[发明专利]迅速地接收液体吸收频谱用的装置和方法

说明书

本发明涉及一种接收液体吸收频谱用的装置，带有第一射线源，它沿着第一光程在第一频谱范围内发射射线；带有安排在第一光程上的第一测量段，该射线沿着该测量段射过该液体；带有安排在第一光程的可调节的Fabry-Perot干涉计，它作为可移动带通滤波器可以在第一频谱范围内透射该射线；和带有第一检测器，在第一频谱范围内测量射线的强度，以及接收液体吸收频谱用的方法。

在医药工程中常常需要测定或监测呼吸空气中选定组份的浓度。这样，例如，在患者麻醉时常常要测量每次呼吸中所使用的麻醉气体在呼吸空气中的浓度，或在检查司机时测量在呼吸空气中的酒精含量。为了测定各组分的浓度，使用光谱分析方法。为此一般用该气体具有吸收的波带上离散的滤波器，记录信号并与基准进行比较。从这些对一定的气体是特征性的波长的情况下信号的改变，可以得求出该气体在呼吸的空气中浓度的结论。

从技术现状看，已知一系列装置，籍以可以通过在选定的波长下或还有在频谱范围内的吸收测量，确定液体或气体，例如，呼吸气体中选定组份的浓度。这样的装置具有射线源，该射线源在选定的连续频谱范围内发射射线。在射线源和接着安排的射线射过该液体的测量段之间，安排光学带通滤波器，在下文中简单地称为滤波器，它把该射线的频谱限制在对气体一个组份呈特征性的，要测量其浓度的波长上。射过该滤波器和该测量段之后，该射线的强度用适当的检测器加以测量。与该组份的浓度可知的基准液体中的基准测量相比，从强度的减弱即可得出该组份在该液体中的浓度的结论。

若要测量多个组份的浓度，则必须针对每个组份使用它本身适当的滤波器。为了在短时间段上测定不同组份的浓度，尽可能做到一次呼吸作为所谓呼吸溶解测量，在所谓滤波器轮上安排不同的滤波器。滤波器轮是旋转的圆片，它以较快顺序在射线源和检测器之间的光程中移动滤波器。但缺点是，可以研究的组份数小，因为对于每种组份都必须存在它本身的滤波器，滤波器轮的本积大小受到限制。为此应用机械构件一般都有缺点，因为这提高了维修费用并容易出错。

正如在DE 10 2006 045 253 B3所描述的，应用可调节的Fabry-Perot干涉计可以接收完全的吸收频谱。为此在射线源和检测器之间的光程中安排一个可调节的Fabry-Perot干涉计代替滤波器。Fabry-Perot干涉计是这样一种安排，它具有两个部分透明的彼此平行安排的反射镜，它们覆有反射镀层的镜面。这些镜面彼此的距离确定Fabry-Perot干涉计透射的或对于该Fabry-Perot干涉计是透明的较窄的波长范围。允许透过Fabry-Perot干涉计的波长范围的宽度作为频谱分辨率表示并取决于波长。在可调节的Fabry-Perot干涉计上，可以改变这些镜面的距离，并借比移动透射的波长范围。因此，Fabry-Perot干涉计乃是一种可移动的带通滤波器，其频谱宽度相当于Fabry-Perot干涉计的分辨率。若要完全测量选定的频谱范围内液体的吸收频谱，则只须把该Fabry-Perot干涉计调整在选定的频谱范围上。

Fabry-Perot干涉计还可以在镜面适当的覆层上让两个不同的波长范围同时透明。因此可能同时在两个波长范围上绘制该液体的吸收光谱。从DE 102009 011 421 B3已知应用这种类型的Fabry-Perot干涉计接收一种液体吸收频谱用的接收装置。

为了测定液体各组份的浓度，必须把该检测器记录的频谱与基准测量进行比较。为此一般使用锁定放大器。在锁定放大器中测量的信号与基准信号相乘，并在低通滤波器中对该乘积进行积分。因此，该锁定放大器形成测量信号和基准信号之间的交叉相关关系。

但为了可以使用锁定放大器，必须在时间上调制该检测器给出的信号，并以此调制该射线源所发射的射线。所谓在时间上调制这里应该理解为该射线的强度随着时间改变。在最简单的情况下，这可以通过对射线源进行通/断或用安排在后面的斩波器进行，它在射线源和检测器之间的光程上重复进行。

呼吸空气中选定组份的吸收优选在2μm和15μm之间的波长下测量。一般在该波长范围内可供使用的宽带射线源是热辐射器。若用对呼吸溶解的测量所需要的大于100Hz的频率在时间上进行电调制，则这强烈地取决于所观察的波长的强度的相对调制，其中该调制从短到长波长地降低。在2μm和15μm之间的频谱范围内在100Hz和更高的频率下强度调制在较长波长下这样强烈地下降，以致它们对于锁定放大器的应用不再足够。

应用机械斩波器尽管在原则上是可能的，但这里还是机械部件，维护费用高昂而且难以微型化。