[发明专利]气体测量仪

说明书

本发明涉及在原位以吸收光谱的方式确定气态测量介质(432)的至少一种化学和/物理参数的气体测量仪，其中所述气体测量仪包括第一壳体(101、201、301、401、501)；至少一个激光器(102、202、302、402)作为辐射源，其被布置在第一壳体(101、201、301、401、501)中；至少一个过程窗口(114、214、314、414、514)用以将由激光器(102、202、302、402)发出的辐射耦合输入测量介质(432)；和至少一个检测器(103、203、303、403)，辐射在与所述测量介质(432)相互作用后可以通过该检测器检测出来；其特征在于，第一过程窗口(114、214、314、414、514)被构造作为无焦点凹凸透镜，其包括凹形表面和凸形表面。

技术领域

本发明涉及具有第一过程窗口(Prozessfenster)的气体测量仪，其用以在原位以吸收光谱的方式确定气态测量介质的至少一种化学和/物理参数。

背景技术

激光吸收光谱和带有可调谐激光的所谓的半导体激光吸收光谱也被称作可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)，特别适合确定气态测量介质的至少一种化学和/物理参数。

借助于激光吸收光谱可以非常准确地测定测量环境中所存在的或测量介质中所存在的气体的浓度或含量。此外还可以测定其他参数，例如温度或压力。

如果使用可调谐半导体吸收光谱(TDLAS)，测量介质可通过可调谐的激光的辐射而被穿透辐射的波长在预先确定的波长范围内被周期性调谐，其中由激光穿透的波长范围优选包括有待检测气体的一个或几个吸收光谱带。被覆盖的波长范围通过所使用的激光，特别是半导体激光确定。已知大量的激光和半导体激光。所谓的分布反馈型激光(DFB-激光)可能覆盖大约700nm至大约3μm之间的波长范围。所谓的垂直腔面发射激光(VCSEL-激光)可能覆盖至2.1μm的波长范围，QCL-激光(量子级联激光)覆盖的是大约3.5μm以上的以及甚至大约4.3μm以上的波长范围。

大多数情况下在透射结构中测量，其中已知在Transflexion-结构中测量。通过测量介质灵活地或通过与其相互作用由适当的检测器(Detektor)检测到激光或半导体激光发出的辐射。

可以检测到的是在所用的波长范围内具有至少一个典型吸收光谱带或吸收线(Absorptionslinie)的气体。可以借助于激光吸收光谱检测到的其他包括氧气(O₂)、二氧化碳(CO₂)、一氧化碳(CO)、氮气(NOX)、胺类、氨气(NH₃)、硫化氢(H₂S)、二氧化硫(SO₂)、卤族氢气复合物，例如HCI或HF、气态水或由其构成的混合物。

特别是激光，尤其例如可在760nm范围内发射和调谐的激光适于确定例如氧气，可在1500m范围内发射和调谐的激光适于确定NH₃，因为在这些范围内氧气和NH₃分别具有很强的吸收光谱带。

“测量环境”和“测量介质”概念在此指在该范围内可以测量或分析的环境和介质。

美国专利文件US 5,331,409 A公开了一种带有可调谐半导体激光的气体测量仪以及连接在其上的气体测量结构，有待检测的气体被导入到该气体测量结构中并且该气体测量结构包括多个气体测量工位(Gasmesszelle)。所述辐射通过准直透镜被引导至具有射束分离器第一气体测量工位，所述射束分离器通过每个聚焦透镜将辐射引至另一个测量工位或参照工位(Referenzzelle)分别具有检测器。但使用这些透镜会导致出现影响到吸收光谱带探测工作的干扰。为尽可能抵制这一效果，所述测量工位应被设计地尽可能长。