光学气体分析装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种光学气体分析装置，其包括至少一个在管形测量样品池(1)中形成的、由被测气体流过的测量腔(M)，所述至少一个测量腔被至少一个设置在输入侧的红外射线源(2)纵向照射，所述红外射线源的通过吸收损失而减弱的光束用至少一个设置在输出侧的、用于按照NDIR光谱原理进行气体浓度分析的光-气动检测器(5)测量，设有用于改进在气体混合物分析时的选择性的光学装置，用于改进选择性的光学装置包括一个带有前置的光学干涉滤光片(7)的宽带接收器(6)，该光学干涉滤光片附加于光-气动检测器(5)地使用，用以抑制在被测气体中的杂质成分造成的干扰影响。

【技术实现步骤摘要】
光学气体分析装置
本专利技术涉及一种光学气体分析装置，其包括至少一个在至少一个管形测量样品池中形成的由被测气体流过的测量腔，所述至少一个测量腔被至少一个设置在输入侧的红外射线源纵向照射，至少一个设置在输出侧的用于按照NDIR光谱测量原理工作的分析气体浓度的光-气动(opto-pneumatisch)检测器测量所述红外射线源的因吸收损失而减弱的光束，设有用于在气体混合物分析时改善选择性的光学装置。
技术介绍
这种按照NDIR光谱学原理工作的气体分析装置的应用范围从气体——例如一氧化碳或者二氧化碳——的浓度分析至空气监控直至复杂气体混合物的微量分析。就在这方面，NDIR光谱测量，与其他分析方法诸如FTIR光谱法或者气体色谱分析法相比，用测量技术上较少的消耗提供小的指示极限，因此提供小的灵敏度。借助于按照非发散性红外光谱(NDIR)原理工作的气体分析装置的气体分析被广泛采用。气体分析装置的原理结构总是相同的。从红外射线源发射的光束透射包含被测气体的测量样品池，并在光线的输出侧上照在光电转换器上，该转换器主要形成为光-气动检测器。以足够的信噪比产生检测信号主要要求对射线源发出的光束进行调制。在通过测量样品池的路径上，从射线源发射的原始强度被吸收过程被减弱。这种减弱按Lambert-Beer定律取决于被吸收的气体的浓度。这里感兴趣的采用光-气动检测器的NDIR光谱学与其他NDIR气体分析装置相比达到特别高的灵敏度和选择性。在测量技术上这个有利的特性归功于气体分析装置的用待检测的被测气体组分填充的专用检测器。在周期地用红外线进行照射时，包含在检测器中的分子吸收特定的能量成分，这些能量成分通过振动松弛导致气体的温度和压力上升。因此该光-气动检测器只在与贮存在接收器中的气体的吸收频带准确一致的光谱范围内敏感。因而这种NDIR气体分析装置还被认为是“相关光谱仪"，它在原理上就已经决定了，对于包含在被测气体中的不同于检测器填充物的其他气体，横向灵敏度非常小。DE3937141A1提出一种同类的按照NDIR光谱学原理工作的光学气体分析装置。这里为了同时测量被测气体多个组分的浓度，使用两个彼此相邻的测量样品池，它们被供给被测气体或对比气体，并让调制过的红外线光束透射。在测量样品池中被部分地吸收之后，光束到达设置在样品池后面的第一光-气动检测器，该第一光-气动检测器带有两个在照射方向上彼此相继地设置的腔，在腔中包括气体试样的第一组分。这两个腔被一个对红外线光束透明的窗隔开。在上述第一检测器后面设置结构相同的第二光-气动检测器，它用气体试样的第二组分填充。第一和第二检测器之间使用一个专用辐射滤光片，该辐射滤光片对光束的透明度处于该气体试样第二组分较弱的射线吸收范围内。因此可以通过第二检测器同时测量干扰成分，并接着对横向灵敏度进行计算修正。然而为了把第二光-气动检测器包括在内，造成相应较高的制造费用。此外由于附加的测量通道需要维护，运行费用上升。此外还有其他限制：检测器的最大数目限于四个，由于在检测器前面需要光学干涉滤光片，所以不可能结合许多检测器。从DE102004031643Al已知另一种具有相同基本结构的光学气体分析装置。这里也用气体试样的第一组分填充第一光-气动检测器，并在其后面设置的第二光-气动检测器用该气体试样的第二组分填充。为了减小这种检测器结构的横向灵敏度，建议通过在该检测器装置前面安装气体过滤器，预先吸收可能被干扰成分吸收的辐射成分。DE19735716A1公开了采用按照NDIR光谱学原理工作的气体分析装置的多组分测量信号处理的另一种技术解决方案，它只用一个光-气动检测器就行。为此该气体分析装置通过如下方式调整得对测量的至少两个不同的气体成分敏感，即选择或调整检测器的腔比例和填充浓度，使得在各个气体成分信号之间出现相移，所述相移这样确定大小，使得在信号处理所使用的时间窗上对于各自一个待测的气体成分方面交变信号的积分达到最大值，而其它气体成分的积分为零或接近于零。以此使测量成分和干扰成分的信号相位达到正交化。为了在用光-气动检测器进行测量时降低横向灵敏度，从一般现有技术已知其它解决方案，它们基于通过在光-气动检测器前面安装光学干涉滤光片而屏蔽重叠吸收的光谱范围。此外已知，光-气动检测器作为所谓双层接收器，其带有彼此相继地设置的两个用气体填充的接收器腔室，它们两个被相同的辐射透射，但是对检测器中的敏感元件起相反作用，它可以形成为薄膜电容或微电流传感器。另外作为替代方案，还有在检测器后面使用一个或多或少反射的反射镜，在这样的双层接收器上对后检测器腔进行所谓光学延长，以便减小横向灵敏度。然而，通过上面提及的解决方案总是只能对一种干扰成分达到选择性的优化。此外只对各干扰成分的特定一种浓度才能做到完全排除横向灵敏度的影响。因此总还有剩余误差，影响测量的干扰成分越多，剩余误差越大。
技术实现思路
因此本专利技术的任务是，实现一种带有用于在气体混合物分析时改善选择性的装置的光学气体分析装置，它构造简单，可以用来分析带有多种导致接收器信号横向灵敏度的杂质成分的气体混合物。该任务用本专利技术的光学气体分析装置解决，其包括至少一个在至少一个管形测量样品池中形成的、由被测气体流过的测量腔，所述至少一个测量腔被至少一个设置在输入侧的红外射线源纵向照射，所述红外射线源的通过吸收损失而减弱的光束用至少一个设置在输出侧的、用于按照NDIR光谱原理进行气体浓度分析的光-气动检测器测量，设有在气体混合物分析时用于改进选择性的光学装置，用于改进选择性的光学装置包括一个带有一个前置的光学干涉滤光片的、设置在测量样品池下游的宽带接收器，所述光学干涉滤光片按照预先确定的样本具有多个透射范围，该光学干涉滤光片附加于光-气动检测器地使用，用以抑制在被测气体中的杂质成分造成的干扰影响。本专利技术包含这样的技术教导，即用于改善选择性的光学装置包括一个附加的宽带接收器，该宽带接收器带有前置的光学干涉滤光片，用来补充光-气动检测器，用以抑制在被测气体中的杂质成分的主要干扰影响。换句话说，在本专利技术中，除了至今一般使用的光-气动检测器以外，在同类的气体分析装置中使用复合的光学干涉滤光片连同光谱宽带敏感的检测器。在这里该光-气动检测器保证在测量成分方面高的灵敏度；设置附加的光学组件，用来高度抑制被测气体中的杂质成分造成的干扰影响。按照本专利技术设置的光学干涉滤光片优选构造为具有多个透射范围的所谓多变量光学元件(MOE)。因此，光学干涉滤光片不只限于一个唯一的透射范围。干涉滤光片的多个透射范围各自有目的地这样优化，使得可能按照预先确定的样本对辐射成分进行加权。这种样本可以与例如要求的透射曲线一致。作为宽带接收器优选采用热电检测器。然而作为其替代方案，还可能使用通过特定的气体填充人为地造成光谱宽带敏感的光-气动检测器。然而还可以是基于热电效应的其他热电检测器，这些检测器由铁电晶体或者是带有不对称晶体结构的陶瓷构成。由于这种不对称性，这样的材料具有电偶极矩并从而永久地偏振化。这种材料通过红外线辐射而升温时，晶格中的距离改变，从而使偶极矩和偏振化改变。以此在表面上出现电荷，可以将其作为电信号截取。这个电信号与辐射引入量的改变成正比。特别重要的是作为热电检测器的基本材料使用掺杂的硫酸三甘氨酸(本文档来自技高网...

【技术保护点】
光学气体分析装置，其包括在管形测量样品池(1，1a、1b)中形成的、由被测气体流过的至少一个测量腔(M)，所述至少一个测量腔被至少一个设置在输入侧的红外射线源(2，2a、2b)纵向照射，所述红外射线源的通过吸收损失而减弱的光束用至少一个设置在输出侧的、用于按照NDIR光谱原理进行气体浓度分析的光?气动检测器(5)测量，设有在气体混合物分析时用于改进选择性的光学装置，其特征在于，用于改进选择性的光学装置包括一个带有前置的光学干涉滤光片(7)的宽带接收器(6)，该光学干涉滤光片附加于光?气动检测器(5)地使用，用以抑制在被测气体中的杂质成分造成的干扰影响。

【技术特征摘要】
2011.07.29 DE 102011108941.51.光学气体分析装置，其包括至少一个在至少一个管形测量样品池(1，1a、1b)中形成的、由被测气体流过的测量腔(M)，所述至少一个测量腔被至少一个设置在输入侧的红外射线源(2，2a、2b)纵向照射，所述红外射线源的通过吸收损失而减弱的光束用至少一个设置在输出侧的、用于按照NDIR光谱原理进行气体浓度分析的光-气动检测器(5)测量，设有在气体混合物分析时用于改进选择性的光学装置，其特征在于，用于改进选择性的光学装置包括一个带有一个前置的光学干涉滤光片(7)的、设置在测量样品池(1，1a、1b)下游的宽带接收器(6)，所述光学干涉滤光片按照预先确定的样本具有多个透射范围，该光学干涉滤光片附加于光-气动检测器(5)地使用，用以抑制在被测气体中的杂质成分造成的干扰影响。2.按照权利要求1的光学气体分析装置，其特征在于，所述宽带接收器(6)形成为热电检测器。3.按照权利要求1的光学气体分析装置，其特征在于，由光-气动检测器(5)给出的、用于探测待测气体成分的第一信号(S1)以及由宽带接收器(6)给出的、与在光-气动检测器(5)上测量的横向灵敏度成正比的...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·拉特克，J·卡普勒，
申请(专利权)人：ABB技术股份公司，
类型：发明
国别省市：