專利名稱：適配于光譜分析的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種適配于評估電磁輻射的裝置(arrangement)。更具體地，本發(fā)明涉及一種適配于波長的光譜分析的裝置，其中結(jié)果是有可能以 簡單和劃算(cost effective)的方式光譜地分析關(guān)于其波長緊密相鄰的譜元素(element) 和/或波長成分(component)的光強(qiáng)。本發(fā)明的實(shí)際應(yīng)用將在下文中結(jié)合氣量計(jì)進(jìn)行更透徹的描述，以便確定適配于所 述評估的氣體樣品的發(fā)生和濃度。這種氣體適配的裝置然后展現(xiàn)適配于電磁輻射的光發(fā)射構(gòu)件；空腔，用作氣體 樣品的測量單元和測量路徑且預(yù)計(jì)(intended to)能夠限定針對所述測量有效的光學(xué)測量 距離；光感測構(gòu)件，適配于感測從所述光發(fā)射構(gòu)件經(jīng)過(pass)所述光學(xué)測量距離的所述電 磁輻射的輻射；以及適配于執(zhí)行光譜分析且至少連接到所述光感測構(gòu)件的單元。感測電磁輻射的所提及的構(gòu)件光電地適配為對預(yù)計(jì)落在某光譜區(qū)域內(nèi)的電磁輻 射是敏感的，該光譜區(qū)域的選擇波長成分或譜元素變成在執(zhí)行光譜分析的所述單元中的分 析對象以確定譜元素的輻射的相對強(qiáng)度。在這種技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，此處分配和使用先前已知的光發(fā)射構(gòu)件和光感測構(gòu)件以及執(zhí) 行光譜分析的單元和與之連接或有關(guān)的且呈現(xiàn)結(jié)果的顯示單元，且因此這些構(gòu)件、單元和 顯示單元在本申請中將不是關(guān)于結(jié)構(gòu)組成的更具體研究和闡述的對象。
背景技術(shù)：
與上述的技術(shù)領(lǐng)域和本質(zhì)有關(guān)的方法、裝置和結(jié)構(gòu)在多個(gè)不同實(shí)施例中是先前已 知的。作為本發(fā)明涉及的技術(shù)背景和技術(shù)領(lǐng)域的第一示例，可以提及一種適配于氣體樣 品的光譜分析的裝置，該裝置具有適配于電磁輻射的光發(fā)射構(gòu)件；限制空間，具有空腔形 式，用作測量單元且預(yù)計(jì)能夠限定光學(xué)測量距離或路徑；光感測構(gòu)件，用于從所述光發(fā)射構(gòu) 件經(jīng)過所述光學(xué)測量距離的所述電磁輻射；以及執(zhí)行氣體樣品的光譜分析、至少連接到光 電檢測器形式的所述光感測構(gòu)件的單元。感測電磁輻射的所述感測構(gòu)件光電地適配為對預(yù)計(jì)落在某光譜場內(nèi)的電磁輻射 是敏感的，該光譜場的選擇波長成分或譜元素變成在執(zhí)行光譜分析的單元中的分析對象以 便在該單元內(nèi)確定相關(guān)波長部分的譜元素的相對輻射強(qiáng)度。此處參考美國專利US-5，009，493-A、德國專利DE-4 110 653-A1，美國專利 US-5, 268，782-A 以及美國專利 US -4，029, 521-A。作為此處指示的裝置和分析氣體樣品的更具體第一示例，參考國際專利申請 No.PCT/SE99/00145 (W0 99/41 592)的內(nèi)容，該申請包含一種制作適配于氣體傳感器的檢 測器的方法以及以此方式制作的檢測器。作為此處指示的裝置的更具體第二示例，參考公報(bào)號WO 97/18460的國際專利申 請的內(nèi)容。
作為此處指示的裝置的第三具體示例，參考公報(bào)號WO 98/09152的國際專利申請 的內(nèi)容。另外，參考公報(bào)號WO 01/81 901的國際專利申請的內(nèi)容?？紤]與本發(fā)明相關(guān)聯(lián)的特性，可以引用不同種類的光學(xué)帶通濾波器。因此，已知以直角向帶通濾波器提供具有大波長區(qū)域的電磁或光學(xué)輻射且在濾 波器中創(chuàng)建允許選擇的窄波長區(qū)域經(jīng)過到達(dá)光電檢測器的條件，以便通過該檢測器暴露 (expose)或確定待評估的窄波長區(qū)域或帶的強(qiáng)度。這種帶通濾波器還可以提供有從所述直角偏離的角度區(qū)域內(nèi)的電磁輻射或光學(xué) 輻射，且這種帶通濾波器因而構(gòu)造和/或設(shè)計(jì)為創(chuàng)建允許另一選擇窄波長區(qū)域或帶通過的 前提。這種帶通濾波器因而將能夠提供依賴于選擇入射角的波長通過(passage)以及提 供進(jìn)入且通過所述帶通濾波器的輻射的傳輸。當(dāng)考慮本發(fā)明的顯著特征時(shí)，要提及專利公報(bào)JP-7 128 231-A的內(nèi)容。該專利公報(bào)公開了紅外氣體傳感器的構(gòu)建，且專注于提供這種紅外氣體傳感器 其具有簡單結(jié)構(gòu)且能夠在監(jiān)控待檢測的空間中的干擾氣體的產(chǎn)生和增加的同時(shí)檢測待檢 測的氣體的產(chǎn)生和增加。這種構(gòu)建利用了如下屬性最大化干涉濾波器(6)的傳輸?shù)牟ㄩL取決于入射角， 待檢測的氣體的產(chǎn)生和增加通過使用垂直入射到干涉濾波器的光(12)來檢測，且干擾氣體 的產(chǎn)生和增加通過使用以入射角入射到干涉濾波器(6)上的光(13)來檢測。使用的光檢測器(7、8)均接收其波長且這兩個(gè)波長通過電路(9)被組合(彼此相 加)成單個(gè)波長，以在單元(10)中進(jìn)一步實(shí)施?，F(xiàn)有技術(shù)還包括用于測量高分辨率測量系統(tǒng)中的波長變化的方法和設(shè)備 (US-2004/0 057 041-A1)。更具體地，該專利申請涵蓋用于測量輻射源的波長相關(guān)特性的方法和設(shè)備。兩個(gè)射束以不同的角度穿過基本相同的濾波器，這產(chǎn)生在功率和/或溫度變化方 面行為類似的兩個(gè)不同的輸出信號(132、136)。在各個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)射束(106、107)通過單個(gè)濾波器的兩個(gè)部分進(jìn)行濾波。衍射光柵可以安裝到濾波器上以將入射輻射分成第一和第二射束。這些射束因而 以不同角度穿過濾波器，以產(chǎn)生可以組合以補(bǔ)償共模誤差以及功率變化的兩個(gè)輸出信號。可以實(shí)現(xiàn)極小的尺寸和高分辨率且還可以使用單個(gè)或多個(gè)檢測器。還可以基于直接溫度測量或基于從通過濾波器的兩個(gè)附加射束得出的輸出來補(bǔ) 償濾波器溫度靈敏度，所述濾波器具有與用于前兩個(gè)射束的濾波器不同的溫度依賴性。備選地，可以物理地調(diào)節(jié)射束穿過濾波器的角度以補(bǔ)償溫度變化。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題
如果考慮這樣的情形，即相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員為了提供對一個(gè)或多個(gè)所確立的技 術(shù)問題的解決方案而必須實(shí)施的技術(shù)考慮一方面最初必須洞察到將要采取的措施和/或 措施的順序，且另一方面必須選擇必要構(gòu)件，鑒于此，以下技術(shù)問題在形成本發(fā)明的目標(biāo)時(shí)應(yīng)當(dāng)是相關(guān)的?？紤]到先前技術(shù)立場，如上所述，因此應(yīng)當(dāng)必須把能夠理解與在適配于光譜分析 的裝置中將所需的技術(shù)措施和考慮和/或與其有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和其重要性看成是一種技術(shù)問 題，所述裝置提供一種簡單和劃算的在一般應(yīng)用中光譜地分析來自一個(gè)且相同的帶通濾波 器的電磁輻射或光輻射的強(qiáng)度且在特定應(yīng)用中的有限范圍內(nèi)分析氣體樣品的方式。在能夠理解技術(shù)措施和考慮和/或與其有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和其重要性方面存在技術(shù)問 題，在稍后應(yīng)用中將需要該技術(shù)措施和考慮且需要該技術(shù)措施和考慮用于分析氣體樣品， 使這建立在一種裝置的基礎(chǔ)上，該裝置具有空間，具有空腔形式，用作適配于電磁輻射的 光發(fā)射構(gòu)件的測量單元，且具有空腔形式，用作測量單元且預(yù)計(jì)能夠限定通過氣體樣品的 光學(xué)測量距離或路徑；光感測構(gòu)件，用于感測從所述光發(fā)射構(gòu)件經(jīng)過所述光學(xué)測量距離的 所述電磁輻射；以及至少一個(gè)連接到所述感測構(gòu)件的單元，實(shí)施光譜分析，其中感測所述電 磁輻射的所述光感測構(gòu)件光電地適配為對預(yù)計(jì)落在(波長成分或)光譜區(qū)域或帶內(nèi)的電磁 輻射是敏感的，該光譜區(qū)域或帶的選擇譜元素變成在執(zhí)行光譜分析的單元中的分析對象， 以便在該單元中確定了譜元素的輻射的相對強(qiáng)度且在顯示單元或?qū)?yīng)構(gòu)件上顯示后者，并 且公開一種裝置，其中有可能能夠以簡單和劃算的方式光譜地分析在波長方面彼此靠近的 成分的強(qiáng)度或者包含不同波長的光或電磁光簇(cluster)的譜元素的強(qiáng)度。在能夠理解技術(shù)措施和考慮和/或與其有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和其重要性方面存在技術(shù)問 題，將需要該技術(shù)措施和考慮以具有關(guān)于測量的信號強(qiáng)度彼此的相互關(guān)系，且在這種情況 下僅對于特定和靠近的波長成分和/或譜元素將需要該技術(shù)措施和考慮。在能夠理解技術(shù)措施和考慮和/或與其有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和其重要性方面存在技術(shù)問 題，將需要該技術(shù)措施和考慮來使得有限的光譜分析適配于氣體分析和氣體濃度測量內(nèi)的 測量技術(shù)，其中需要特定的“光譜簽名”或“信號印記(imprint)”以使得它們變成物質(zhì)唯一 識別和/或內(nèi)容確定的基礎(chǔ)。在能夠理解技術(shù)措施和考慮和/或與其有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和其重要性方面存在技術(shù)問 題，將需要該技術(shù)措施和考慮來使得少量波長特定測定點(diǎn)或譜元素(但每種物質(zhì)至少一個(gè) 波長點(diǎn))變成識別和/或監(jiān)視的對象。在能夠理解技術(shù)措施和考慮和/或與其有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和其重要性方面存在技術(shù)問 題，將需要該技術(shù)措施和考慮來根據(jù)非分光紅外技術(shù)(非分光紅外或NDIR技術(shù))利用電磁帶 通濾波器以能夠創(chuàng)建固定預(yù)定波長的測量信號。在能夠理解技術(shù)措施和考慮和/或與其有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和其重要性方面存在技術(shù)問 題，將需要該技術(shù)措施和考慮來使得所提及的電磁輻射適配為經(jīng)過所述光發(fā)射構(gòu)件和所述 光感測構(gòu)件之間的適配光學(xué)帶通濾波器。在能夠理解技術(shù)措施和考慮和/或與其有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和其重要性方面存在技術(shù)問 題，將需要該技術(shù)措施和考慮來使得這種帶通濾波器被構(gòu)造且構(gòu)建為能夠在大波長區(qū)域內(nèi) 傳輸光發(fā)射構(gòu)件產(chǎn)生和發(fā)射的電磁輻射中提供依賴于入射角的波長。在能夠理解技術(shù)措施和考慮和/或與其有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和其重要性方面存在技術(shù)問 題，將需要該技術(shù)措施和考慮以在該時(shí)刻使得該帶通濾波器通過其結(jié)構(gòu)且通過選擇入射角 或類似參數(shù)而適配為在一個(gè)且相同的發(fā)射電磁輻射內(nèi)分離第一選擇譜元素或第一波長成 分與第二選擇譜元素或第二波長成分。
在能夠理解技術(shù)措施和考慮和/或與其有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和其重要性方面存在技術(shù)問 題，將需要該技術(shù)措施和考慮來使得所述單元適配為能夠電檢測發(fā)生的屬于多于一個(gè)波長 成分和/或多于一個(gè)譜元素的輻射強(qiáng)度。在能夠理解技術(shù)措施和考慮和/或與其有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和其重要性方面存在技術(shù)問 題，將需要該技術(shù)措施和考慮以與所述帶通濾波器相鄰布置界定發(fā)射電磁輻射的色散角的 開口或窗口。在能夠理解技術(shù)措施和考慮和/或與其有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和其重要性方面存在技術(shù)問 題，將需要該技術(shù)措施和考慮來使得在輻射的方向上計(jì)(counted)，所述開口或窗口定向在 利用的帶通濾波器之前或之后。在能夠理解技術(shù)措施和考慮和/或與其有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和其重要性方面存在技術(shù)問 題，將需要該技術(shù)措施和考慮來使得光學(xué)(電磁)帶通濾波器適配為能夠使入射和發(fā)射的光 學(xué)或電磁輻射偏轉(zhuǎn)到針對窄波長成分和/或光譜元素的至少兩個(gè)不同的光學(xué)和預(yù)定向外 落(outwards falling)角或出身寸角。在能夠理解技術(shù)措施和考慮和/或與其有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和其重要性方面存在技術(shù)問 題，將需要該技術(shù)措施和考慮來使得針對窄波長成分及其輻射的所述向外落角或出射角與 入射電磁輻射的主角準(zhǔn)確相關(guān)，所述入射電磁輻射通過其相關(guān)檢測器而變成在執(zhí)行光譜分 析的單元內(nèi)的分析對象。在能夠理解技術(shù)措施和考慮和/或與其有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和其重要性方面存在技術(shù)問 題，將需要該技術(shù)措施和考慮來使得一個(gè)且相同的帶通濾波器適配為接收發(fā)射的一個(gè)且 相同的光發(fā)射和入射電磁輻射，在該電磁輻射中包括至少兩個(gè)不同的選擇波長成分或譜元
ο在能夠理解技術(shù)措施和考慮和/或與其有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和其重要性方面存在技術(shù)問 題，將需要該技術(shù)措施和考慮來使得預(yù)定數(shù)目的帶通濾波器被適配為使得每一個(gè)接收其或 相同的發(fā)射電磁輻射，在該輻射或多個(gè)輻射內(nèi)暴露至少兩個(gè)不同的波長成分或譜元素。在能夠理解技術(shù)措施和考慮和/或與其有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和其重要性方面存在技術(shù)問 題，將需要該技術(shù)措施和考慮來指示針對輻射的每個(gè)或每個(gè)選擇的向外落角或出射角的光 電檢測器的存在，所述檢測器適配在其相關(guān)聯(lián)的用于執(zhí)行光譜分析的單元中以分析其電相 關(guān)聯(lián)的波長成分或其相關(guān)聯(lián)的譜元素。在能夠理解技術(shù)措施和考慮和/或與其有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和其重要性方面存在技術(shù)問 題，將需要該技術(shù)措施和考慮來選擇對于光學(xué)干涉有效的濾波器作為所述光學(xué)帶通濾波
ο在能夠理解技術(shù)措施和考慮和/或與其有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和其重要性方面存在技術(shù)問 題，將需要該技術(shù)措施和考慮來使得與執(zhí)行所述光譜分析的所述單元有關(guān)的所述開口或窗 口、所述帶通濾波器和/或被包括通道與一個(gè)且相同的接收和/或感測光信號的構(gòu)件協(xié)作 (coordinate)。在能夠理解技術(shù)措施和考慮和/或與其有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和其重要性方面存在技術(shù)問 題，將需要該技術(shù)措施和考慮來使得所述開口或窗口、所述帶通濾波器和所述通道與一個(gè) 且相同的分立光接收器單元協(xié)作。在能夠理解技術(shù)措施和考慮和/或與其有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和其重要性方面存在技術(shù)問題，將需要該技術(shù)措施和考慮來使得這種接收器單元采取混合單元形式。在能夠理解技術(shù)措施和考慮和/或與其有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和其重要性方面存在技術(shù)問 題，將需要該技術(shù)措施和考慮來使得整形為空腔、測量部分和/或光學(xué)測量距離的所述限 制空間在光發(fā)射構(gòu)件和光感測構(gòu)件或檢測或光接收器部件之間與筆直的或其他外部形狀 相關(guān)聯(lián)。在能夠理解技術(shù)措施和考慮和/或與其有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和其重要性方面存在技術(shù)問 題，將需要該技術(shù)措施和考慮來使得給予第一分立單元形式的光發(fā)射構(gòu)件和給予第二分立 單元形式的光感測構(gòu)件適配為與中間孔徑形狀局部部分配合，該中間孔形狀部分具有入口 和出口、用于感測氣體樣品的介質(zhì)以及用于分析的單元。在能夠理解技術(shù)措施和考慮和/或與其有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和其重要性方面存在技術(shù)問 題，將需要該技術(shù)措施和考慮來使得預(yù)計(jì)用于感測和/或分析的介質(zhì)由呼出空氣組成且其 中選擇的感測構(gòu)件和/或分析單元可以被引導(dǎo)以確定乙醇或?qū)?yīng)氣體結(jié)合藥物的存在和/ 或相關(guān)濃度。在能夠理解技術(shù)措施和考慮和/或與其有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和其重要性方面存在技術(shù)問 題，將需要該技術(shù)措施和考慮以便確定二氧化碳(CO2)的瞬態(tài)發(fā)生的濃度。在能夠理解技術(shù)措施和考慮和/或與其有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和其重要性方面存在技術(shù)問 題，將需要該技術(shù)措施和考慮來使得限制空間面對光感測構(gòu)件的端部展現(xiàn)反射電磁輻射的 表面部以將輻射部分傾斜地偏轉(zhuǎn)向一個(gè)或多個(gè)外部設(shè)置的帶通濾波器和/或位于所述限 制空間之外的波長顯著檢測器。在能夠理解技術(shù)措施和考慮和/或與其有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和其重要性方面存在技術(shù)問 題，將需要該技術(shù)措施和考慮來使得電磁輻射或光射線(窄光射線射束)或者選擇的光射線 量適配為直接從光發(fā)射構(gòu)件指向光電檢測器而其他光射線被指向其他光電檢測器。解決方案
本發(fā)明以通過介紹提及的已知技術(shù)作為起點(diǎn)且基于根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分或者 備選地根據(jù)權(quán)利要求2的前序部分的適配于光譜分析的裝置，該裝置具有適配于電磁輻射 的光發(fā)射構(gòu)件。除了所述光發(fā)射構(gòu)件之外，所述裝置用于另外分析氣體樣品以指示限制空間，具 有空腔形式，用作預(yù)計(jì)用于氣體樣品的測量單元且預(yù)計(jì)能夠限定光學(xué)測量距離或路徑；光 感測元件，用于從所述光發(fā)射構(gòu)件經(jīng)過所述光測量距離的所述電磁輻射；以及單元，至少連 接到所述光感測構(gòu)件，執(zhí)行光譜分析，其中感測所述電磁輻射的所述光感測構(gòu)件適配為對 預(yù)計(jì)落在某光譜區(qū)域內(nèi)的電磁輻射是敏感的，該光譜區(qū)域的選擇波長成分和/或譜元素變 成在執(zhí)行光譜分析的單元內(nèi)的分析對象以使得在該單元內(nèi)確定波長成分或譜元素的相對 輻射強(qiáng)度。為了解決上述的技術(shù)問題中的一個(gè)或多個(gè)個(gè)，本發(fā)明更具體地指示通過使得所述 發(fā)射的電磁輻射在所述光發(fā)射構(gòu)件和所述光感測構(gòu)件之間適配為使頻率和/或波長通過 適配的光學(xué)帶通濾波器來補(bǔ)充所提及的已知技術(shù)，其中所述帶通濾波器被構(gòu)造和/或設(shè)計(jì) 為能夠在所述發(fā)射構(gòu)件產(chǎn)生的電磁輻射的傳輸中提供依賴于入射角的波長。該帶通濾波器被適配為使得在發(fā)射的電磁輻射內(nèi)將第一選擇波長成分或窄區(qū)域 或第一選擇譜元素與第二選擇波長成分或窄區(qū)域或第二選擇譜元素分離某波長，且所述單元適配為能夠經(jīng)由光電檢測器檢測針對多于一個(gè)這種譜元素的或來自其的發(fā)生的輻射強(qiáng)度。因?yàn)樘岢龅膶?shí)施例落在本發(fā)明的基本概念的框架內(nèi)，它另外指示與所述帶通濾波 器相鄰設(shè)置界定發(fā)射的電磁輻射的色散角的開口或窗口。進(jìn)一步指示，在輻射的方向上計(jì)，所述開口或窗口應(yīng)當(dāng)在傳輸?shù)姆较蛏嫌?jì)被緊接 定向在光學(xué)帶通濾波器之前或之后。此處光學(xué)帶通濾波器適配為使得入射電磁輻射以電磁輻射的至少兩個(gè)不同預(yù)定 向外落角或出射角偏轉(zhuǎn)。適配于所述角的電磁輻射的所述向外落輻射然后與用于入射輻射的相關(guān)聯(lián)主角 有關(guān)，該入射輻射變成在執(zhí)行光譜分析的單元內(nèi)的分析對象。更具體地，指示了一個(gè)且相同的帶通濾波器適配為接收一個(gè)且相同的電磁輻射， 至少兩個(gè)不同波長成分或譜元素落在該電磁輻射內(nèi)。在提出的實(shí)施例中，更具體地指示，預(yù)先選擇的很多帶通濾波器可適配為接收獨(dú) 立發(fā)射的電磁輻射，至少兩個(gè)不同波長成分或譜元素落在該電磁輻射內(nèi)。對于針對輻射的每個(gè)或者每個(gè)選擇的向外落角或出射角，存在光電檢測器，該光 電檢測器則適配為使得在執(zhí)行光譜分析的其單元中分析其相關(guān)聯(lián)的且由單元接收的波長 成分或其相關(guān)聯(lián)的譜元素?？梢杂欣剡x擇基于光學(xué)干涉的有效濾波器作為所述光學(xué)帶通濾波器。與執(zhí)行光譜分析的所述單元有關(guān)的所述開口或窗口、所述光學(xué)帶通濾波器和/或 入射通道與接收和/或感測一個(gè)且相同的信號的構(gòu)件協(xié)作。所述開口、帶通濾波器和所述通道然后可以與一個(gè)且相同的接收器單元協(xié)作。接收器單元然后將具有混合單元的形式。整形為空腔、測量單元和/或光學(xué)測量距離的所述界定空間可以有利地與光發(fā)射 構(gòu)件和光感測構(gòu)件或接收器部分之間的筆直和/或光反射形狀和延伸相關(guān)。光發(fā)射構(gòu)件整形為第一分立單元而光感測構(gòu)件形成為第二分立單元，其適配為與 中間孔徑形狀局部部分配合，該中間孔徑形狀部分具有針對預(yù)計(jì)用于感測和分析的介質(zhì)的 入口和出口。預(yù)計(jì)用于感測和/或分析的單元?jiǎng)t可以優(yōu)選地基于氣體樣品，該氣體樣品可以包 含人的呼出空氣，且其中通過檢測器中的感測和/或單元中的分析，引導(dǎo)或確定氣相的呼 出氣體所處理的乙醇或?qū)?yīng)藥物的發(fā)生和/或濃度。如在空氣或者呼出區(qū)域中的二氧化碳(CO2)的發(fā)生和濃度的評估也落在本發(fā)明的 范圍內(nèi)。界定空間面對光感測構(gòu)件的端部展現(xiàn)表面部，該表面部反射電磁輻射以將電磁輻 射的角度傾斜地改變到相鄰帶通濾波器。光的射線(以輻射的窄電磁簇的形式)或者光射線的選擇部分可以有利地適配為 從光發(fā)射構(gòu)件直接以直角指向光電檢測器。優(yōu)點(diǎn)
為表征本發(fā)明和從而分配的特定顯著特性而必須主要考慮的優(yōu)點(diǎn)是由此為適配于光 譜分析的裝置創(chuàng)建了前提，該裝置具有適配于電磁輻射的光發(fā)射構(gòu)件；空間；用于來自所述光發(fā)射構(gòu)件的所述電磁輻射的光感測構(gòu)件；以及至少連接到所述感測構(gòu)件且執(zhí)行光譜分 析的單元，其中感測光電輻射的所提及的構(gòu)件適配為對濾波器敏感，該濾波器使預(yù)計(jì)落在 某光譜場或區(qū)域內(nèi)的電磁輻射經(jīng)過，該光譜場或區(qū)域的選擇波長成分和/或譜元素變成在 執(zhí)行光譜分析的單元中的分析對象，以在該單元內(nèi)通過不同計(jì)算來確定譜元素的相對輻射 強(qiáng)度、確定所述光發(fā)射構(gòu)件和所述光感測構(gòu)件之間的所述發(fā)射的電磁輻射適配為能夠經(jīng)過 適配和/或構(gòu)建的光學(xué)帶通濾波器，其中該帶通濾波器構(gòu)造為能夠提供依賴于入射角的波 長以傳輸從所述光發(fā)射構(gòu)件產(chǎn)生和發(fā)射的電磁輻射。該單個(gè)帶通濾波器因而適配為將第一選定波長成分和/或第一選擇譜元素與第 二選擇波長成分和/或第二選擇譜元素分離，且所述單元適配為能夠針對多于一個(gè)波長成 分或譜元素單獨(dú)檢測和計(jì)算發(fā)生的波長成分的強(qiáng)度或輻射強(qiáng)度。為表征本發(fā)明而必須主要考慮的內(nèi)容在所附權(quán)利要求1和權(quán)利要求2的特征部分 中公開。


為了參考附圖進(jìn)行例證，現(xiàn)在將描述說明與本發(fā)明相關(guān)聯(lián)的顯著特性的目前提出 的實(shí)施例，其中
圖1示出用于在利用具有光發(fā)射構(gòu)件、適配于氣體樣品的界定空間、光接收構(gòu)件以及 相關(guān)聯(lián)的顯示單元的NWR技術(shù)時(shí)測量氣體的原理，
圖2示出單通道測量(單射束NWR技術(shù))中的已知接收器單元或光感測構(gòu)件的原理， 圖3示出雙通道測量(雙射束NWR技術(shù))中的已知接收器單元或光感測構(gòu)件的原理， 圖4示出利用二氧化碳傳感器且通過使用不同時(shí)隙“tl”接著是“t2”或者相同時(shí)隙的 差分吸收測量的雙通道測量中的應(yīng)用的曲線圖，其中χ軸被分配對應(yīng)于l/λ的值，(CO2吸 收譜，具有用于標(biāo)準(zhǔn)雙波長NWR CO2監(jiān)控的兩個(gè)濾波器曲線)，
圖5示出通過基于時(shí)間對干涉濾波器進(jìn)行選擇性電掃描的雙通道測量的原理(“tl”接 著是“t2”且接著是“tl”)，
圖6示出通過基于不同時(shí)隙對干涉濾波器進(jìn)行選擇性熱掃描的雙通道測量的原理， 圖7示出根據(jù)本發(fā)明的具有兩個(gè)相鄰布置的光電檢測器的感測構(gòu)件或光接收器構(gòu)件 的示例，
圖8示出預(yù)計(jì)用于NDIR-技術(shù)的干涉濾波器的波長傳輸?shù)慕嵌纫蕾囆缘那€圖，(作為 使用窄帶通濾波器的典型NWR氣體檢測，中心波長偏移)，
圖9示出使用二氧化碳傳感器且通過差分吸收測量的雙通道測量中的典型應(yīng)用的曲 線圖，(NWR單濾波器雙波長(X)2氣體感測，具有用于C02監(jiān)控的標(biāo)準(zhǔn)4.沈μ m Cff濾波器的 濾波器曲線)，
圖10示出與本發(fā)明有關(guān)的具有兩個(gè)光檢測器的光學(xué)裝置，
圖11示出本發(fā)明用于評估二甲基乙烷(DME)與丁烷的應(yīng)用的曲線圖、(碳?xì)浞只?， 圖12a以多于兩個(gè)的相鄰分析波長且以放大的視圖說明本發(fā)明的實(shí)施例的示例，其中 發(fā)射的電磁輻射能夠通過帶通濾波器而分布到4個(gè)光感測構(gòu)件中的每一個(gè)，圖12b示出這 種4個(gè)光感測構(gòu)件的備選方案，
圖13說明本發(fā)明用于區(qū)分碳?xì)浠衔锏母鞣N特定氣體成分檢測的應(yīng)用的曲線圖，(NDIR單濾波器三波長氣體感測，具有用于HC監(jiān)控的標(biāo)準(zhǔn)3. 46 μ m Cff濾波器的濾波器曲 線)，以及
圖14說明用于接收其光射束和其波長的以并排關(guān)系相鄰定向的兩個(gè)光感測構(gòu)件的定向。
具體實(shí)施例方式首先應(yīng)指出在關(guān)于目前提出的實(shí)施例的以下說明書中，我們選擇了措詞和特定 術(shù)語以便主要闡明本發(fā)明的基本概念，其中所述實(shí)施例展現(xiàn)與本發(fā)明有關(guān)的顯著特性且將 借助于附圖中示出的圖1至14來闡明。然而，在這點(diǎn)上應(yīng)當(dāng)注意，此處選擇的術(shù)語不應(yīng)被看成是僅限于此處所利用和選 擇的措詞，且應(yīng)當(dāng)理解，每個(gè)由此選擇的措詞要被解讀為使得它另外將能夠包含以相同或 基本相同方式起作用的所有技術(shù)等效物，以便從而能夠?qū)崿F(xiàn)相同或基本相同的目的和/或 技術(shù)結(jié)果。因而，參考附圖，示意性地且詳細(xì)地示出本發(fā)明的基本前提，且其中與本發(fā)明有關(guān) 的顯著特點(diǎn)通過現(xiàn)在提出的且在下文中更具體描述的實(shí)施例來具體化。因而，圖1示意性地示出適配于光譜分析的裝置“A”的原理，該裝置具有針對具 有大波長間隔的電磁輻射“S”適配的光發(fā)射構(gòu)件單元10 ；以及界定空間11，具有空腔形式， 用作適配于氣體“G”樣品且預(yù)計(jì)能夠限定光學(xué)測量距離“L”的測量單元或測量路徑。而且，說明了針對從所述光發(fā)射構(gòu)件10經(jīng)過所述光學(xué)測量距離“L”的所述電磁輻 射“S”的光感測構(gòu)件12，以及執(zhí)行光譜分析的單元13通過線121至少連接到所述光感測構(gòu) 件12且其中包括光電檢測器!3b、3b’。而且，感測電磁輻射“S”的所提及構(gòu)件12及其相關(guān)聯(lián)的檢測器!3b、3b’應(yīng)當(dāng)適配 為對預(yù)計(jì)落在光譜區(qū)域內(nèi)的電磁輻射敏感，所述光譜區(qū)域的選擇波長成分或者譜元素是在 執(zhí)行光譜分析的單元13中的分析對象，以用于主要在該單元13中計(jì)算和確定譜元素的相 對光輻射強(qiáng)度。應(yīng)當(dāng)注意，僅僅為闡明目的，在圖1中光發(fā)射構(gòu)件10和光接收構(gòu)件12示為稍微 遠(yuǎn)離界定空間11。在所述光發(fā)射構(gòu)件10和所述光感測構(gòu)件12之間的所述發(fā)射的電磁輻射“S”被適 配為允許傳向且選擇性地傳到適配的帶通濾波器，諸如光學(xué)帶通濾波器14。這種帶通濾波器14被構(gòu)造和/或設(shè)計(jì)為能夠在所述光發(fā)射構(gòu)件10產(chǎn)生的電磁輻 射“S”的傳輸中提供依賴于入射角的波長。這種帶通濾波器14因而被適配為根據(jù)選擇的入射角來分離(圖7)指向檢測器北 的第一選擇譜元素如和指向檢測器3b’的第二選擇譜元素4b，且另外，兩個(gè)光電檢測器北 和3b’都連接到所述單元13，該單元適配有能夠檢測多于一個(gè)這種譜元素的發(fā)生的輻射強(qiáng) 度的模塊。單元13 (圖1)執(zhí)行光譜分析且展現(xiàn)被電磁輻射“S”控制且被中央單元1 激勵(lì) 的發(fā)射器模塊13a以及也通過所述線121連接到中央單元13b的很多信號接收模塊13c、 13d 和 13e。在電路13f上，經(jīng)由光發(fā)射構(gòu)件10發(fā)送的信號即電磁輻射“Sa”可以與光感測構(gòu)件12中接收的電磁輻射“Sb”進(jìn)行比較。為此，使用線101和線121。中央單元13b中評估和計(jì)算的結(jié)果然后可以作為曲線圖1 被傳遞到顯示單元 15。更具體地，圖1說明了用吸收容器(cuvette) 1的應(yīng)用，其中借助于電磁輻射“Sb” 被分析的氣體“G”位于該吸收容器1中，或者視為光輻射束4要被分析，其中輻射“Sa”由 發(fā)射器單元2發(fā)射且由電光檢測器單元3接收。該光發(fā)射器單元2然后可以由輻射源加(構(gòu)件10)和協(xié)作準(zhǔn)直器2b組成，該準(zhǔn)直 器2b的目的是盡可能有效地聚集以其輻射束4發(fā)射的輻射“Μ”且將其引導(dǎo)通過吸收容器 1的長度到檢測器或接收器單元3。發(fā)射器單元2可以采取玻璃燈泡(該玻璃燈泡填充有氣體或者排出氣體)中的熾熱 絲的形式，即具有明確發(fā)射譜的、白熾燈或通過硅技術(shù)及微機(jī)械(micromechanics)制作的 薄膜上或陶瓷基板上的加熱電阻器或發(fā)光二極管。根據(jù)本發(fā)明的指導(dǎo)，發(fā)射器單元2發(fā)出輻射束4的發(fā)射“Μ”，該輻射束4至少必須 包括其強(qiáng)度在圖1中的獨(dú)立檢測器北、3b’(以及圖7的檢測器!3b、3b’)中被光電檢測且在 單元13中被評估的所有波長。然后可以根據(jù)選擇的應(yīng)用、選擇的測量準(zhǔn)確度、其中測量氣體“G”可以期望經(jīng)由負(fù) 壓或正壓被聚集的方式等，以不同的方式設(shè)計(jì)吸收容器1。在某些應(yīng)用中，吸收容器1可以同時(shí)包含機(jī)械底座la，光發(fā)射器單元2和光接收器 單元3剛性地緊固到該機(jī)械底座la。接收器單元12的檢測器!3b、3b’適配為產(chǎn)生電信號，所述電信號依賴于光電波長 并且稍后使其成為用于執(zhí)行光譜分析的單元13中的計(jì)算分析的對象。這種單元13在本技術(shù)領(lǐng)域中是公知的且因此不做詳細(xì)描述。所述單元13預(yù)計(jì)計(jì)算示出相關(guān)氣體濃度和/或氣體和/或氣體混合物的結(jié)果。為了能夠提供增加的必要測量靈敏度，諸如為了延伸測量距離或吸收距離“L”的 長度，這可以通過各種光學(xué)裝置來實(shí)現(xiàn)，諸如通過在使用的測量單元或限制空間11內(nèi)的多 次來回通過(所謂的多次經(jīng)過單元)而實(shí)現(xiàn)。為了進(jìn)一步能夠收集反射器或準(zhǔn)直器2b不能在期望和正確的方向上準(zhǔn)直的射線 的發(fā)射電磁束4，有可能利用吸收單元，其具有已知方式的鏡像內(nèi)表面la’且其幾何形狀設(shè) 計(jì)為使得作為波導(dǎo)把來自發(fā)射器單元2的光束向前帶到接收器單元3。圖2現(xiàn)在示意性地說明適配于單通道測量的已知光接收器單元3，其中發(fā)射的入 射光射線4由干涉濾波器3a進(jìn)行光學(xué)濾波，在該示例中該干涉濾波器3a安裝為與封裝3’ 中的開口(孔徑)3i結(jié)合用作接收器單元3的封裝3’上的窗口，使得僅在極窄且明確光譜 間隔內(nèi)的電磁輻射或光射線如經(jīng)過濾波器3a且到達(dá)對該輻射敏感的光電檢測器北。開口 3i具有空間濾波的功能，即僅讓與來自發(fā)射器單元2的方向一致的電磁輻射 4a進(jìn)入檢測器元件北并且抑制來自其他方向的光和輻射，否則來自其他方向的光和輻射 將能夠不利且干擾地影響單元13中的計(jì)算結(jié)果。因此，壁la’而且包含對環(huán)境以及對接收單元3結(jié)構(gòu)的屏蔽。檢測器元件北可以是光二極管、量子檢測器、熱電檢測器的類型或者用于光電轉(zhuǎn) 換的熱檢測器的另一形式。CN 102132144 A
說明書
10/13 頁重要的是，圖2中的光電檢測器北具有產(chǎn)生某一種類或某一形式的電信號的能 力，該電信號的大小和形狀依賴于且對應(yīng)于在其頻率間隔內(nèi)經(jīng)過濾波器3a的輻射如的強(qiáng)度。通過示出的電連接3c、3c ’，這些電信號轉(zhuǎn)遞到光接收器單元3的兩個(gè)測量連接3d 和!Be，單元13中的后續(xù)放大級(未示出)和/或其他電子/計(jì)算機(jī)處理將來自所述連接的 測量信號提煉為最終結(jié)果，該結(jié)果可以被評估且在顯示單元15上作為曲線圖1 可見。如果基于NWR技術(shù)實(shí)施氣體測量，則濾波傳輸如的波長被選擇為與測量其氣體 濃度的物質(zhì)的吸收波長特性一致。圖3現(xiàn)在示意性地示出用于雙通道測量的已知接收器單元3，且除了結(jié)合圖2所示 出和描述的之外，該接收器單元3還提供有附加開口 3i’、開口 3i’后的干涉濾波器3f以及 相關(guān)聯(lián)的獨(dú)立光電檢測器元件北和3b’。濾波器3f此處選擇為具有不同于濾波器3f ’的另一傳輸波長4b，且因此選定光射 束4b將具有與選定光射束如不同的波長。對應(yīng)于轉(zhuǎn)換的電可測量信號，連接器引腳:3h、:3e和3d上的信號分別用于波長4b 和4a，用于波長如的引腳3d、;3e提供關(guān)于瞬時(shí)光強(qiáng)的信息。如果測量通道之一用作信號中性波長的強(qiáng)度參考，則承受使測量信號121的精確 評估失真的風(fēng)險(xiǎn)的、電磁輻射(4) “S”或光射線“Sa”的向內(nèi)輻射強(qiáng)度中的短時(shí)間變化可以 被完全調(diào)節(jié)和中性化。圖4示出用于說明借助于差分吸收測量根據(jù)圖3的二氧化碳傳感器的雙通道測量 中的應(yīng)用的曲線圖。選擇干涉濾波器3f’的特性，使得其傳輸曲線圖(4a)與測量氣體的吸收區(qū)域(4c) (在這種情況下大約4. ^ym波長對應(yīng)于二氧化碳)一致。圖4中的尺度由l/λ的值限定。另一濾波器(未示出)可以選擇為通過使其傳輸特性(4b)選擇為位于沒有氣體吸 收發(fā)生或存在的區(qū)域(在該示例中為大約3. 39μπι波長)中來創(chuàng)建參考信號。通過最初使儀器校準(zhǔn)且測量在不存在二氧化碳的情況下這些信號產(chǎn)生的信號商 (quotient)，測量系統(tǒng)可以以這種方式標(biāo)準(zhǔn)化且使其與射束的光束4的輻射強(qiáng)度中的變化 無關(guān)。發(fā)射器加的老化趨勢以及光學(xué)系統(tǒng)11中的傳輸變化導(dǎo)致束4的強(qiáng)度隨時(shí)間變 化，實(shí)際上正是其極大地限制了 NWR氣量計(jì)的準(zhǔn)確度且確立了重現(xiàn)(recurring)服務(wù)的要 求和重新校準(zhǔn)的需要。與根據(jù)圖2的單通道測量系統(tǒng)的系統(tǒng)相比，端子3cK3e和: - 之間的、氣體吸收 信號和參考波長相關(guān)電信號之間的商的這種形成明顯改善了該情況。圖5現(xiàn)在說明通過在時(shí)間上選擇的干涉濾波器北’和北的電掃描的雙通道測量。NWR雙通道測量的備選實(shí)施例是在這樣的時(shí)候?qū)τ谝粋€(gè)且相同的干涉濾波器 3b‘的傳輸波長可以借助于通過連接(未示出)而外部施加的控制信號進(jìn)行電子變化。在不同的時(shí)間序列“ 11”和“ t2 ”中，具有波長如的輻射如(t 1)可以以時(shí)間間隔 “tl”發(fā)射，而具有參考波長4b的輻射4b(t2)可以以時(shí)間間隔“t2”發(fā)射。通過在這些不同的時(shí)間間隔期間交替地允許兩個(gè)預(yù)定波長4a、4b經(jīng)過，根據(jù)圖4， 此后可以根據(jù)波長差分吸收測量的基本概念來形成信號商。
圖5中的電子可控光學(xué)傳輸濾波器3b’可以用硅基工藝中的微機(jī)械來實(shí)現(xiàn)，其中 所謂的法布里-珀羅(Fabry-Perot)濾波器可以以如下方式向前蝕刻其一個(gè)鏡表面變得 在微觀尺度上可控地可位移，以便從而提供時(shí)間受控的法布里-珀羅干涉儀傳輸波長。此外，布置濾波器北’的機(jī)械旋轉(zhuǎn)屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。圖6說明通過干涉濾波器3k的熱或類似掃描的雙通道測量。根據(jù)圖6，此處說明另一概念通過利用簡單的檢測器單元北而不用與檢測器北 相鄰的任何波長選擇濾波器并且結(jié)合如圖4和5中的具輻射^(tl)和4b(t2)的脈沖束的 波長調(diào)制發(fā)射器單元2a，實(shí)現(xiàn)用于形成波長差分信號商的前提的創(chuàng)建。該發(fā)射器單元通過使用作為發(fā)射器單元加中的窗口或開口且與發(fā)射器相 鄰的干涉濾波器3k而不是把濾波器安裝成與接收器單元3相鄰，實(shí)現(xiàn)波長分段的形成。結(jié)果是，通過使用其反射率具有基本溫度依賴性的金屬氧化物，可以創(chuàng)建溫度掃 描干涉濾波器3k，其中傳輸波長隨濾波器3k的瞬態(tài)溫度而明顯變化。鑒于濾波器3k與功率遞送發(fā)射器單元2 Qa)鄰近，其將根據(jù)發(fā)射器單元2 Qa)的 輸出而被加熱到不同的平衡溫度。發(fā)射器單元2和相關(guān)聯(lián)輻射4的功率調(diào)制因而將在濾波器材料3k’中產(chǎn)生對應(yīng)的 溫度調(diào)制且因此產(chǎn)生發(fā)射光4的波長調(diào)制，發(fā)射光4的在時(shí)隙“tl”的極限波長值^(tl) 和在時(shí)隙“t2”的極限波長值4b(t2)提供用于基本上以如圖5和6中說明的方式形成商的
■石出?，F(xiàn)在將參考圖7至12來描述與本發(fā)明有關(guān)的特定性質(zhì)。圖7的目的是說明光接收器單元3，展現(xiàn)與本發(fā)明有關(guān)的性質(zhì)或特征。更具體地，圖7的目的是示出接收器單元3，該接收器單元3可以被認(rèn)為是圖3中 示出的實(shí)施例的簡化，因?yàn)樵谠摻Y(jié)構(gòu)中不包括濾波器單元3f而僅包括濾波器3f’。不過，此處示出的其兩個(gè)相關(guān)聯(lián)的檢測器元件北、3b ’均通過一個(gè)相同的濾波器單 元3f ’來接收獨(dú)立輻射束如和4b，其中不同之處在于束射線4b在其傳播方向上相對于 束射線4和束射線如的方向呈現(xiàn)角度4(a)。本身已知干涉濾波器的傳輸波長隨偏離射線4朝向?yàn)V波器3f ’的法向入射束的入 射角(α)的增加而減小。這導(dǎo)致通過根據(jù)圖7的裝置可以創(chuàng)建如圖3中的前提，且根據(jù)圖4的曲線圖中說 明的原理，該前提可以用于執(zhí)行差分吸收信號測量，然而僅在一個(gè)時(shí)隙“tl”中進(jìn)行。結(jié)果是，用于此的前提是，周圍的光學(xué)器件被設(shè)計(jì)為使得至少特定部分4(a)中 發(fā)射的和(部分)準(zhǔn)直的輻射4被偏轉(zhuǎn)且以入射角“ α ”指向?yàn)V波器3f’。此處示出一種裝置，其可以以劃算的方式測量兩個(gè)不同且分離波長的信號強(qiáng)度， 其中根據(jù)圖7，一個(gè)單個(gè)濾波器3f’將比圖3中示出的兩個(gè)濾波器單元3f、3f’更劃算。而且，結(jié)果是，針對波長差異所達(dá)到的精度將很大并且比實(shí)際/經(jīng)濟(jì)地可能用兩 個(gè)不同光學(xué)濾波器單元(3f、3f’)所實(shí)現(xiàn)的更大。注意，針對光學(xué)濾波器的傳輸波長的容差的常用值是+/_1%，且在購買時(shí)兩個(gè)濾波 器單元之間的傳輸波長的差異具有+/-2%的工作波長不確定性，結(jié)果是用于根據(jù)本發(fā)明的 裝置的對應(yīng)值典型地是上面針對傳輸波長公開的值的+/-10%。圖8的目的是以曲線圖說明預(yù)計(jì)用于NWR氣體測量的典型干涉濾波器的傳輸波長的角度依賴性。該圖示應(yīng)當(dāng)不言而喻，但是說明了用于改變例如45°入射角時(shí)的傳輸波長的典型 值相對于法向光入射時(shí)的標(biāo)稱值約是傳輸波長的3%且具有約為0. 3%的最大不確定性。圖9以曲線圖說明根據(jù)本發(fā)明的指導(dǎo)、通過差分吸收測量的二氧化碳傳感器的雙 通道測量的應(yīng)用。在具有根據(jù)圖8的具有標(biāo)準(zhǔn)特性的干涉濾波器的NDIR氣體傳感器中應(yīng)用如圖7 中的根據(jù)本發(fā)明的裝置提供了信號或?yàn)V波器特性Ga)和(4b)，該信號和濾波器特性滿足 用于根據(jù)雙通道測量原理的二氧化碳(4c)的差分NWR吸收測量的基本條件。曲線圖的尺寸或包絡(luò)指示氣體濃度的幅值。圖10說明根據(jù)本發(fā)明的原理的進(jìn)一步光學(xué)裝置“A”。與圖1的NWR實(shí)施例相比較，此處指示光接收器單元3被圖7中更具體示出和 描述的結(jié)構(gòu)代替，但稍微向上移動(dòng)或位移，目的是使得下檢測器元件北直接被在測量單元 1的上半部分內(nèi)經(jīng)過的光射束或光束4e Ga)照射。最上的檢測器元件北’則將被經(jīng)過測量單元1的下半部分但是通過引入小反射鏡 表面5而向上朝向檢測器3b’傾斜的光射束或者光束4cK4b)照射。此處，與光束4d的原始傳播方向相比，鏡面5以“ α /2”的角度安裝，使得朝向干 涉濾波器3f’的入射角將具有裝置所期望的值“ α ”，看上去源于圖10的底部的發(fā)射器單元 2a' (10’)的虛擬說明2’’。對于可以產(chǎn)生對光接收器單元3和其檢測器!3b、3b’所需的入射角的裝置“Α”及 其變型，存在很多可能的解決方案。參考圖11，說明能夠區(qū)分二甲基乙烷(DME)與丁烷的應(yīng)用示例中的曲線圖。此處說明其中可以通過檢查DME混合物來測量燃料性質(zhì)的方式。根據(jù)本發(fā)明的指導(dǎo)，這可以實(shí)現(xiàn)且可以通過在3. 56μπι和3. 45 μ m的波長對的差 分吸收測量(4a)、(4b)而應(yīng)用于過程監(jiān)控中。圖1 說明根據(jù)本發(fā)明的裝置“A”的實(shí)施例，且其可以評估多個(gè)(多于兩個(gè))彼此 即將(at hand)靠近或相鄰的分析波長。此處提及，(與束如有關(guān)的)多個(gè)波長如、41^41^可以分離，且如圖12所示，形 成和使用特定光接收器單元3。裝置然后可以同樣包含許多光電單元或檢測器單元!3b、3b’ "Ibi作為選擇波長， 其中所有檢測器成行地安裝(檢測器陣列)，使得基本不同的角度將照射它們所有中的每一 個(gè)。碳?xì)浠衔锏姆治隹梢员徽J(rèn)為是當(dāng)可能需要若干緊密排列波長下的差分吸收測 量以具有能夠分離與混合氣體結(jié)合的不同碳物質(zhì)的可能性時(shí)的典型示例。圖12b說明適配為能夠辨別即將靠近的多個(gè)分析波長的光接收器單元3’的備選
實(shí)施例<此處示出了幾何形狀，其中波長選擇濾波器3f’位于中央，但是在接收器單元3的 內(nèi)傾斜。
封裝3’對于波長4e及其部分4^41ν··41ν這然后可以引起各個(gè)檢測器元件3b、3b，...
3b,之間的更均勻發(fā)光和/投射。
為了能夠區(qū)分碳?xì)浠衔锏奶囟怏w成分檢測，圖13以曲線圖說明了本發(fā)明的應(yīng)用。已知，在緊密相關(guān)的物質(zhì)的吸收譜中存在微小差異且此處這以約3. 4μπι的波長 來例證。這應(yīng)用于諸如乙醇、丙酮和辛烷的碳水化合物。結(jié)果是，難以用在利用半導(dǎo)體傳感器和電化學(xué)測量單元中設(shè)計(jì)的已知?dú)怏w測量原 理來分離這些物質(zhì)。然而，結(jié)果是，根據(jù)本發(fā)明的引導(dǎo)，光譜區(qū)域Ga)、(4bl)和(4b2)中的吸收的差分 測量可以彼此辨別這些物質(zhì)，檢測哪個(gè)物質(zhì)是相關(guān)物質(zhì)且在測量單元中存在多少該物質(zhì)部 分，尤其在裝置“A”的測量單元11內(nèi)每次僅暴露這些物質(zhì)中的一個(gè)或少數(shù)物質(zhì)的情況下。在相關(guān)聯(lián)譜展現(xiàn)明顯和/或差異的條件下且在裝置作為其基礎(chǔ)可以具有氣體分 析(該氣體分析包含多于兩個(gè)測量通道(此處圖7中說明)，諸如如圖1 和12b中的3個(gè)、4 個(gè)、5個(gè)或更多)的情況下，在本發(fā)明的幫助下可以更精確地或較不精確地評估存在氣體混 合物和若干可能氣體的仍更復(fù)雜情況。光學(xué)帶通濾波器3f’依賴于輻射“S”的選擇入射角而適配為將每個(gè)入射電磁輻射 偏轉(zhuǎn)到至少兩個(gè)(往往更多)不同光學(xué)和預(yù)定出射角，其中所述出射角將與入射輻射4和在 執(zhí)行光譜分析的單元13中經(jīng)受分析的其部分如或如的主角相關(guān)。至少一個(gè)且相同的帶通濾波器3f’被適配為接收至少兩個(gè)不同波長成分或譜元素 落在其內(nèi)的一個(gè)且相同的電磁輻射4。對于每個(gè)出射角或?qū)τ诿總€(gè)選定出射角，存在至少一個(gè)光電檢測器!3b、3b’，其適 配為在執(zhí)行光譜分析的單元13中通過計(jì)算而使其相關(guān)聯(lián)的譜元素強(qiáng)度相對于發(fā)射的電磁 輻射4 (“S”)的強(qiáng)度得到分析。圖14是說明在時(shí)隙“tl”期間用于接收其光射束4a、4b及其波長的以并排關(guān)系相 鄰定向的兩個(gè)光感測構(gòu)件:3b、3b’的定向。距離“a”指示濾波器3f’表面和其狹縫3i之間的最小距離，與檢測器3b’和北 的光感測表面之間的最小距離“b”相對。此處說明在中央單元13b中進(jìn)一步實(shí)施信號接收模塊13c和13d中的信號(3d、 3d)和(3h、;3e)的并行處理(tl)以促成信號曲線圖，如圖9、11和/或13中的(4a)和(4b)。通過延伸距離“a”，如圖12a和圖12b所示，可以引入比所示的兩個(gè)更多的檢測器。本發(fā)明當(dāng)然不限于上面作為示例公開的實(shí)施例且可以在所附權(quán)利要求中說明的 發(fā)明概念的框架內(nèi)經(jīng)受修改。尤其應(yīng)當(dāng)注意，在能夠?qū)崿F(xiàn)所期望的技術(shù)功能的框架內(nèi)，每個(gè)所說明單元和/或 電路可以與每個(gè)其他所說明單元和/或電路組合。
權(quán)利要求
1.一種適配于光譜分析的裝置，所述裝置具有適配于電磁輻射的光發(fā)射構(gòu)件；空 間；和用于來自所述光發(fā)射構(gòu)件的所述電磁輻射的光感測構(gòu)件；以及執(zhí)行光譜分析且至少 連接到所述光感測構(gòu)件的單元，其中所述感測構(gòu)件適配于通過被光電地適配為對預(yù)計(jì)落在 光譜區(qū)域內(nèi)的電磁輻射敏感的檢測器來感測電磁輻射，所述光譜區(qū)域的選定波長成分或譜 元素變成在執(zhí)行光譜分析的所述單元中的分析對象從而在所述單元中通過計(jì)算來確定譜 元素的相對輻射強(qiáng)度，其特征在于，所述電磁輻射適配為以不同入射角經(jīng)過所述光發(fā)射構(gòu) 件和所述光感測構(gòu)件之間的適配光學(xué)帶通濾波器，該帶通濾波器構(gòu)造和/或構(gòu)建為使得能 夠提供依賴于入射角的波長以傳輸從所述光發(fā)射構(gòu)件產(chǎn)生的電磁輻射，其中所述帶通濾波 器在這點(diǎn)上適配為依賴于入射角使第一選擇波長成分和/或第一選擇譜元素與第二選擇 波長成分和/或第二選擇譜元素分離，第一和第二選擇波長成分和/或選擇譜元素均在其 光電構(gòu)件或檢測器中接收，且所述單元適配為能夠單獨(dú)檢測和計(jì)算多于一個(gè)波長成分和/ 或多于一個(gè)譜元素的發(fā)生的輻射強(qiáng)度。
2.一種適配于光譜分析的裝置，具有適配于電磁輻射的光發(fā)射構(gòu)件；界定空間，具 有空腔形式，用作氣體適配測量單元且預(yù)計(jì)能夠限定光學(xué)測量距離；光感測構(gòu)件，用于從所 述光發(fā)射構(gòu)件經(jīng)過所述光學(xué)測量距離的所述電磁輻射；以及執(zhí)行光譜分析的單元，至少連 接到所述光感測構(gòu)件，其中感測所述電磁輻射的所述提及的構(gòu)件光電地適配為對預(yù)計(jì)落在 光譜區(qū)域內(nèi)的電磁輻射敏感，該光譜區(qū)域的選擇或選定波長成分或譜元素變成在執(zhí)行光譜 分析的所述單元內(nèi)的分析對象，使得在該單元中通過計(jì)算來確定譜元素的相對輻射強(qiáng)度， 其特征在于，所述電磁輻射在所述光發(fā)射構(gòu)件和所述光感測構(gòu)件之間被適配為允許經(jīng)過適 配的光學(xué)帶通濾波器，該帶通濾波器構(gòu)造和/或構(gòu)建為使得提供依賴于入射角的波長以傳 輸從所述光發(fā)射構(gòu)件產(chǎn)生的電磁輻射，其中所述帶通濾波器適配為使第一波長成分和/或 第一選擇譜元素與第二選擇波長成分和/或第二選擇譜元素分離以均在其光電構(gòu)件或檢 測器中接收，且所述單元適配于能夠單獨(dú)檢測和計(jì)算多于一個(gè)接收波長成分和/或多于一 個(gè)譜元素的發(fā)生的輻射強(qiáng)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，與所述帶通濾波器相鄰或者在所述 濾波器內(nèi)定位界定電磁輻射的色散角的開口或窗口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的裝置，其特征在于，在輻射的方向上計(jì)，所述開口或窗 口定向在所述帶通濾波器之前和/或之后。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述帶通濾波器響應(yīng)于相關(guān)入射角 而適配為將入射電磁輻射偏轉(zhuǎn)到至少兩個(gè)不同的電磁、光學(xué)和預(yù)定出射角。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述出射角與入射輻射的主角有關(guān)，所 述入射輻射變成在執(zhí)行光譜分析的單元內(nèi)的分析對象。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的裝置，其特征在于，一個(gè)且相同的帶通濾波器適配為接 收至少兩個(gè)獨(dú)立譜元素落在其內(nèi)的一個(gè)且相同的電磁輻射。
8.根據(jù)權(quán)利要求5、6或7所述的裝置，其特征在于，預(yù)選的多個(gè)帶通濾波器適配為每 一個(gè)接收其電磁輻射，其中該輻射被包括在至少兩個(gè)獨(dú)立譜元素中。
9.根據(jù)權(quán)利要求5、6、7或8所述的裝置，其特征在于，對于與出射射束或射線相關(guān)聯(lián) 的每個(gè)或每個(gè)選定角度，存在光電檢測器，該光電檢測器適配為通過提供的至少兩個(gè)電信 號和計(jì)算而在執(zhí)行光譜分析的所述單元中分析其相關(guān)聯(lián)的譜元素。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，選擇基于光學(xué)干涉的有效 濾波器作為所述帶通濾波器。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，與執(zhí)行光譜分析的所述單 元有關(guān)的所述開口、所述帶通濾波器和/或被包括通道與接收和/或感測一個(gè)且相同的信 號的構(gòu)件協(xié)作。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)尤其是權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述開 口、所述帶通濾波器和所述通道與一個(gè)且相同的光接收構(gòu)件協(xié)作。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)尤其是權(quán)利要求11和12所述的裝置，其特征在于，所 述接收單元被分配混合單元的形式。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，光發(fā)射構(gòu)件和光感測構(gòu)件 之間，整形為空腔、暴露測量部分和/或光學(xué)測量距離的所述界定空間被分配筆直和/或輻 射反射形狀。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)尤其是權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，光發(fā)射 構(gòu)件整形為第一分立單元且光感測構(gòu)件整形為第二分立單元，該第二分立單元適配為與中 間孔徑狀部分配合，該部分具有針對預(yù)計(jì)用于感測和分析的氣體的入口和出口。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)尤其是權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，預(yù)計(jì)用 于感測和/或分析的氣體包含呼出空氣，且選擇的感測和/或分析是針對確定乙醇或?qū)?yīng) 藥物的存在和/或濃度。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)尤其是權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，二氧化 碳(CO2)的濃度被評估且在顯示單元上呈現(xiàn)為曲線圖。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，界定空間面對光感測構(gòu)件 的端部展現(xiàn)表面部，該表面部對電磁輻射進(jìn)行反射以將傳輸?shù)碾姶泡椛涑蛞粋€(gè)或多個(gè)光 電檢測器傾斜地偏轉(zhuǎn)。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求其中任一項(xiàng)尤其是權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，與選 擇電磁輻射有關(guān)的光射線或光射束或者光射線或光射束的選定部分適配為從光發(fā)射構(gòu)件 直接指向光電檢測器。
全文摘要
一種適配于光譜分析的裝置(“A1”)，具有光發(fā)射構(gòu)件(10，2a)；界定空間(11)，具有空腔形式，用作測量單元且限定光學(xué)測量距離(“L”)；光感測構(gòu)件(12)，用于檢測從所述光發(fā)射構(gòu)件(10)經(jīng)過所述光學(xué)測量距離(“L”)的輻射(4)；以及至少連接到所述光感測構(gòu)件(12)且執(zhí)行光譜分析的單元(13)。使來自光發(fā)射構(gòu)件的輻射射束以不同的入射角經(jīng)過光學(xué)帶通濾波器(3f)。該濾波器構(gòu)建為使得依賴于入射角的波長經(jīng)過。把第一選擇波長成分與第二波長成分分離，該第一和第二波長成分均在其光電構(gòu)件(3b，3b’)中接收。所述單元適配于檢測和計(jì)算每個(gè)這種波長成分的發(fā)生的輻射強(qiáng)度。
文檔編號G01N21/61GK102132144SQ200980133231
公開日2011年7月20日 申請日期2009年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月30日
發(fā)明者G. E. 馬丁 H. 申請人:空氣傳感公司