具有用于发射窄带宽的光的LED发射体的光学气体传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于定量地测量一种或多种气体的浓度的光学气体传感器（1），所述光学气体传感器（1）具有：用于发射光波（L）的辐射源（2）、用于容纳要测量的气体（G）的样品池（3）以及用于测量光强度的探测器（4）。辐射源（2）具有光波（L）的至少一个发射体（5），并且被构造为同时以及彼此分开地发射至少一个第一波长和至少一个与第一波长不同的第二波长的光波（L）。此外，发射体（5）还被构造为发射如下光谱以及发射具有被引导的光路的光波（L），所述光谱的半峰全宽最大为质心波长的50%。探测器（4）被构造为定量地检测所发射的第一波长和第二波长的光波（L）的强度。的光波（L）的强度。的光波（L）的强度。

【技术实现步骤摘要】
具有用于发射窄带宽的光的LED发射体的光学气体传感器


[0001]本专利技术涉及一种用于定量地测量一种或多种气体的浓度的光学气体传感器。
[0002]光学气体传感器不仅能够实现定性地确定一种或多种气体的存在，而且能够实现定量地确定一种或多种气体的浓度。这样的气体传感器例如被用在用于运送和处理可燃的和/或有毒气体的设备中的气体探测装置中，以便探测不期望地逸出的气体。

技术介绍

[0003]公知具有发射体、样品池（K
ü
vette）以及探测器的光学气体传感器。在光学气体传感器的情况下，发射体是光源、诸如白炽灯，所述光源发射宽的光谱的光波、即具有大量不同的波长的光波。样品池优选地是基本上封闭的空间，要测量的气体处在所述空间内。样品池可以向外具有开口，所述开口能够实现样品池与气体传感器的周围环境的气体交换。探测器是光传感器，利用所述光传感器能优选地测量射到所述探测器上的光的强度。为了探测确定的波长的光，带通滤波器被连接在相对应的探测器之前。这样的带通滤波器可以被构造用于使一个或多个波长通过。
[0004]在运行时，要测量的气体或气体混合物被导入到样品池中。为此，样品池可以具有一个或多个开口。从光源发射的光波根据气体混合物的组成部分的浓度以及吸收波长而被相应的气体更强烈地或没那么强烈地吸收，并且紧接着射到如下光传感器上，所述光传感器测量所述光波的强度。以这种方式能确定，哪些波长已经如何强烈地被气体吸收。由于公知不同气体的特定的吸收特性，从所述结果中能确定气体混合物的组成。
[0005]从DE 202 02 694 A1中公知一种光学气体传感器，其具有用于容纳要测量的气体的圆柱形样品池。在样品池处，沿纵轴向的方向在一侧布置有平面镜，而在另一侧布置有凹面镜。凹面镜具有多个用于容纳白炽灯和光波探测器的凹陷部。从白炽灯发射的光波首先在平面镜与凹面镜之间多次被放射，直到这些光波射到光波探测器上。经此，延长了光波在其上可被要测量的气体或气体混合物吸收的光路程。因此，能更好地测量弱吸收性气体。
[0006]这样的光传感器尤其是具有如下缺点，白炽灯和光波探测器在凹面镜处的布置由于凹面镜的弯曲的表面而仅能以高成本来制造。此外，大量被用在光学气体传感器中的光源具有如下缺点，发射相对宽的光波谱。因此，不仅发射了具有对于测量气体浓度所需的波长的光波，而且发射了具有对于测量气体浓度不重要的并且为了避免测量误差而必须被带通滤波器过滤出来的波长的光波。经此，使光学气体传感器的效率受消极影响。除此之外，白炽灯尤其是具有如下缺点，电能的大部分被转化成热，所述热必须作为损耗热被排出。这导致气体传感器的过多的能量消耗，而且尤其是对于通过内部电流源（诸如电池）来供电的移动应用来说是不利的。由于耗电提高，电池的寿命以及因此移动气体传感器的运行时长明显被降低。

技术实现思路

[0007]从所述现有技术出发，本专利技术的所基于的任务已在于提供一种至少部分地不具有
这些缺点的光学气体传感器。因而，本专利技术的任务是提供一种光学气体传感器，利用所述光学气体传感器尤其是能定量地测量弱光波吸收性气体的浓度，并且所述光学气体传感器具有被改善的效率。
[0008]前述任务通过一种具有专利权利要求1的特征的用于定量地测量一种或多种气体的浓度的光学气体传感器来解决。本专利技术的其它的特征和细节从其它的专利权利要求、说明书以及附图中得出。
[0009]因此，该任务通过一种用于定量地测量一种或多种气体的浓度的光学气体传感器来解决，所述光学气体传感器具有用于发射光波的辐射源、用于容纳要测量的气体的样品池以及用于测量光强度的探测器。辐射源具有光波的至少一个发射体、诸如LED，并且被构造为同时以及彼此分开地发射至少一个第一波长的和至少一个与所述第一波长不同的第二波长的光波。发射体优选地被构造为发射如下光谱：所述光谱的半峰全宽（volle Halbswertsbreite）最大为质心波长的50%。此外，发射体优选地还被构造为发射如下离散光谱：所述离散光谱的半峰全宽最大为质心波长的20%。探测器被构造为定量地检测所发射的第一波长和第二波长的光波的强度。发射体优选地被构造为将由发射体消耗的电能的至少80%转化成光波。
[0010]本专利技术所基于的思想在于，通过使用这样的发射体可以显著地改善光学气体传感器的效率。经此，在生成光波时产生更少的热并且因此消耗更少的电能。在通过LED将电能转化成光波时，与例如通过如在许多传统的气体传感器中所使用的白炽灯相比生成更少的热。因此，气体传感器在运行时具有更少的耗电。这尤其对于移动应用来说是有利的，因为经此能明显延长所述移动应用的蓄电池的充电循环或电池的寿命。
[0011]通过分开发射不同波长的光波，例如能生成主信号以及参考信号，其中所述参考信号能用于检验主信号的测量结果。这里，应示例性地列举一种用于定量地确定甲烷的实施方案。在此，测量信号的测量波长被选择为具有大约3.2μm，参考信号的合适的参考波长得出为3.1μm和/或为3.9μm。
[0012]不同波长的越多光波能优选地分开地生成，越多气体能利用按照本专利技术的气体传感器定量地被确定。由此得出，发射体只发射相对窄带宽的光谱。光波由于气体的吸收特性而优选地在红外范围内。
[0013]被构造成LED的发射体具有如下优点，利用所述被构造成LED的发射体能发射相对短的光脉冲，而LED在光脉冲以后不像白炽灯那样有余辉。各个LED因此可以基本上紧接着相继发射光脉冲，使得例如测量信号和参考信号延伸穿过被布置在样品池中的基本上恒定的气体混合物。经此避免或减少了测量误差。此外，LED还具有如下优点，所述LED适合于发射相对窄带宽的光谱，并且在将电能转化成光波的情况下具有特别好的效率。LED在作为发射体的构造中的特殊的光学特性例如是从利用光波导进行光学信号传输的领域中公知的。尤其是所发射的光谱由于半峰宽度和质心波长引起的窄带宽性例如在DE 40 11 462 C2中予以阐释。
[0014]探测器例如是在光波射到时生成电流的光电二极管，所述电流的电流强度与光波的强度有关。因此，确定波长的光波经过气体的吸收度以及气体的类型或气体混合物的组成能被确定。优选地，至少一个探测器被构造为检测大量不同的、优选地不相交的波长范围。因此，利用样品池和探测器能以简单并且成本有利的方式探测至少两种不同的气体。
[0015]相对应的带通滤波器例如可以为了避免干扰影响而被布置在探测器之前。根据对气体传感器的设计，可以根据辐射源来构造带通滤波器。因此，在能用来发射例如以四个不同波长的光波的辐射源的情况下，在探测器前面优选地布置有如下带通滤波器，所述带通滤波器对于这四个波长来说都能通过。带通滤波器所具有的另一优点是，不被带通滤波器通过的光波可以被所述带通滤波器反射。因此可以是有利的是，在发射体或辐射源处布置带通滤波器，使得在具有被布置在其前面的带通滤波器的多个辐射源的情况下，与没有带通滤波器相比，镜的更少的反射面丢失。样品池优选地被构造为使得干扰影响、诸如来自气体传感器的周围环境的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于定量地测量一种或多种气体的浓度的光学气体传感器（1），所述光学气体传感器（1）具有：用于发射光波（L）的辐射源（2）、用于容纳要测量的气体（G）的样品池（3）以及用于测量光强度的探测器（4），其特征在于，所述辐射源（2）具有用于发射光波（L）的至少一个被构造为LED的第一发射体（5a）以及被构造为LED的第二发射体（5b），
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其中所述第一发射体（5a）被构造为发射作为主信号的第一波长的光波（L），
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其中在所述第一发射体（5a）之前布置光学滤波器，
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其中所述第二发射体（5b）被构造为发射与所述第一波长不同的第二波长的光波（L）作为用于检验所述主信号的测量结果的参考信号，
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其中在所述第二发射体（5b）之前布置光学滤波器，其中所述第一波长和所述第二波长的光波（L）是能够彼此分开地发射的，其中所述发射体（5a，5b）分别被构造为发射如下光谱，所述光谱的半峰全宽最大为质心波长的50%，其中所述探测器（4）被构造为定量地检测所发射的所述第一波长和所述第二波长的光波（L）的强度，并且其中所述样品池（3）具有镜装置，所述镜装置具有平面镜（6）和与所述平面镜（6）对置地布置的凹面镜（7），其中所述凹面镜（7）的光轴（8）垂直于所述平面镜（6）地来布置，并且所述辐射源（2）和所述探测器（4）被布置在所述平面镜（6）处，

【专利技术属性】
技术研发人员：A帕佩，A特勒尔施，
申请(专利权)人：德尔格安全股份两合公司，
类型：发明
国别省市：