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Die
Erfindung betrifft ein Lasermeßsystem zur
Messung eines Fluid-Bestandteils
in einem Beobachtungsraum, mit mindestens einer zur Erzeugung eines
Laserstrahls bestimmten Laserlichtquelle, die auf einer Seite des
Beobachtungsraums befestigt ist, und mit mindestens einem Photosensor,
der der Laserlichtquelle gegenüberliegend
auf der anderen Seite des Beobachtungsraums befestigt ist, wobei
die Laserlichtquelle und/oder der Photosensor in einem Gehäuse angeordnet
ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Durchführung einer
Funktionsprüfung
an einem derartigen Lasermeßsystem.
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Derartige
Lasermeßsysteme
werden beispielsweise bei der Laser-Absorptionsspektroskopie verwendet,
mit der berührungslos
die Konzentration bestimmter Bestandteile eines flüssigen oder
gasförmigen
Fluids in einem Beobachtungsraum, wie beispielsweise der Sauerstoffgehalt
in einem Rauchgas gemessen werden kann. Das Rauchgas einer Feuerungsanlage
weist in der Regel eine hohe Temperatur, aggressive Bestandteile
und Staub und Ruß auf, wodurch
die optischen Komponenten des Lasermeßsystems verschmutzt oder beschädigt werden
können.
Aus diesem Grund sind die optischen Komponenten in der Regel in
einem Gehäuse
angeordnet, welches ein Sichtfenster aufweist. Das Fenster befindet
sich direkt im Strahlgang des Laserstrahls und wird zur Trennung
der optischen Komponenten des Meßsystems von der Atmosphäre im Beobachtungsraum
eingesetzt.
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Bei
der Laser-Absorptionsspektroskopie werden in ihrer Wellenlänge (bzw.
Frequenz) abstimmbare Single-Mode-Laser verwendet. Diese Laser haben
die Eigenschaft, nur eine einzelne Lichtwellenlänge zu emittieren, die elektrisch – in der
Regel über
den Ansteuerstrom – einstellbar
ist. Bei dem Meßverfahren
wird die Energie des Laserstrahls bei Durchstrahlen eines gasförmigen Mediums
durch den zu messende Bestandteil reduziert, indem die photonische
Energie – charakterisiert
durch die Wellenlänge – mit der
kinetischen bzw. elektrischen Energie in Resonanz tritt. Dieses
Verhalten zeigt sich in der Regel nicht nur bei einer Wellenlänge, so
daß man
hier auch von einen Spektrum spricht.
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Ist
in dem Beobachtungsraum keine Konzentration des zu messenden gasförmigen Bestandteils vorhanden,
wird keine Absorption gemessen. Das selbe Ergebnis zeigt sich auch,
wenn sich der Wellenlängenbereich
der Ansteuerung z.B. durch einen Fehler verschiebt und keine Absorptionslinie
erfaßt wird.
Es ist daher wünschenswert
zu prüfen,
ob bei Abwesenheit eines gemessenen Konzentrationswertes der zu
messende Bestandteil nicht vorhanden ist oder ein Meßfehler
vorliegt. Es gibt aber auch andere Situationen, die eine Überprüfung des
Meßergebnisses
erfordern.
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Die
Druckschrift
DE 197
50 133 A1 offenbart ein optisches Meßsystem für die Erfassung der Kohlendioxid-Konzentration
mittels Infrarot-Gasabsorption.
In dieser Druckschrift ist eine optische Küvette aus porösem Material,
vorzugsweise Sintermaterial beschrieben, in die einerseits die Gasmoleküle des zu
erfassenden Gases eintreten und andererseits ein Prüfgas zur
Kalibrierung des Meßsystems
eingeleitet werden kann. In der Küvette ist ein Strahler und
ein Detektor des optischen Meßsystems
angeordnet. Das in dieser Druckschrift beschriebene System bringt
also den Strahler und den Detektor in unmittelbaren Kontakt mit
dem zu erfassenden Gas. Dies kann bei stark kontaminierten Gasen
zu einer schnellen Verschmutzung des Strahlers und des Detektors führen. Bei
aggressiven oder heißen
zu erfassenden Gasen können
Strahler und Detektor durch thermische oder chemische Einwirkung
des in die Küvette eingeleiteten
Gases beschädigt
werden. Die Druckschrift
DE
100 63 024 A1 berücksichtigt
diese Problematik. Hier sind die optischen Bauteile, d.h. der Strahler
und der Detektor, räumlich
von der Meßküvette getrennt.
Ein erster Lichtleiter führt
von dem Strahler außerhalb
der Meßküvette zu
dem ersten Ende der Meßküvette, und
ein zweiter Lichtleiter führt von
der Meßküvette zu
dem Detektor außerhalb
der Meßküvette. Zusätzlich ist
ein Kalibrierschlauch vorgesehen, durch den Kalibriergas unter Druck
zu der Meßküvette geleitet
werden kann. Hierdurch entfällt zwar
die Gefahr der Beschädigung
der optischen Bauteile durch hohe Temperaturen und Bestandteile des
zu erfassenden Gases, jedoch kann die Kalibrierung durch in die
Küvette
eindringende zu erfassende Gase gestört werden. Außerdem ist
das System sehr aufwändig
und kostspielig.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die Funktionsprüfung derartiger Lasermeßsysteme
zu erleichtern, welche für
Messungen von Gasen mit hoher Temperatur, aggressiven Bestandteilen
und Staub und Rauch geeignet ist.
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Diese
Aufgabe wird in bezug auf die Vorrichtung dadurch gelöst, daß ein Prüfgaskanal
in das Gehäuse
des Lasermeßsystems
mündet,
wobei der Innenraum des Gehäuses
durch ein Sichtfenster aus transparentem Material von dem Beobachtungsraum getrennt
ist. In bezug auf das Verfahren wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Prüfgas in
das Gehäuse
des Lasermeßsystems
geleitet wird, wobei der Innenraum des Gehäuses durch ein Sichtfenster
aus transparentem Material von dem Beobachtungsraum getrennt wird.
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Mit
anderen Worten kann gemäß der Erfindung
das Gehäuse
zum Schutz der optischen Komponenten des Lasermeßsystems mit einem Prüfgas befüllt werden.
Hieraus resultiert, daß innerhalb
des Gehäuses
eine definierte Länge
des Prüfgases
von dem Laserstrahl des Lasermeßsystems
durchlaufen wird. Das Prüfgas
kann eine vorgegebene Konzentration des zu messenden Bestandteils
aufweisen. Es können
aber Prüfgase
mit beliebigen Bestandteilen verwendet werden, je nachdem, welche
Funktion des Lasermeßsystems
geprüft
werden soll.
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Wenn
der Innenraum des Gehäuses
mit dem Prüfgas
befüllt
ist, kann eine Prüfmessung
oder Referenzmessung durchgeführt
werden. Durch das Einbringen einer definierten Strecke von bekanntem Prüfgas in
den Strahlengang des Laserstrahls muß sich der Meßwert des
Lasermeßsystems
auf eine vorbestimmte Weise verändern.
Tritt keine Veränderung
auf, kann auf einen Defekt des Systems geschlossen werden. Fällt die Änderung
anders als erwartet aus, können
hieraus die möglichen
Fehlerquellen abgeleitet werden.
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Durch
die Erfindung wird es möglich,
die Funktion des Lasermeßsystems
im Betrieb, d.h. in-situ an der zu überwachenden Anlage zu prüfen. Das Prüfgas wird
nur in das Gehäuse
des Lasermeßsystems
eingeleitet und nicht in den Beobachtungsraum. Es kann daher den
Prozeß innerhalb
des Beobachtungsraums nicht negativ beeinflussen. Wird in den Laserstrahl
eine bekannte Konzentration des zu messenden Bestandteils, d.h.
der zu messenden gasförmigen
Komponente, auf eine definierte Länge eingebracht, kann der Wellenlängenbereich
anhand der dann auftretenden Absorption erkannt werden. Ebenso kann
eine gemessene Konzentration auf diesem Wege geprüft werden,
da die eingebrachte Konzentration additiv in die dann gemessene
Absorption eingeht. Aufgrund der bekannten Daten der eingebrachten
Konzentration sowie der Länge
des mit Prüfgas
befüllten
Innenraums kann die zu messende Konzentration in dem Beobachtungsraum
errechnet werden. Im Vergleich zu den bekannten Prüfungen eines
Lasermeßsystems
an externen Prüfgasküvetten ergibt
sich der wesentliche Vorteil, daß das Lasermeßsystem
gemäß der Erfindung
zur Prüfung
nicht abgebaut werden muß und
die Anlage, an der das Lasermeßsystem
installiert ist, während
der Prüfung weiter
laufen kann. Das Gehäuse
ist als Prüfgasküvette zu
verwenden und ist fester Bestandteil der eingebauten Meßsonde.
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Zur Überprüfung der
Messung wird das Gehäuse über einen
Prüfgaskanal
mit einem Prüfgas geflutet.
In der Praxis ist an dem Gehäuse
ein Entlüftungskanal
vorzusehen, durch den das beim Fluten in dem Gehäuse vorhandene Gas entweichen
kann. Der Prüfgaskanal
und der Entlüftungskanal
befinden sich vorzugsweise an gegenüberliegenden Enden des Gehäuses. Zur
Befüllung
mit dem Spülgas
nach der Prüfung
kann ein Spülgaskanal
in das Gehäuse münden. Dabei
können
z.B. Spülgaskanal
und Prüfgaskanal
zu einem Kanal zusammengefaßt
sein und mit verschiedenen Gasquellen verbunden sein.
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Der
mit Prüfgas
befüllbare
Innenraum des Gehäuses
kann gegenüber
der optischen Meßeinrichtung
und/oder gegenüber
dem zu messende Medium in dem Beobachtungsraum über ein Fenster abgedichtet
sein. Die Zuleitung für
das Prüfgas
und das Spülgas
ist innerhalb des Sondenrohres bis zum hinteren Fenster verlegt.
Die Entlüftungsleitung
befindet sich am entgegengesetzten Ende des Gehäuses, wodurch ein vollständiges Befüllen gewährleistet wird.
Gegebenenfalls kann an diesem Ende des Gehäuses ein weiteres Fenster angeordnet
werden, so daß die
optische Komponente gegenüber
dem Innenraum, der mit Spülgas
und Prüfgas
geflutet werden kann, abgedichtet ist.
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Nach
der Beendigung der Überprüfung wird das
Gehäuse
mit einem gasförmigen
Medium (Spülgas)
gefüllt,
das keine Konzentration des zu messenden gasförmigen Bestandteils enthält. In diesem
Zustand kann dann die zu messende Konzentration in dem Beobachtungsraum
direkt ermittelt werden.
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Wird
beispielsweise der Sauerstoffgehalt in einem Rauchgaskanal gemessen,
so kann bei normalem Betrieb das Gehäuse des Lasermeßsystems mit
reinem Stickstoff gespült
werden, der keinen Einfluß auf
die Sauerstoffmessung hat. Zum Prüfen des Meßwertes kann Luft mit bekanntem
O2-Gehalt oder ein Prüfgasgemisch
mit bekannter Sauerstoffkonzentration in das Gehäuse geleitet werden.
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Eine Überprüfung kann
dadurch erfolgen, daß ein
erster Meßwert
bei mit einem neutralen Spülgas
gefülltem
Gehäuse
vor dem Einleiten des Prüfgases
und ein zweiter Meßwert
bei mit dem Prüfgas
gefüllten
Gehäuse
erfaßt
wird und die beiden Meßwerte miteinander
verglichen werden.
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Das
erfindungsgemäße Lasermeßsystem weist
eine Laserlichtquelle und einen Photosensor als optische Meßkomponente
auf. Beide optischen Komponenten können in einem erfindungsgemäßen Gehäuse angeordnet
sein, welches mit einem Prüfgas
befüllbar
ist. So können
zur Überprüfung des
Lasermeßsystems
entweder beide oder nur eines der beiden Gehäuse mit einem Prüfgas gefüllt werden. Zur Überprüfung kann
ein erster Meßwert
erfaßt
werden, wenn eines der beiden Gehäuse mit dem Prüfgas gefüllt ist,
und es kann ein zweiter Meßwert
erfaßt
werden, wenn beide Gehäuse
mit dem Prüfgas gefüllt sind.
Beide Meßwerte
können
miteinander verglichen werden.
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Eine
beispielhafte Ausführungsform
der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. Die Zeichnungen zeigen in:
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1 einen
Längsschnitt
durch ein Gehäuse einer
erfindungsgemäßen optischen
Meßvorrichtung;
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2 eine
vergrößerte Ansicht
des vorderen Endes des Gehäuses
aus 1 im Längsschnitt;
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3 eine
Prinzipskizze eines transparenten Fensters in dem Gehäuse aus
den 1 und 2;
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4 eine
Prinzipskizze für
die Funktion der Ausrichtung des Laserstrahls des Lasermeßsystems aus
den vorangehenden Figuren;
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5 eine
Draufsicht auf eine Vierquadrantendiode für die Strahlausrichtung.
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Die 1 zeigt
ein Gehäuse,
das bei einem erfindungsgemäßen optischen
Meßsystem,
insbesondere Lasermeßsystem,
zum Einsatz kommt. Es besteht aus der optischen Komponente bzw.
dem optischen Gerät 1,
das entweder eine Laserlichtquelle oder eine Photodiode ist. In
der optischen Achse 18 der optischen Komponente 1,
d.h. bei dem vorliegenden Meßsystem
in dem Laserstrahl 18, sind zwei Sichtfenster 2, 3 aus
transparentem Material angeordnet. Zwischen den beiden Sichtfenstern 2, 3 befindet
sich ein rohrförmiger
Körper 4,
dessen Innenraum 5 zur Überprüfung der
Funktion des Meßsystems
mit einem Prüfgas
befüllt
werden kann. Zu diesem Zweck weist der Innenraum 5 des
rohrförmigen
Körpers 4 des
Gehäuses
nahe dem Sichtfenster 3 am freien Ende des rohrförmigen Körpers 4 einen
Prüfgaskanal 6 auf,
der in den Innenraum 5 mündet. Am gegenüberliegenden
Ende des Innenraums 5 des rohrförmigen Körpers 4 ist ein Entlüftungskanal 7 vorgesehen,
durch den Gas aus dem Innenraum 5 des rohrförmigen Körpers 4 austreten
kann. Der Innenraum 5 des rohrförmigen Körpers 4 des Gehäuses kann
somit in Gleichströmung
gemäß den eingezeichneten
Pfeilen mit einem Gas gespült
werden.
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Für den üblichen
Meßbetrieb
wird ein neutrales Spülgas
in den Innenraum 5 des rohrförmigen Körpers 4 geleitet.
Beispielsweise eignet sich Stickstoff als neutrales Spülgas während des
Meßbetriebs,
wenn das Meßsystem
für die
Sauerstoffmessung vorgesehen ist. Zu diesem Zweck kann der Prüfgaskanal 6 mit
der Spülgasquelle,
welche Stickstoff enthält,
verbunden werden. Das Spülgas
kann zur Kühlung
umgewälzt
werden, das heißt
in einer stetigen Strömung
den Innenraum 5 durchströmen und außerhalb des Innenraums 5 durch
einen Wärmetauscher
(nicht dargestellt) geleitet werden.
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Zur Überprüfung der
Funktion des Meßsystems
kann der Prüfgaskanal 6 mit
einer Prüfgasquelle
verbunden werden, z.B. einer Druckgasflasche, die ein Gas mit definierter
Sauerstoffkonzentration enthält,
oder einer Pumpe, welche Luft mit 20,95% Sauerstoff in den Innenraum 5 des
rohrförmigen
Körpers 4 fördert. Durch
das Spülen
des Innenraums 5 mit dem Prüfgas wird eine definierte Länge zwischen den
beiden Sichtfenstern 2 und 3 des Gehäuses mit einem
Gas befüllt,
welches eine bekannte Konzentration des zu messenden Bestandteils
enthält.
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Wie
erwähnt,
enthält
das erfindungsgemäße Meßsystem
zwei optische Komponenten, nämlich eine
Laserlichtquelle 19 und einen Photosensor 20 (siehe
z.B. 3 und 4). Wie 1 zeigt,
können
beide optischen Komponenten 1 in jeweils einem erfindungsgemäßen Gehäuse aufgenommen
werden. Zur Durchführung
unterschiedlicher Prüfmessungen
können
in einem ersten Fall nur eins der beiden Gehäuse und in einem zweiten Fall
beide Gehäuse
mit dem Prüfgas
gespült
werden.
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Das
in 1 dargestellte Gehäuse weist ferner einen Spülgaskanal 8 auf,
der zu einem Austrittskanal 9 führt. Der Austrittskanal 9 mündet hinter
dem Sichtfenster 3 in dem zum Beobachtungsraum 13 offenen
Teil des Gehäuses.
Das vordere Ende des rohrförmigen
Körpers 4 des
Gehäuses
ist im Detail in 2 dargestellt. Der Austrittskanal 9 für das Spülgas oder
Kühlgas
mündet
in einer Ringnut 10, dier nach innen durch einen Einschraubring 11 für das Sichtfenster 3 verschlossen
ist. Die zum Sichtfenster 3 gerichtete Stirnfläche des
Einschraubrings 11 drückt
ein Paar Dichtringe 26 zusammen, welche zu beiden Seiten
des Randes des Sichtfensters 3 angeordnet sind und den
Innenraum 5 des rohrförmigen Körpers 4 gegen
den Beobachtungsraum 13, der vor der Stirnseite des rohrförmigen Körpers 4 liegt,
abdichtet. Der Beobachtungsraum 13 kann ein Rauchgaskanal
oder ein Feuerraum einer Verbrennungsanlage beliebiger Art sein.
Er kann aber auch von einer Prozeßgasleitung, einem Gasbehälter beliebiger
Art sowie einem sonstigen fluidbefüllten Raum oder offenen Volumen
gebildet sein. Das Fluid kann gasförmige, flüssige und feste Bestandteile
aufweisen. Es kann aus einem Rauchgas, atmosphärischer Luft oder einer vergleichbaren
Gaszusammensetzung bestehen.
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Die
Innenwandung des Einschraubrings 11 ist mit einer Hülse 14 aus
porösem
Material versehen. Die poröse
Hülse 14 besteht
aus gasdurchlässigem
Material, vorzugsweise Sintermetall, Keramik oder Kunststoff. In
dem Einschraub-ring 11 sind mehrere radiale Kanäle 12 vorgesehen,
welche an der Außenseite
der porösen
Hülse 14 münden. Somit kann
das Spülgas
aus dem Spülgaskanal 8 durch den
Austrittskanal 9 in die Ringnut 10 strömen, und aus
der Ringnut 10 durch die mehreren, über den Umfang des Einschraubrings 11 verteilten
radialen Kanäle 12 zur
Außenseite
der porösen
Hülse 14 gelangen.
Das Spülgas
durchströmt
die poröse
Hülse 14 und
tritt durch eine Vielzahl von kleinen Öffnungen in der Innenfläche der
Hülse 14 aus.
Die Innenfläche der
porösen
Hülse 14 bildet
den hinteren Abschnitt eines Ausströmrohrs 16 am vorderen
Ende des rohrförmigen
Körpers 4.
Der vordere Abschnitt des Auströmrohrs 16 wird
durch eine weitere poröse
Hülse 15 gebildet,
die an der Innenseite eines Mündungsrings 17 angeordnet
ist.
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Das
poröse
Material über
den größten Teil der
Länge des
Ausströmrohrs 16 hat
zwei Funktionen. Zum einen bewirkt die poröse Hülse 14 im hinteren
Abschnitt des Ausströmrohrs 16,
daß das
Spülgas
in diffuser Strömung
durch eine Vielzahl von Öffnungen
im wesentlichen radial in das Ausströmrohr 16 hineinströmt. Zum
anderen bewirkt die rauhe Oberfläche
der porösen
Hülse 15 im
vorderen Teil des Ausströmrohrs 16,
daß die
Strömungsgeschwindigkeit
reduziert wird und eine langsame und gleichgerichtete Ausströmung aus
der Mündung
des Ausströmrohrs 16 hinaus
in den Beobachtungsraum 13 erfolgt. Durch dieses porös ausgekleidete
Ausströmrohr 16 wird
eine Rückströmung von
Fluid aus dem Beobachtungsraum 13 in das Ausströmrohr 16 hinein und
zum Sichtfenster 3 hin wirkungsvoll vermieden. Ein geringes
Ausströmvolumen
des Spülgases
bei einem geringem Überdruck
gegenüber
dem Beobachtungsraum 13 füllt das Ausströmrohr 16 vollständig aus.
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Die
Gesamtlänge
des Ausströmrohrs 16 entspricht
etwa dem Doppelten des Durchmessers des Ausströmrohrs 16. Eine derartige
Spülung
des Sichtfens ters kann an beiden Gehäusen des Lasermeßsystems,
d.h. sowohl dem Gehäuse
für die
Laserlichtquelle 19 als auch dem Gehäuse für den Photosensor 20,
vorgesehen sein.
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In
der 1 und der 3 ist zu
erkennen, daß die
beiden Fenster 2 und 3 zur optischen Achse, entlang
der der Laserstrahl 18 verläuft, geneigt sind. Hierdurch
wird vermieden, daß Reflexionen
von der Oberfläche
des transparenten Materials der Fenster 2, 3 wieder
entlang der optischen Achse zurück
in die Laserlichtquelle 19 strahlen bzw. auf der Empfängerseite
zurück
in den Photosensor 20 strahlen. Auch wird vermieden, daß zwischen
den Fenstern 2 und 3 Reflexionen hin- und hergeworfen
werden, die zu einer Resonanz führen
können.
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Ferner
weist, wie in 3 erkennbar, jedes der Fenster 2, 3 eine
Keilform auf. Das heißt,
daß die beiden
Oberflächen
des Fensters 2, 3 zueinander geneigt verlaufen.
Die Neigung der beiden Oberflächen des
Fensters 2, 3 zueinander ist in 3 übertrieben dargestellt.
Der Keilwinkel β zwischen
den Fensteroberflächen
beträgt
in der Praxis etwa 1/30 eines Winkelgrads oder zwei Winkelminuten.
Durch diese Schrägstellung
werden wiederholte Reflexionen innerhalb des Fensters zwischen seinen
Oberflächen und
insbesondere der Etaloneffekt vermieden. Derartige keilförmige Fenster 2, 3 können in
einem in 1 erkennbaren Gehäuse sowohl
auf der Seite der Laserlichtquelle 19 als auch auf der
Seite der Photodiode 20 (siehe 3 und 4)
angeordnet sein. Vorzugsweise sind alle Fenster zwischen der Laserlichtquelle 19 und
der Photodiode 20 gemäß der Darstellung
in 3 ausgebildet.
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Die 4 zeigt
eine Prinzipskizze der zwei optischen Komponenten des erfindungsgemäßen Meßsystems.
Auf der einen Seite der Meßstrecke
ist eine Laserlichtquelle 19 angeordnet. Auf der anderen Seite
der Meßstrecke
ist ein Photosensor 20 angeordnet. Die Meßstrecke
selbst zwischen der Laserlichtquelle 19 und dem Photosensor 20 weist
in der Praxis z.B. eine Länge
von 1 m bis zu 30 m auf. Im Falle eines Rauchgaskanals können sich
dabei erhebliche mechanische Verformungen und Verwindungen ergeben,
welche das exakte Auftreffen des Laserstrahls 18 auf der
Photodiode 20 beeinflussen können. Aus diesem Grund ermöglicht die
in 4 dargestellte Ausführung des Lasermeßsystems
eine Nachführung
des Laserstrahls 18.
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Der
Laser 21 selbst leitet seinen Laserstrahl 18 auf
ein Strahlablenkungs-Mittel,
nämlich
einen Spiegel 22, der über
Verstellmotoren 23 um zwei Achsen schwenkbar ist. Der Schwenkweg
des Spiegels 22 um jede der beiden Achsen sollte mindestens 1° betragen.
Die Genauigkeit der Winkeleinstellung des Spiegels 22 sollte
in der Größenordnung
von 1/100°,
also etwa einer halben Winkelminute liegen. Auf der gegenüberliegenden
Seite der Meßstrecke ist
ein Strahlteiler 24 angeordnet, der einen Teil des Laserstrahls 18 auf
den Photosensor 20 reflektiert und einen anderen Teil des
Laserstrahls 18 zu einem positionsempfindlichen Lichtsensor 25 durchläßt. Der Strahlteiler 24 kann
entweder durch einen halbdurchlässigen
Spiegel oder durch ein halbdurchlässiges Prisma gebildet werden.
Dabei muß die
Strahlaufteilung nicht exakt im Verhältnis 50 : 50 erfolgen. Es kann
ein sehr viel größerer Anteil
des Laserstrahls 18 für
Meßzwecke
auf den Photosensor 20 geleitet werden. Der auf den positionsempfindlichen
Lichtsensor 25 geleitete Anteil kann kleiner sein.
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Grundsätzlich ist
jeder positionsempfindliche Lichtsensor, wie beispielsweise eine
Flächendiode, verwendbar.
Vorzugsweise wird eine Vierquadrantendiode 25 verwendet,
welche separate Lichtmeßwerte
für vier
Quadranten ihrer Oberfläche
abgibt. Der prinzipielle Aufbau einer Vierquadrantendiode ist in 5 dargestellt.
Sie weist vier separate Photodiodenflächen auf, die in den vier Quadranten
Q1, Q2, Q3 und Q4 der Oberfläche
der Vierquadrantendiode angeordnet sind. Wenn der Laserstrahl 18,
wie in 5 dargestellt, genau auf den Mittelpunkt der Vierquadrantendiode 25 zwischen
den vier Quadranten Q1–Q4
trifft, trifft auf alle Quadranten die gleiche Lichtmenge und die Meßwerte der
vier Quadranten Q1–Q4
stimmen überein.
Ein Auswandern des Laserstrahls 18 aus der Mitte der Vierquadrantendiode führt dazu,
daß der
Meßwert
in einem oder zwei der vier Quadranten steigt und in den anderen
Quadranten abnimmt.
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Durch
das Meßsignal
der Vierquadrantendiode kann der Verstellmotor 23 (4)
derart angesteuert werden, daß er
den Laserstrahl 18 genau auf die Mitte der Vierquadrantendiode 25 richtet.
Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der Laserstrahl 18 zu jeder
Zeit unabhängig
vom Zustand der Verformung oder Verwindung der Strukturen, an denen
das erfindungsgemäße Lasermeßsystem
installiert ist, vollständig
auf den Photosensor 20 geleitet wird und einen zuverlässigen und
reproduzierbaren Meßwert
erzeugt.
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Das
erfindungsgemäße Meßsystem
kann auch mehrere Laserlichtquellen und Photosensoren umfassen,
die zum Beispiel jeweils mit verschiedenen Wellenlängen arbeiten.
Auch können
weitere optische Komponenten im Bedarfsfall im Strahlengang des
Laserstrahls angeordnet werden.
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- 1
- optisches
Gerät,
optische Komponente
- 2
- Sichtfenster
- 3
- Sichtfenster
- 4
- rohrförmiger Körper
- 5
- Innenraum
- 6
- Prüfgaskanal
- 7
- Entlüftungskanal
- 8
- Spülgaskanal
- 9
- Austrittskanal
- 10
- Ringnut
- 11
- Einschraubring
- 12
- radialer
Kanal
- 13
- Beobachtungsraum
- 14
- poröse Hülse
- 15
- poröse Hülse
- 16
- Ausströmrohr
- 17
- Mündungsring
- 18
- optische
Achse, Laserstrahl
- 19
- Laserlichtquelle
- 20
- Photosensor
- 21
- Laser
- 22
- Strahlablenkungs-Mittel,
Spiegel
- 23
- Verstellmotor
- 24
- Strahlteiler
- 25
- positionsempfindlicher
Lichtsensor, Vierquadrantendiode
- 26
- Dichtring
- Q1–Q4
- Quadrant
- β
- Keilwinkel