[发明专利]利用光声效应的装置和方法

说明书

本发明提出了一种装置，包括光发射器，其被配置为发射光辐射。此外，该装置包括气体密封的第一测量单元，其填充有第一气体。第一气体被配置为至少部分地吸收一个或多个预定波长的光辐射。此外，该装置包括第一传声器，其布置在测量单元中并且被配置为根据光辐射对第一气体的光声激励来生成第一传声器信号。该装置还包括评估电路，被配置为基于第一传声器信号生成第一测量信号，第一测量信号表示光发射器的一个或多个预定波长的发射强度。

技术领域

实施例涉及利用光声效应的装置和方法。

背景技术

光声测量系统使用调制的红外宽带光源以用于发射红外辐射。辐射被引导通过测量路径，并且在特定波长范围内(例如，对于二氧化碳为4.3微米)被包含在测量路径中的气体部分地吸收。然后，剩余的辐射通过光学窗口进入具有传声器的参考单元，该参考单元被气体密封并且完全充满参考气体(例如二氧化碳)。辐射的剩余能量在参考单元中被参考气体吸收，使参考气体升温和膨胀。在参考单元中产生的压力差可以作为声波被传声器测量到。为了能够说明测量单元中包含的气体的特性，必须知道辐射源在被气体吸收波长范围内的辐射功率。

为了确定辐射源的输出功率，普通系统使用自动基线校正法工作，并且测量信号基本上参考(“猜测”)向下。其他系统与参考通道在一个光学窗口中一起工作，即在一个波长范围内不吸收其他相关气体，使得在该范围内可以单独地测量辐射功率。其他系统使用差分光声光谱，通过两个不同的光束路径测量压差。

然而，所有上述方法都会带来问题。只有当测量系统经常放置于已知气体浓度中，自动基线校正方法才是可靠的。在不同条件下长时间的操作会导致不正确的测量结果。当辐射源的光谱发射率不恒定时，使用光学窗口(即其他光谱范围内的参考测量作为测量所需的光谱范围)会导致错误的测量。例如，由于辐射源的与生产相关的公差，可能需要对辐射源进行复杂地测量。差分系统使用两个独立的传感器，其产生不同的光路，从而使单个路径中的变化(例如，温度，反射和长度等)不会被注意到。

例如，出版物WO 2004/008112 A1，DE 33 45 077 A1，DE 10 2014 114 672 A1和WO 99/44040 A1涉及光声测量系统。

发明内容

因此，需要提供利用光声效应的改进技术。特别地，需要确定辐射源在感兴趣的波长范围内的辐射功率。

可以通过本发明来满足该需求，其能够使用填充有气体的测量单元来确定光发射器的发射强度。

第一实施例涉及一种装置，包括光学宽带发射器，其被配置为发射多个波长的光辐射。此外，该装置包括气体密封的第一测量单元，其被填充有第一气体。第一气体被配置为至少部分地吸收一个或多个预定波长的光辐射。此外，该装置包括第一传声器，其被布置在测量单元中，并且被配置为根据光辐射对第一气体的光声激励来产生第一传声器信号。该装置还包括评估电路，其被配置为基于第一传声器信号生成第一测量信号，该第一测量信号表示光学宽带发射器的一个或多个预定波长的发射强度。该装置还包括气体密封的第二测量单元，其填充有第二气体。第二气体被配置为吸收一个或多个预定波长的光辐射。第一气体和第二气体具有相同的化学成分。填充有待检测气体的第一区域布置在光学宽带发射器和第二测量单元之间。此外，第一测量单元布置在光学宽带发射器和填充有待检测气体的区域之间。该装置还包括第二传声器，其布置在第二测量单元中，并且被配置为根据光辐射对第二气体的光声激励来生成第二传声器信号。评估电路还被配置为，基于第二传声器信号和第一传声器信号生成第二测量信号，第二测量信号表示第一区域中的待检测气体的浓度。