[发明专利]气体传感器

说明书

技术领域

本发明涉及红外线(IR)气体传感器装置，用于通过使用可调谐二 极管激光器光谱测定(TDLS)或者光声(PA)探测来测量目标气体的浓 度。

背景技术

两种测量技术已知于现有技术中。例如，在EP1 549 932 B1中公 开了TDLS。在多件专利申请中公开了光声传感器。

两种测量技术有它们的应用领域，及均用特定的样本单元(sample cell)设计进行工作。TDLS需要吸收路径，通过光敏传感器例如光敏 二极管来测量被吸收光的强度。可以在样本单元中关闭或开启吸收路 径，而没有任何壳体限定待探测的气体的吸收容积。吸收路径的长度 较大程度地确定达到的灵敏度，且环境影响散射速率，其意味着，较 长的散射周期造成系统的较慢的反应时间。然而，开放的环境承受较 大的外部影响。

PA要求声音上关闭的测量单元，其中通过目标气体的光吸收导 致声压的产生，声音通过麦克风采集。二极管激光器用作PA的光源， 允许在高频(kHz到MHz)上调制光束，这使用传统的热光源是不可行 的。该kHz调制可以使用谐振PA(RPA)，其中，调节调制频率，以匹 配测量单元内的样本容积的声音谐振频率。测量单元的设计影响样本 容积的谐振频率。在这样的谐振测量单元中，精确地定位声压的最大 值(波腹)和最小值(波节)。在波腹上采集声音，且可以在波节的位置处 开启测量单元。取决于测量单元的设计，声压的波腹是不同的。

因此，TDLS和RPA技术各自具有它们自己的目标气体组。TDLS 高度选择性地且以很高的灵敏度测量单一成分气体(即，在百万分率 ppm的范围内的有毒气体)，然而RPA以其广泛的吸收特征而更适合 测量大分子，其中，要求的探测界限大约为更高的数量级(即，在百 万分之一百100ppm的范围内的碳氢化合物)。然而，在一些情况下， 一组气体传感器要求容置于一个仪器中，其既要求TDLS技术又要求 RPA技术(即，用于有毒气体和易燃气体的组合传感器)。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种组合传感器，根据待探测的相应 的气体，组合传感器可以容置于使用TDLS技术或使用RPA技术的单 个仪器中。

如权利要求所要求保护的气体传感器解决了该目的。另外的有益 的实施方式于各自的从属权利要求中要求保护。

根据本发明，红外线气体传感器装置包括至少一个第一可调谐激 光源和至少一个第二可调谐激光源，均分别产生第一已调制的激光束 和第二已调制的激光束，第一已调制的激光束和第二已调制的激光束 分别提供第一测量路径和第二测量路径。气体传感器装置还包括第一 探测装置和第二探测装置，分别与第一测量路径和第二测量路径相关 联，其中第一探测装置为光学传感器，接收第一激光束，且第二探测 装置为声音传感器。另外，气体传感器装置包括至少一个测量室，用 于为待探测的气体提供吸收容积，其中，测量室包括用于第一测量路 径和第二测量路径的不同开口及至少第二探测装置。另外包括的是电 子处理装置，用于控制激光源并提供产生的测量信号。

本发明利用在RPA单元中的波节和波腹的几何分布，以形成组 合的TDLS-RPA测量室。校准TDLS激光器的激光束并穿过测量室的 开口槽发送，通过提供相应的气体容积、用于第二激光束的指定开口 和相应的声音传感器，例如麦克风，测量室设计成用于RPA测量。依 赖于对TDLS的要求，具有通过测量室的激光束可以通过相应的光敏 传感器探测，例如光敏二极管，或通过适当的反射镜穿过测量室向回 反射至接近第一激光源设置的光敏二极管。而且，可能提供穿过测量 室的更多路的第一激光束。例如，在测量室中的开口可以是圆形的或 以槽口的形式。多路槽口的形式是优选的。通过第二激光源(例如二极 管激光)提供的第二激光束用于RPA，其进入测量室的相应开口，并 在室的声音谐振处激励测量室的气体容积。如果适当地选择声音的固 有模式，测量室可以开启或可以包括用于TDLS的相应开口。

通常的设计是圆柱形的测量室具有低频的基本纵向谐振。例如， 还可能的是设计的测量室具有相较于圆柱形测量室的较短长度和较 大直径。在后者中，在室的上半部和下半部将声压波腹组织为波瓣。 这种设计的谐振频率高于相较于直径具有更大长度的圆柱形测量室 设计的谐振频率。然而，在纵向、径向、轴向或其它方向上的样本容 积中，所有的设计可能提供波节和波腹。