光源100射出的光借助合适的光学器件110被准直并透射流通池/样本池120。接着，测量光射到具有多个接收器元件130a-d和前置滤光元件140a-d的接收单元。图7在中间示出了具有棱镜元件150的结构，该棱镜元件将测量光经由两个滤光元件140a、b引导至两个光接收器130a、b。在图7的下方使用分光器(例如二色分光器)，以将测量光分配到两个光接收器。在许多所述构造中可能出现的是，例如可能出现在流通池120的壁或窗处的污垢和/或冷凝物位于流通池120的透射区域中并同时削弱测量光分束的强度。但是，在适当选择波长选择性滤光元件的情况下可以通过将测量光分光来实现对由于脏污导致的光削弱所引起的测量误差的修正。为此，如此选择接收单元的测量滤光镜，即，使相应的分束不经受由流通池内的测量气体造成的光谱削弱，尽管接收单元检测到由于脏污影响而引起的光强变化。通过将其余测量通道归一化至该标准，可以对误差过大地测定的气体浓度进行修正。类似的影响可能由于流通池内流体浓度的局部波动或差异而引起。但若干扰仅出现在局部，则仅涉及相应分束所入射的接收器元件。在这种情况下仍留有测量误差，因为测量光束和参考光束因局部屏蔽而未同样变化。这样的问题也可能出现在使用空间选择性分光器的情况，就像在图7的中间视图中所示出的那样。例如可以采用用于将光分成一个上分光束和一个下分光束的镜面棱镜元件150。例如上分光束可能遇到局部干扰而下分光束没有，这可能导致测量数据局部失真。同样的问题也针对如出版物EP1842040A1所述的菲涅尔透镜元件或DE102005002106B4的折射透镜阵列出现。在图7的视图的下侧示出的测量结构采用了在空间上非选择性的分光器160(如二色分光器)。当需要许多测量传感器/接收器(例如用于一个或多个气体和参考波长的多个吸收线)时，须针对附加接收器分别采用另一个分光元件。这可能导致附加损耗和复杂且不太紧凑的结构。
技术实现思路
因此，需要一种改进的流体分析概念。这种需求根据独立权利要求的装置和方法的实施方式来满足。实施方式基于如下认识，在流通池/细管的待透射壁上或许存在的污垢/附着物(如凝结物)或其它干扰(例如在滴或微粒上的散射或位于测量光的光路中的局部出现的流量波动)导致了测量数据局部失真，即穿透流通池的测量光的一定空间部分遇到干扰，其它部分则没有。实施方式因此基于以下核心思想，在空间上混匀测量光以便混匀并分散这种干扰或脏污的影响，从而获得一种干扰影响的空间平衡或空间调配。这样的干扰影响可能在流通池/样本池中例如也来自局部压力和/或浓度波动。实施方式还基于以下认识，在此根据分光元件类型的不同可能出现特殊的影响。将入射光束的不同的子分束引导到不同的光路上的分光器(像上述的菲涅尔透镜的二维排布，任何其它的简单透镜阵列排布，但也可以是镜面棱镜或者简单的接收器阵列排布)直接受在透射样本的测量光中的空间局部的上述干扰的影响。各传感器元件(各自与气体的吸收线或参考测量设备相关联)受在流通池/细管内的局部干扰的影响，而其它的则没有。在常见的波长选择性分光器(例如介电分光器/二色分光器)或者简单的半反射分光反射镜中，如果多个传感器元件要接受相同的测量光，则所述分光器元件必须前后布置，这一方面导致更高的测量光损耗，另一方面导致很复杂且不太紧凑的结构(尤其是对于在红外线区段工作的测量装置)。在使用分光器的装置的情况下，分光器和光电探测器不是以前后堆叠的形式进行布置，而是相对于光轴以较大角度进行布置。这可能导致在构建和连接技术方面的高昂成本。实施方式提供一种与光路中的局部脏污/干扰无关的装置或测量方法，其在流通池/样本池内的气体混合物/蒸汽混合物中有局部波动的情况下也防止错误的测量结果，并且总体上具有更小损耗并可以具有紧凑的结构。实施方式提供一种用于分析流体的装置。该装置包括分光器-混光器光学器件，其被设计成在空间上混匀光学信号并将其分为至少两个空间分束。该装置还包括流通池，该流通池被设计成借助流体样本至少在光谱方面影响这两个空间分束。此外，该装置包括测量机构，该测量机构被设计成测量所述至少两个空间分开的分束。实施方式还提供一种用于分析流体的方法。该方法包括空间混匀光学信号并将其分为至少两个空间分束。该方法包括利用流体样本影响所述至少两个空间分束并且测量所述至少两个空间分束。通过空间混匀，干扰影响(理想以均匀的方式)被空间分散并对分束有相同的影响。由此可以实现干扰以相对均匀的方式对分束产生影响。在一些实施方式中，该分光器-混光器光学器件可以沿光学信号的传播方向布置在流通池前面，以便使所述至少两个空间分束透射流体样本。在其它实施方式中，该分光器-混光器光学器件可以沿光学信号的传播方向布置在流通池后面，以便使光学信号透射流体样本。因此，实施方式可以就布置而言提供灵活性。例如，光学信号可以透射过待检样本，并且因此受到样本影响的光学信号于是可以被混匀和分光。在一些实施方式中也可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于分析流体的装置，所述装置包括：分光器‑混光器光学器件，所述分光器‑混光器光学器件被设计成空间混匀光学信号并将所述光学信号分为至少两个空间分束；流通池，所述流通池被设计成借助所述流体的样本至少在光谱方面影响所述两个空间分束；测量机构，所述测量机构被设计成测量空间分隔开的所述至少两个空间分束，其中，所述分光器‑混光器光学器件包括衍射光学元件，并且其中，所述衍射光学元件被设计成针对n个测量场实现1至n个光束分光为n个分束，其中，n是大于1的自然数。

【技术特征摘要】
2018.01.12 EP 18151391.21.一种用于分析流体的装置，所述装置包括：分光器-混光器光学器件，所述分光器-混光器光学器件被设计成空间混匀光学信号并将所述光学信号分为至少两个空间分束；流通池，所述流通池被设计成借助所述流体的样本至少在光谱方面影响所述两个空间分束；测量机构，所述测量机构被设计成测量空间分隔开的所述至少两个空间分束，其中，所述分光器-混光器光学器件包括衍射光学元件，并且其中，所述衍射光学元件被设计成针对n个测量场实现1至n个光束分光为n个分束，其中，n是大于1的自然数。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述分光器-混光器光学器件沿所述光学信号的传播方向布置在所述流通池的前面，以便使所述至少两个空间分束透射所述流体的所述样本。3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述分光器-混光器光学器件沿所述光学信号的传播方向布置在所述流通池的后面，以便使所述光学信号透射所述流体的所述样本。4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，所述装置被设计成分析气态的或蒸汽态的流体。5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，所述装置具有至少一个光源，所述至少一个光源用于生成用于透射所述流通池的所述光学信号。6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述测量机构具有光接收单元，所述光接收单元具有各自具有前置的对应滤光镜的至少两个光接收器。7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述衍射光学元件被设计成作为1至n个光束的分光器实现在至少4个象限中的分配。8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述分光器-混光器光学器件被设计成生成可用作其它光束的参考的中心光束。9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述分光器-混光器光学器件包括至少一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·G·彼得，F·M·费斯特尔，
申请(专利权)人：德尔格维克公司，德国弗劳恩霍夫应用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：德国,DE