專利名稱：氣體分析設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及一種氣體分析設(shè)備，尤其是這樣的一種設(shè)備，該設(shè)備包括圍繞或者容納氣體試樣的腔室，光發(fā)射裝置，接收通過腔室的壁反射的光的裝置，以及一個電子電路，該電路是可調(diào)整的使得在其它功能中能夠相對于發(fā)射的光依據(jù)光譜分析來分析接收的光，并且以這樣的方式確定一種選擇氣體和/或者混合氣體的存在和濃度，如果存在，在所述腔室中在任何時間出現(xiàn)。
此外，本發(fā)明基于腔室中形成的表面或壁，該表面或壁將反射發(fā)射的光，例如IR光(紅外光)，具有非常有效的光反射性能。
此外，設(shè)備要求所述腔室提供或露出一個或幾個孔，通常借助于擴散作用，使氣體試樣通過而進(jìn)出所述腔室。
特別地，本發(fā)明涉及一種使用了腔室的氣體分析設(shè)備，該腔室可考慮設(shè)計、成型或設(shè)置成細(xì)長的內(nèi)部形狀，更確切地說，腔室的總長度可調(diào)整為期望的測量長度，以便提供一種所要求的光路。
因此，鄰近或靠近腔室來定位所述一個孔和/或多個孔，這樣將腔室的內(nèi)部空間與圍住氣體或混合氣體的腔室連接起來，這樣通過擴散，在周圍氣體或混合氣體中發(fā)生的氣體的濃度和/或混合氣體的組成的變化能夠改變氣體試樣中的氣體的濃度和/或混合氣體的組成，所述氣體試樣由腔室封閉，或者容納在腔室中。
另外，所述腔室由多個相互作用的壁部分或者表面來限定，所述壁部分或者表面將作為限定物體存在于所述光發(fā)射裝置和所述光接收裝置之間。
背景技術(shù)：
具有上面描述的特征的方法和設(shè)備在多個不同實施例中都是已知的。
對于選擇的氣體和/或選擇的混合氣體的存在的精確測量，和/或?qū)τ跉怏w和/或混合氣體的濃度的仔細(xì)測量，都要求在腔室內(nèi)存在縱向排列的不同長度的測量路徑，對于選擇的氣體或者混合氣體，需要一個或幾個這樣的測量路徑，并且對于隨后選擇的氣體或混合氣體，也需要一個或幾個相同或者不同的測量路徑。
因此，為了相關(guān)目的，對于需要的相對短測量路徑的測量，使用將被稱為原理(A)的第一原理是已知的，涉及導(dǎo)致波導(dǎo)概念的光反射結(jié)構(gòu)。
因此，為了相關(guān)目的，對于需要的相對長的測量路徑的測量，使用將被稱為原理(B)的第二原理也是已知的，涉及使用反作用的橢圓形形狀的鏡面，借此，允許以點的形式產(chǎn)生的光在中心鏡面上反射幾次，參考想要的測量路徑來選擇次數(shù)的數(shù)目，以便這樣提供可調(diào)整的長測量路徑。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，盡管原理(B)打算用于一個根據(jù)上面指定前提的應(yīng)用，該應(yīng)用也能夠在原理(A)中實施，這是很顯然的。
因此，為了簡化，本發(fā)明將主要根據(jù)上面描述的原理(A)來考慮。
作為現(xiàn)有技術(shù)以及認(rèn)為與本發(fā)明相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域的實例，該現(xiàn)有技術(shù)與上面描述的原理(A)相關(guān)，為了示例的目的，國際專利文件WO93/11418(國際專利申請?zhí)枮镻CT/US91/08822)的內(nèi)容能夠被提到，所述專利公開的

圖1也作為本申請的圖1給出，并且作為一個本發(fā)明可以考慮作為基礎(chǔ)的技術(shù)實施例。
在此提出使用一個容納氣體試樣的腔室或單元10，它是可調(diào)整的，這樣它能夠用來做氣體分析設(shè)備，該設(shè)備由長“直”管21組成，該管具有四個向內(nèi)配置給壁的光反射表面22，以便這樣允許該管作為波導(dǎo)起作用，可被調(diào)整為把來自光發(fā)射裝置20的稍微有點發(fā)散的光束或光錐，不但直接而且隨后反射地，引導(dǎo)到檢測器或光接收裝置16，所述光束或光錐具有選擇的孔徑角，并且光束中產(chǎn)生的光線將穿過容納的氣體試樣。
特別地，在此示出的實施例中在長管21的表面或壁上設(shè)置有多個穿透孔或小孔24，通過這種方式使得緊密圍繞氣體或混合氣體進(jìn)出小室10的擴散的緩慢通過是可能的。
通過使用多個小的半透射隔膜28，尺寸大于0.1微米的煙霧和灰塵粒子被隔在小室10的外邊，該隔膜的數(shù)目與小孔的數(shù)目一致，并且允許每個隔膜覆蓋管中的一個孔。
在此特別公開了裝置的使用，通過設(shè)置使小室中的氣體試樣電加熱到超過試樣成份的凝點溫度，這樣能夠?qū)碜詺怏w的濃縮的采樣分量凝結(jié)，該成分將在直管21中被估計。
特別地，在實施例中公開的設(shè)計中，18個徑向設(shè)置的小孔24沿著管的四個側(cè)面以及沿著管的整個長度均勻地分布在四條線上，每個孔具有一個濾光器。
其它實施例也屬于現(xiàn)有技術(shù)，公開號為US5,170,064A的專利中公開和描述了一種基于紅外輻射(IR輻射)的氣體檢測器，該檢測器使用了一個腔室，該腔室設(shè)計成橢圓形或橢圓體形反射表面。
橢圓形反射面以公知的方式具有第一焦點和第二焦點。
一個焦點位于腔室4中，以便在那里容納一種惰性氣體，一個腔室3用于容納想要分析的氣體試樣。
光發(fā)射裝置24位于一個焦點11，光接收裝置26位于第二焦點12。
兩個腔室或小室2，4由透明片15彼此分開。
而且，已知的可選氣體檢測所使用的檢測裝置是基于光譜分析的，例如在公開號為US4,557,603A的專利中所公開和描述的。
公開號為US4,557,603A的專利中公開了一種氣體分析設(shè)備，該設(shè)備使用了發(fā)射紅外光的裝置，該裝置位于腔室中，腔室的內(nèi)表面具有光的高反射性能。
在此特別公開，從橢圓形或橢圓體形表面以及中間平坦的表面反射的光反射裝置能夠在光接收裝置上聚焦。
在該情況下，在腔室中形成的光輻射被在所述腔室中容納的氣體以相關(guān)頻率的方式吸收是可能的，光反射裝置的頻率強度和在光接收裝置中檢測到的頻率強度相比較產(chǎn)生所需的條件，用于能夠不僅僅檢測到氣體和/或混合氣體的存在，而且可以測量到當(dāng)前氣體的濃度。
如果考慮本發(fā)明的特征和需要的測量，其測量是為了能夠給在此描述類型的氣體分析設(shè)備提供迅速的反應(yīng)時間所需要的測量，那么，采用幾種測量以便減少已知氣體分析的反應(yīng)時間是正確的。
因此，為了增加氣體分析的靈敏性并且為了減少反應(yīng)時間，在分別驅(qū)動安裝在側(cè)面上的設(shè)備的幫助下，可以產(chǎn)生需要的條件，這是已知的，這樣用于分析的氣體分量能夠從主氣流中抽出，并且允許分開后的氣體分量以選定的速度通過腔室，該腔室是用于實際測量的腔室。
對于在主氣流中的氣體分析設(shè)備，允許使用腔室，借此主氣流的速度將決定獲得的反應(yīng)時間，這是已知的。
在氣體分析系統(tǒng)中使用各種裝置和方法來壓縮通過腔室的氣體或混合氣體，由此導(dǎo)致這樣的系統(tǒng)被稱為“主動”系統(tǒng)。
允許想要分析的氣體或混合氣體的一部分通過擴散進(jìn)入腔室，這樣已知的氣體分析系統(tǒng)被稱之為“被動”系統(tǒng)。
關(guān)于具有在引言中描述的特征的氣體分析設(shè)備的實施例，并且根據(jù)由上面指出的公開號為WO93/11418的專利說明，很顯然，在該情況中沿著多條線形成和分布的小孔將給出很慢的擴散，以這種方式，氣體分析設(shè)備將只能夠估計延遲的、緩慢變化的平均值。這樣反應(yīng)時間將會非常長。
反射光束的系統(tǒng)也屬于現(xiàn)有技術(shù)，在下面描述的圖8中示出，其中光發(fā)射裝置產(chǎn)生一個發(fā)散光束或光錐，這樣的光束允許從凹面反射，朝向光束的接收裝置會聚，以便在該裝置中產(chǎn)生一個強的(強烈的)光發(fā)射裝置的圖像。
如果考慮本發(fā)明的情況，將會理解，根據(jù)圖8的反射模式，在檢測器形成一個不希望的光源的聚焦圖像。然而，本發(fā)明旨在基于需要的條件，以便在檢測器中形成光源的圖像，該光源在焦點對準(zhǔn)時，保持發(fā)散。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本領(lǐng)域技術(shù)人員必須在相應(yīng)技術(shù)領(lǐng)域或范圍中實施技術(shù)估計以便能夠為提出的一個或多個技術(shù)問題提供技術(shù)方案，該技術(shù)問題不但在將要采用的步驟和測量和/或隨后的步驟和測量中是最初必需的認(rèn)識，而且也是需要的裝置(單個或多個)的必須選擇，如果考慮上述情況，那么下面本發(fā)明的發(fā)展中，將公開與此相關(guān)的技術(shù)問題。
因此，當(dāng)考慮現(xiàn)有技術(shù)時，例如上面部分地關(guān)于國際公開號為WO93/11481的專利所描述的，能夠認(rèn)識到即使氣體分析系統(tǒng)在不同應(yīng)用中使用，通過試樣裝置創(chuàng)造需要的條件，能夠以這種方式提供一個較短的反應(yīng)時間，在不同應(yīng)用中，根據(jù)類型“A”或者“被動”系統(tǒng)的條件是充分的，或者至少達(dá)到了現(xiàn)有重要程度的重要性及其優(yōu)點，應(yīng)該被看作是一個技術(shù)問題。
因此，技術(shù)問題還在于認(rèn)識到產(chǎn)生在此考慮類型的氣體分析系統(tǒng)所需要的條件，當(dāng)使用將提供一個強烈的光信號的波導(dǎo)概念時，該光信號是一個散射物體，不需要使用透鏡，依靠清晰地光源的會聚圖像，不需要檢測器取決于光源的一個尖銳的圖象，因此這意味著適度的對準(zhǔn)或者不需要對準(zhǔn)，因此相對于熱量、沖擊、振動或者類似的影響提供了較好的穩(wěn)定性，具有較長的校準(zhǔn)間隔，這使得它在實際應(yīng)用中不用維護(hù)，因此可估計與接受裝置中的反射光的頻率相關(guān)的光強度，它隨著頻率而變，并且在腔室上具有一個較大的孔，或者幾個較大的孔，從而通過這種方式可以為氣體或者混合氣體的一個非?？斓臄U散性能提供所需的條件，該氣體或者混合氣體緊密圍繞進(jìn)出腔室用于形成一個測量體積。
技術(shù)問題還在于能夠認(rèn)識到在腔室中創(chuàng)造需要的條件的重要性及其優(yōu)點，這樣在腔室中的全部和連續(xù)反射表面的幫助下，能夠發(fā)生與頻率相關(guān)的光譜分析，該腔室在光發(fā)射裝置和接收反射光的裝置之間。
技術(shù)問題還在于能夠認(rèn)識到在腔室中創(chuàng)造需要的條件的重要性及其優(yōu)點，這樣在沿著已知的表面部分定向的孔的幫助下，能夠使得涉及腔室的擴散時間變短，該表面是平行或者至少是基本平行于光束的傳播方向定向。
技術(shù)問題還在于能夠認(rèn)識到允許給在所述光發(fā)射裝置和所述接收反射光的裝置間的腔室配置稍微有點彎曲的設(shè)計的重要性及其優(yōu)點，給腔室配置一個具有凹形狀的表面，該表面與配置給腔室的側(cè)表面相同，形成全部或基本上全部需要的光反射表面，同時配置給腔室的一個孔與所述凹面相對定向。
技術(shù)問題還在于能夠認(rèn)識到允許所述光發(fā)射裝置和所述接收反射光的裝置位于使用的腔室中的凹面的兩端的重要性及其優(yōu)點。
技術(shù)問題還在于能夠認(rèn)識到允許所述一個孔或多個孔在所述光反射裝置和所述光接收裝置間的單獨狹窄范圍上定向的重要性及其優(yōu)點。
技術(shù)問題還在于能夠認(rèn)識到允許給所述孔配置大小、長度和方向的重要性及其優(yōu)點，所述孔將主要通過擴散為腔室中的全部氣體試樣與另一種全部氣體試樣提供快速“被動”交換。
技術(shù)問題還在于能夠認(rèn)識到允許以協(xié)同方式調(diào)整的所述一個和/多個孔的總表面區(qū)域覆蓋位于光發(fā)射裝置和光接收裝置之間的腔室的總內(nèi)表面的15％以上的重要性及其優(yōu)點。
技術(shù)問題還在于能夠認(rèn)識到允許以協(xié)同方式調(diào)整的所述孔的總表面區(qū)域覆蓋位于光發(fā)射裝置和光接收裝置之間的腔室的總內(nèi)表面的50％以下的重要性及其優(yōu)點。
技術(shù)問題還在于能夠認(rèn)識到允許調(diào)整所述孔的總表面區(qū)域覆蓋位于光發(fā)射裝置和光接收裝置之間的腔室的總內(nèi)表面的20-30％的重要性及其優(yōu)點。
技術(shù)問題還在于能夠認(rèn)識到允許配置所述孔到具有方形或等效形狀的四個側(cè)面中的一個的重要性及其優(yōu)點。
技術(shù)問題還在于能夠認(rèn)識到在使用一個給發(fā)散光束或光錐提供大的發(fā)散角度的光發(fā)射裝置的時候產(chǎn)生需要的條件，使得腔室的彎曲半徑可以選擇小于給發(fā)散光束提供較小的發(fā)散角的光發(fā)射裝置的腔室的彎曲半徑的重要性及其優(yōu)點。
技術(shù)問題還在于能夠認(rèn)識到相對于從腔室表面到光發(fā)射裝置的距離，對于給發(fā)散光束提供較大發(fā)散角的光發(fā)射裝置的腔室的彎曲半徑選擇成小于給發(fā)散光束提供較小發(fā)散角的光發(fā)射裝置的腔室的彎曲半徑的重要性及其優(yōu)點。
技術(shù)問題還在于能夠認(rèn)識到創(chuàng)造需要的條件，使得能夠調(diào)整單個或者至少少數(shù)幾個濾光器來覆蓋腔室的可調(diào)整的孔的重要性及其優(yōu)點。
而且，能夠認(rèn)識到允許分配給光束的中心線連接到切線方向，該切線是通過凹的彎曲表面定向的，并且所述表面部分位于光發(fā)射裝置附近的重要性及其優(yōu)點，這應(yīng)該被看作是一個技術(shù)問題。
而且，能夠認(rèn)識到允許分配給光束的中心線相對于所述切線被分配給一個低的或小的角度的重要性及其優(yōu)點，這應(yīng)該被看作是一個技術(shù)問題。
此外，能夠認(rèn)識到產(chǎn)生一個強烈的聚焦光錐而不需要光發(fā)射裝置的聚集圖像的重要性及其優(yōu)點以及相關(guān)條件，這應(yīng)該被看作是一個技術(shù)問題。
而且，能夠使用簡單裝置產(chǎn)生上述所需要的條件，使得產(chǎn)生的光束或光錐沿著凹面反射選擇數(shù)目的次數(shù)能夠保持為一個較低的值的能力應(yīng)該被看作是一個技術(shù)問題。
方案本發(fā)明基于在引言中描述的現(xiàn)有技術(shù)，其中一種氣體分析設(shè)備包括容納氣體試樣的腔室，光發(fā)射裝置，用于接收通過腔室反射的光的裝置，電子電路，電子電路可調(diào)整使得能夠通過光譜分析來分析和確定在所述腔室中作為氣體試樣存在的選擇氣體或混合氣體的存在和/或濃度。
本發(fā)明基于在腔室中相對并且輔助的多個表面，這些表面提供極好的光反射性能，所述腔室提供一個或多個孔，作為氣體通過擴散進(jìn)出所述腔室的通道。
特別地，本發(fā)明基于設(shè)置有這樣形狀的所述腔室，該腔室被限定在所述光發(fā)射裝置和所述光接收裝置之間，并且在腔室上設(shè)置所述一個孔和/或多個孔是可能的。
為了能夠解決一個或多個上面提出的技術(shù)問題，本發(fā)明現(xiàn)在特別提出，允許在所述光發(fā)射裝置和所述光接收裝置間，將所述腔室和/或它的一個反射表面設(shè)置成有稍微有點彎曲的形狀，并且所述一個孔和/或多個孔位于所述光發(fā)射裝置和所述光接收裝置間已單獨限定的范圍中，并且所述孔設(shè)置有大小和長度范圍，能夠主要通過擴散作用、主動或被動地為一種氣體試樣與另一種試樣提供快速交換。
一個落在本發(fā)明基本原理結(jié)構(gòu)中的優(yōu)選實施例提出，所述光發(fā)射裝置和光所述光接收裝置將定位在所述腔室和/或所述光反射表面的兩端。
而且，提出以協(xié)同方式調(diào)整的所述一個和/或多個孔的總表面區(qū)域覆蓋在光發(fā)射裝置和光接收裝置之間的腔室總內(nèi)表面的15％以上。
而且，提出以協(xié)同方式調(diào)整所述孔的總表面區(qū)域，以覆蓋在光發(fā)射裝置和光接收裝置之間的腔室總內(nèi)表面的50％以下。
特別提出，所述一個孔和/或多個孔的總表面區(qū)域被調(diào)整為覆蓋在光發(fā)射裝置和光接收裝置之間的腔室總內(nèi)表面的20-30％。
而且，提出孔的橫截面設(shè)置為方形或者基本上是方形。
如果所述孔設(shè)置在屬于方形或等同物的四個側(cè)面中的一個上，這是一個優(yōu)點。
而且，本發(fā)明提出，相對于給發(fā)散光束提供較大發(fā)散角的光發(fā)射裝置，給腔室所設(shè)置的彎曲半徑可以選擇小于給發(fā)散光束提供較小發(fā)散角的光發(fā)射裝置所設(shè)置的半徑。
相對于從腔室表面到光發(fā)射裝置的距離，對于給發(fā)散光束提供較大發(fā)散角的光發(fā)射裝置的腔室的彎曲半徑選擇成小于給發(fā)散光束提供較小發(fā)散角的光發(fā)射裝置的腔室的彎曲半徑。
單個濾光器適用于覆蓋單個孔，這是提出的一個優(yōu)點。
此外還提出，光束的中心線或中心光線可被調(diào)整，以連接到通過凹的彎曲光反射表面和通過位于靠近光發(fā)射裝置的部分表面的切線方向。
光束的中心線具有相對于所述切線的小角度。
特別地，光束的中心線具有相對于所述切線在10°以內(nèi)的角度值是很可能的。
在所述接收反射光的所述裝置中產(chǎn)生強烈聚焦光束或光錐，而不產(chǎn)生光發(fā)射裝置的直接圖像。
在光發(fā)射裝置產(chǎn)生的光束或光錐例如它的中心光束或光線可被調(diào)整，以便在它撞擊到光接收裝置之前在凹面中反射幾次，選擇中心光線的反射次數(shù)小于8，例如選擇反射次數(shù)在3到5之間。
優(yōu)點能夠主要作為本發(fā)明的特性以及通過這種方式提出的特別重要的特征的優(yōu)點在于，通過這種方式能夠創(chuàng)造出需要的條件，從而可以提供一種具有特殊設(shè)計的腔室的氣體分析系統(tǒng)，并從而可以容納想要分析的氣體，該腔室適于在被動系統(tǒng)中適當(dāng)?shù)膽?yīng)用。
通過一個或少數(shù)幾個腔室中的大孔，在腔室周圍的氣體或混合氣體的擴散可以以較快的速度產(chǎn)生。
腔室配置有稍微彎曲的形狀，以便這樣在光發(fā)射裝置和接收反射光的裝置之間形成凹的光接收表面。
通過沿著凹面的反射，一個強烈的聚焦光束或光錐出現(xiàn)在接收反射光的裝置，不需要光發(fā)射裝置的聚焦圖像，并且選擇彎曲光反射表面中的反射點的數(shù)目，這樣圖像不會產(chǎn)生任何依靠時間的顯著變化。
接收反射光的裝置連接到一個電子電路，該電路是可調(diào)整，能夠通過光譜分析來估計選擇的氣體或混合氣體的存在和/或容納的氣體或混合氣體的濃度，并且當(dāng)數(shù)值變得很高的時候，提供一個視覺或聽覺信號給報警單元。
可以認(rèn)為，在附屬的權(quán)利要求1的特征部分中給出了本發(fā)明設(shè)備的技術(shù)特征。
附圖描述為了示例的目的，一個展示了本發(fā)明顯著特征的設(shè)備的當(dāng)前提出的實施例將參照附圖被更詳細(xì)地描述，在附圖中圖1示出了根據(jù)國際專利公開號為WO93/11418的圖1的現(xiàn)有技術(shù)；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的氣體分析設(shè)備的第一實施例的側(cè)視圖和剖視圖；圖3示出了使用的腔室所選擇的橫截面的第一實施例；圖4示出了使用的腔室所選擇的橫截面的第二實施例；圖5示出了使用的腔室所選擇的橫截面的第三實施例；圖6示出了根據(jù)圖3的從下側(cè)并且濾光器被移走的第一實施例；圖7示出了根據(jù)圖3的從下側(cè)、濾光器被移走，并且具有一個如圖6中所示的成形孔的可選擇的設(shè)計的第一實施例；圖8意在圖示現(xiàn)有技術(shù)，其中一個光發(fā)射裝置適于發(fā)出一個光束或者光錐到一個圓弧形的凹面鏡表面上，在那里以接收反射光的方式，產(chǎn)生具有一個較高光強度的光發(fā)射裝置聚焦的圖象；圖9意在圖示一個根據(jù)本發(fā)明的實際的邊界線情況，其中一個光發(fā)射裝置適于發(fā)出一個光束或者光錐到一個圓弧型式的凹面鏡表面上，在那里以接收反射光的形式，產(chǎn)生具有較高光強度的光發(fā)射裝置的稍微有點散射的圖象，通常在使用時只有兩個反射表面或者反射點；圖10為了圖示一個根據(jù)本發(fā)明的更適合的情形，其中光發(fā)射裝置適于發(fā)出一個小入射角的光束或者光錐到一個圓弧型式的凹面鏡表面上，并且在那里以接收反射光的形式，產(chǎn)生具有較高光強度的光發(fā)射裝置的另一散射圖象，通常在使用時具有四個或者五個反射表面或者反射點；圖11示出了根據(jù)圖10的實施例的放大視圖，其中靠近圓弧形式反射凹面端部截面的光發(fā)射裝置的位置是清楚的；和圖12示出了根據(jù)圖2和3的一個可選擇實施例的透視圖。
具體實施例方式
參照圖1，示出了氣體分析設(shè)備的一個已知的實施例，從該實施例本發(fā)明的設(shè)備可以作為一個改進(jìn)。
國際專利公開號為WO93/11481的內(nèi)容作為參考用于更詳細(xì)地描述根據(jù)圖1的設(shè)備。
然而，這里應(yīng)該指出的是氣體分析設(shè)備1包括容納有氣體試樣的腔室2，光發(fā)射裝置3，接收通過腔室2反射的光的裝置4，以及一個可調(diào)整的電子電路，這樣能夠以一種公知的方式使用頻率分析來分析和確定在所述腔室2中的選擇的氣體和/或混合氣體的存在和濃度。
所述腔室中的四個向內(nèi)的表面以一種公知的方式提供光反射性能。然而應(yīng)該指出，光反射性能將由設(shè)計的孔限制。
所述腔室2提供較少數(shù)目的孔，所述孔位于四條線上，每條線沿著四個側(cè)面中的一個，構(gòu)造成為成對的圓形孔6，以及垂直的成對的圓形孔7，這些孔可以調(diào)整以便為氣體試樣提供通過擴散進(jìn)出所述腔室的通道。
所述腔室2還具有一個細(xì)長狹窄的形狀，并且所述圓形孔位于腔室中，位于所述光發(fā)射裝置3和所述光接收裝置4之間。
孔的總表面區(qū)域適于包括大約10％的腔室的總外表面，并且通過這種方式可以設(shè)想為由裝置4接收的光的強度提供了一個等值的減少。
首先應(yīng)該清楚，在下面的對現(xiàn)在提出的實施例的描述中，我們選擇專用名詞和特殊的技術(shù)術(shù)語，主要為了使本發(fā)明的新穎性觀點變得清晰。該實施例顯示了本發(fā)明的顯著的特征并且在所附的附圖中進(jìn)行描述。
然而，在上下文中應(yīng)該考慮，在此所選擇的表達(dá)不能被認(rèn)為僅僅限制為在此所選擇和使用的術(shù)語，而應(yīng)該理解為每個這樣的術(shù)語以相同的方式，或者基本上是相同的方式覆蓋了所有的技術(shù)等同物，以便通過這種方式獲得相同的目的和/或技術(shù)效果，或者基本上相同的目的和/或技術(shù)效果。
參照圖2，示意地示出了本發(fā)明的基本前提，通過提出的將在下面詳細(xì)描述的實施例，圖中本發(fā)明的關(guān)于腔室形狀的顯著特征、光發(fā)射裝置的位置和接收反射光的裝置的位置是清楚的。
因此圖2示出了一種氣體分析設(shè)備1，其具有一個大致上與圖1所示的等同的結(jié)構(gòu)，因此相同部件具有相同的附圖標(biāo)記。
氣體分析系統(tǒng)1包括容納有氣體試樣的腔室20，光發(fā)射裝置3，接收通過腔室20反射的光的裝置4，以及電子電路5，電子電路5可調(diào)整以便能夠通過光譜分析來分析和確定在所述腔室20中以氣體試樣“G”表示的所選擇氣體和/或混合氣體的存在和濃度。
電子電路5還可以包括一個簡單比較器，以便在比較器中實施瞬時值與存儲的限定值的電子比較，這樣當(dāng)確定的瞬時值超過存儲的限定值時光學(xué)或者聲學(xué)電路被激活。
為了簡化的目的，根據(jù)圖2的實施例示出了去除屬于腔室的面對讀者的一部分壁，以便能夠通過這種方式圖示出光束或光線路徑。
根據(jù)圖2，計算電子電路5還包括一個表5a，其中存儲了選擇的氣體和/或混合氣體的多個選擇的限定值，以及一個比較器電路，因此當(dāng)計算電路5中的所選擇氣體和/或混合氣體的瞬時值超過存儲在表中的限定值時，一個光學(xué)的或者聲學(xué)的報警電路6以已知的方式激活。
腔室20選擇的橫截面的不同實施例在圖3、4和5中示出，圖3示出了鄰近光發(fā)射裝置3的正方形的橫截面，圖4示出了橢圓形橫截面的一部分，圖5示出了圓形橫截面的一部分。
對于根據(jù)圖3的實施例，下列是有效的，其中表面30a和30c彼此直接相對并且彼此平行定向的表面30a、30b和30c提供非常高的光反射性能。
對于圖4，部分橢圓表面40a提供了光反射性能，對于圖5，部分圓形表面50a提供光反射性能。
這些實施例中的每個包括至少一個孔30、40和50，以便以這種方式允許氣體試樣“G”能夠迅速進(jìn)出所述腔室20，在此氣體的交換將通過已知擴散發(fā)生。
與根據(jù)圖1的實施例中的情況一樣，可以給腔室20設(shè)置具有所述孔30、40和50的細(xì)長結(jié)構(gòu)，以代替形成腔室20的一部分壁，這些孔在所述光發(fā)射裝置3和所述光接收裝置4之間連續(xù)和直接地延伸。
圖3、4和5被認(rèn)為是示出了沿著圖2中靠近光發(fā)射裝置3的″II-II″線所得到的腔室20的橫截面。
盡管圖2示出了一個側(cè)視圖，其中的腔室20包括兩個彎曲而形成一部分圓環(huán)的相對表面30a、30c，以及一部分圓柱形表面30b，很顯然，可以使用除了這些表面的其它彎曲表面。
因此，可以選擇連接到部分橢圓或是由部分橢圓構(gòu)造的彎曲來代替那些形成的一部分圓環(huán)。
因為本發(fā)明構(gòu)造成或多或少光發(fā)射裝置3的發(fā)散圖像出現(xiàn)在光接收裝置4，所以在選擇的實施例中存在給彎曲的光反射表面30b設(shè)置不同曲率和不同彎曲半徑的可能性。
再參考圖2，其中示出的所述腔室20在所述光發(fā)射裝置3和所述光接收裝置4之間具有連續(xù)的稍微有點彎曲的形狀，在此以一部分圓形彎曲的形式示例，規(guī)定其半徑為附圖標(biāo)記“R”。
不但部分圓弧彎曲、圓柱形彎曲和橢圓形彎曲都落在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，其它彎曲也落在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，只要它可以調(diào)整為可以本發(fā)明提出的方式允許以發(fā)散光束或光錐3’形式的發(fā)射光線3以最大程度通過腔室20，從而會聚后在光接收裝置4的接收凸角(lobe)中被收集。
為了清楚的目的，因此圖2更加準(zhǔn)確地說明，設(shè)想光發(fā)射裝置3能夠產(chǎn)生有點發(fā)散(假定15°)的光束，其中心光束或光線3a射向點21，在那里反射為一條接近水平發(fā)射的光線3a′，隨后它又從第二點22作為光線3a″朝向裝置4反射，并且由裝置4接收。
裝置3能夠調(diào)節(jié)，這樣另一條光線3b能夠在點23反射，并且作為光線3c′傳輸?shù)窖b置4。示出的來自裝置3的另一條光線3c在點24反射，以便隨后作為光線3c′反射到裝置4。
在這種情況下可以使用的直接起作用的光線是有限的。
參考圖6，其中示出，在光線3d′由光接收裝置4檢測前，具有光線3d的發(fā)射光束3′，允許在壁30c和30a的平行平面部分之間以及再次在壁30c的部分上反射。
本發(fā)明的基本思想是基于根據(jù)圖7的成型孔30、40、50，盡管數(shù)量很小的多個孔定位在光發(fā)射裝置3和所述光接收裝置4之間的單獨延伸區(qū)域上，但優(yōu)選是一個單獨的孔，所述孔的大小和長度，能夠為腔室20中的氣體試樣“G”與另一種試樣的交換提供快速被動擴散，并且能夠根據(jù)需要適應(yīng)腔室中氣體試樣與另一種試樣的交換速度。
由本發(fā)明通過允許去除腔室20的一部分壁提供的腔室20的自由暴露表明，可將擴散速度和時間減少到小于一秒鐘，優(yōu)選地小于0.5秒。
參考圖7所示，將孔分成了兩部分30a和30b，部分31位于它們之間并且覆蓋腔室，面對腔室20的表面部分31a可以提供更高的反射性能。
所述以協(xié)同方式調(diào)整的孔30、40或50和/或孔30a、30b的總表面區(qū)域?qū)⒖赡芨采w在光發(fā)射裝置3和光接收裝置4之間的腔室20總內(nèi)表面的至少15-25％以上。
特別地，提出以協(xié)同方式調(diào)整的孔30、40或50或30a、30b的總表面區(qū)域覆蓋在光發(fā)射裝置3和光接收裝置4之間的腔室總內(nèi)表面的至少50％以下，以便以這種方式釋放反射表面部分，尤其是彎曲的表面部分30b。
特別地，調(diào)整所述孔30、40或50的總表面區(qū)域以便覆蓋在光發(fā)射裝置3和光接收裝置4之間的腔室20總內(nèi)表面的20-30％，圖10中建議一種關(guān)系為約25％。
根據(jù)圖3、4、5、6、7、10和12的實施例，允許示出所述橫截面為方形或基本上為方形的孔的設(shè)置，但是必須考慮，孔的其它尺寸和形狀形式都落在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，并且允許為了能夠減少用于根據(jù)本發(fā)明的氣體分析設(shè)備1的反應(yīng)時間的任何事物，這樣增加了擴散速度，優(yōu)選地使用通過由光發(fā)射裝置3產(chǎn)生的“主動”熱量。
圖3示出所述的孔30設(shè)置在方形四個側(cè)面中的一個完整側(cè)面上。
圖4示出所述孔40設(shè)置在一部分彎曲的橢圓體表面上，選擇的這部分的寬度小于大直徑的一半。
圖5示出所述孔50設(shè)置在一部分環(huán)形或圓柱形表面上，該表面寬度小于直徑。
選擇分配給腔室20的彎曲半徑“R”選擇成在為具有中心光線3a、3b、3c和3d的發(fā)散光束3′提供大發(fā)散角度的光發(fā)射裝置3處比在為光束3′中的發(fā)散光線提供小發(fā)散角度的光發(fā)射裝置3處小，并且從光發(fā)射裝置到腔室的內(nèi)表面30b之間的距離為“a”。
所述距離在圖3和其它附圖中用附圖標(biāo)記“a”示出。
在根據(jù)圖3的實施例中，設(shè)置一個濾光器60來覆蓋孔30。在根據(jù)圖4的實施例中，設(shè)置一個濾光器61來覆蓋孔40，并且在根據(jù)圖5的實施例中，設(shè)置一個濾光器62來覆蓋孔50。
在此使用的各種類型的濾光器都是公知的，并且不再詳細(xì)描述。
特別地，本發(fā)明提出使用的濾光器表面是可調(diào)整的，這樣它能夠相對于由腔室20包圍的體積以因子10-25(1/mm)來覆蓋所述孔30、40或50。
在所有實施例中的所述光發(fā)射裝置3和所述光接收裝置4都與它所定義的一樣位于所述腔室20的兩端，但是根據(jù)圖12的實施例，沒有什么阻止允許形成腔室20的表面的部分表面擴展超出腔室20的限定，以便在擴展部分中安裝光發(fā)射裝置3和光接收裝置4。
沒有什么阻止將濾光器60a代替濾光器60引入根據(jù)圖12的實施例中，以便以這種方式減少腔室20的體積。
圖8意在示出當(dāng)光束3′在圓弧形表面30b中只反射一次時來自裝置3的光束或光線路徑。
在此說明現(xiàn)有技術(shù)，其中光發(fā)射裝置3適于發(fā)射光束或光錐3′到凹面鏡表面30b上，在用于接收反射光的裝置4中產(chǎn)生高強度的光發(fā)射裝置的聚集圖像。
圖9意在示出根據(jù)本發(fā)明的第一邊界情況，其中光發(fā)射裝置3適于發(fā)射光束或光錐3′到凹面鏡表面30b上，光發(fā)射裝置3的高強度的稍微有點發(fā)散的圖像產(chǎn)生在用于接收反射光的裝置4中，通常沿著表面30b只有兩個反射表面或反射點。
根據(jù)本發(fā)明的原理，甚至在該實施例中由于接收圖像的焦點對于圖像來說太尖以至于在任何優(yōu)點上不能使用。
對于使用較高數(shù)目的反射，聚焦變得比較差，實踐經(jīng)驗指出，用于中心光線的反射點的數(shù)目應(yīng)該選擇為4或者大約4。
在該情況下發(fā)現(xiàn)，分配給光束3′的中心光束或光線3a(圖9中通過鏡面30b射出)被調(diào)整成與靠近裝置3的彎曲表面30b的切線9形成一個小角度″b″。
特別地，分配給光束3′的中心線或光線3a被調(diào)整為連接到切線9或者與切線9的方向平行，該切線通過彎曲的凹反射面30b來定向，并且將表面部分30b′的位置靠近光發(fā)射裝置3，這是一個問題。
分配給光束的中心線3a相對于所述切線9被設(shè)置了一個較小的向上或向下的角度，然而，相對于所述切線，角度值通常在10°以內(nèi)。
圖9和圖10中在所述接收反射光的裝置4中產(chǎn)生一個強烈聚焦的光束或光錐，沒有任何光發(fā)射裝置3的對準(zhǔn)和聚焦圖像。
由光發(fā)射裝置產(chǎn)生的光束3′或者光錐的一條光線，例如它的中心光線3a，在它達(dá)到光接收裝置4之前，可調(diào)整為在彎曲表面30b中反射幾次。
實際上，中心光束或光線的反射次數(shù)選擇小于8，例如在圖9中只是2，而且次數(shù)可以選擇在3和5之間，例如在圖10中是4。
對于實際應(yīng)用來說，可能根據(jù)圖10的實施例是優(yōu)選的，因為通過改變中心光束或光線3a到凹面30b的入射角以及它到凹面30b的距離“a”，能夠容易地控制中心光束或光線3a的反射點的數(shù)目。
圖10和11意在示出根據(jù)本發(fā)明的一個特殊情況，其中調(diào)整光發(fā)射裝置3以較小入射角來發(fā)射光束或光錐3′到凹鏡面30b，根據(jù)圖9給定的限定，角度″b″的值等于零，在接收反射光的裝置4中產(chǎn)生具有高強度光發(fā)射裝置3的發(fā)散圖像，通常中心光束或光線具有4個或5個反射表面或反射點。
圖11示出了在圖10中反射凹面30b靠近端部部分30b′的光發(fā)射裝置的位置的放大圖。
已經(jīng)示出中心光束或光線3a與切線9平行，并且從該圖中很明顯，可以改變角度″b″為正值和負(fù)值，圖9中示出了正值。
圖11還示出，對于光接收裝置4，可以改變距離″a″而具有不同結(jié)果。
根據(jù)上面那些關(guān)于光發(fā)射裝置和光接收裝置的位置和方向的描述，以及關(guān)于光接收凸角的描述，沒有什么能夠阻止相同原理的應(yīng)用。
實際應(yīng)用的腔室20以及由裝置4接收的圖像能夠由下列因素改變a.選擇的距離″a″，b.選擇的角度值″b″，c.光源的類型和強度，以及它的發(fā)散角度(大約15°)，d.接收發(fā)射光的裝置4的位置以及接收角度(大約15°)，e.用于反射光的凹面30b的選擇的彎曲半徑“R”和曲率，f.用于氣體試樣″G″的擴射的孔30選擇的大小和位置，g.腔室20的位置，這樣光發(fā)射裝置3的熱量將通過腔室20進(jìn)行對流，圖12示出一個根據(jù)圖2和圖3的帶有表面波導(dǎo)系統(tǒng)的一個可選實施例的透視圖，裝置3和4位于兩端或者位于通過弦分開的兩個平行表面部分之間。
濾光器60與這些弦相結(jié)合，反射凹面30b稍微有點超出相應(yīng)測量距離，以便連接并固定到裝置3和4。
根據(jù)圖11所示，裝置3可以由燈絲3g、光系統(tǒng)3h組成，以便將光束3″會聚成焦點3，由此產(chǎn)生發(fā)散光束或光錐3a。
濾光器60還能夠位于腔室20中，由附圖標(biāo)記60a示出，這樣與圖10中解釋的體積相比，就減少了腔室20的體積。
自然，本發(fā)明不限于上面用于示例目的的特殊實施例。在由附屬的權(quán)利要求闡明的創(chuàng)新概念的結(jié)構(gòu)內(nèi)可以進(jìn)行修改。
特別應(yīng)該注意，每個單元可以與其它在結(jié)構(gòu)中顯示的單元組合在一起，以便獲得想要的技術(shù)功能。
權(quán)利要求
1.一種氣體分析設(shè)備，包括容納氣體試樣的腔室(20)，光發(fā)射裝置(3)，用于接收通過腔室反射的光的裝置(4)，電子電路(5)，電子電路可調(diào)整使得能夠通過光譜分析來分析和確定腔室(20)中作為氣體試樣(″G″)存在的選擇的氣體或混合氣體的存在，腔室(20)中的表面(30a，30b，30c)提供光反射性能；此外，所述腔室提供一個或多個用于氣體進(jìn)出所述腔室的孔(30)，腔室設(shè)置一個延伸的形狀，使所述一個或多個孔定位在腔室中位于所述光發(fā)射裝置(3)和所述光接收裝置(4)之間，其特征在于所述腔室(20)和/或腔室的一個光反射表面在所述光發(fā)射裝置(3)和所述光接收裝置(4)之間設(shè)置成稍微有點彎曲的形狀，所述孔(30)和/或多個孔(30a，30b)在所述光發(fā)射裝置(3)和所述光接收裝置(4)之間延伸，并且所述孔(30)具有的尺寸和縱向范圍可使腔室中的氣體試樣(“G”)與另一試樣進(jìn)行快速交換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，以協(xié)同方式調(diào)整所述一個孔和/或多個孔的總表面區(qū)域，以覆蓋在光發(fā)射裝置和光接收裝置之間的腔室總內(nèi)表面的15％以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，以協(xié)同方式調(diào)整所述孔的總表面區(qū)域，以覆蓋在光發(fā)射裝置和光接收裝置之間的腔室總內(nèi)表面的50％以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的設(shè)備，其特征在于，所述一個孔和/或多個孔的總表面區(qū)域被調(diào)整為覆蓋在光發(fā)射裝置和光接收裝置之間的腔室總內(nèi)表面的20-30％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述孔具有方形或者基本上是方形的橫截面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述孔設(shè)置在屬于方形的四個側(cè)面中的一個上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，對于給發(fā)散光束提供較大發(fā)散角的光發(fā)射裝置，腔室的彎曲半徑可以選擇小于給發(fā)散光束提供較小的發(fā)散角的光發(fā)射裝置的腔室的彎曲半徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，相對于從腔室表面到光發(fā)射裝置的距離，對于給發(fā)散光束提供較大發(fā)散角的光發(fā)射裝置的腔室的彎曲半徑選擇成小于給發(fā)散光束提供較小發(fā)散角的光發(fā)射裝置的腔室的彎曲半徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，濾光器適于覆蓋所述孔。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，使用的濾光器的區(qū)域是可以調(diào)整的，使得它能夠相對于腔室體積以10-25(l/mm)的因子來覆蓋所述孔。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述光發(fā)射裝置(3)和所述光接收裝置(4)位于所述腔室(20)的兩端。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，光束的中心線或中心光線可被調(diào)整，以連接到通過凹的彎曲光反射表面和通過位于靠近光發(fā)射裝置的部分表面的切線方向。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的設(shè)備，其特征在于，光束的中心線具有相對于所述切線的小角度。
14.根據(jù)權(quán)利要求1或12的設(shè)備，其特征在于，光束的中心線具有相對于所述切線在10°以內(nèi)的角度值。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，在所述接收反射光的所述裝置(4)中產(chǎn)生光發(fā)射裝置的具有發(fā)散圖像的強烈聚焦光束或光錐。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，由光發(fā)射裝置產(chǎn)生的光束或光錐例如它的中心光束或光線可被調(diào)整，以便在它撞擊到光接收裝置之前在凹面中反射幾次。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的設(shè)備，其特征在于，選擇反射次數(shù)小于8。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的設(shè)備，其特征在于，選擇反射次數(shù)在3到5之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及氣體分析設(shè)備(1)，包括容納氣體試樣(″G″)的腔室(20)，光發(fā)射裝置(3)，用于接收通過腔室反射的光的裝置(4)，用于計算的電子電路(5)，電子電路可調(diào)整以通過光譜分析來分析和確定腔室(20)中以試樣(″G″)存在的選擇氣體或混合氣體的存在。所述腔室提供一或多個用于氣體進(jìn)出所述腔室的孔。所述腔室設(shè)置為稍微有點彎曲的形狀，具有在所述光發(fā)射裝置(3)和所述光接收裝置(4)間延伸的至少一個凹曲的光反射表面(30b)。所述孔(30)定位于在所述光發(fā)射裝置(3)和所述光接收裝置(4)間的有限連續(xù)區(qū)域上，并且所述孔(30)設(shè)置有大小和長度范圍，為腔室(20)中的試樣(″G″)與另一種氣體試樣提供快速被動交換。
文檔編號G01N21/03GK1672034SQ03817591
公開日2005年9月21日 申請日期2003年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月22日
發(fā)明者漢斯·約蘭·埃瓦爾德·馬丁 申請人:森謝爾公司