DE102005025675A1

DE102005025675A1 - Strahleranordnung für einen nichtdispersiven Infrarot-Gasanalysator

Info

Publication number: DE102005025675A1
Application number: DE200510025675
Authority: DE
Inventors: Ludwig Kimmig
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-06-03
Filing date: 2005-06-03
Publication date: 2006-11-16
Also published as: WO2006128914A1

Abstract

Eine Strahleranordnung für einen nichtdispersiven Infrarot-Gasanalysator besteht aus einer Strahlerkammer mit einer darin angeordneten Lichtquelle, deren Strahlung durch mindestens ein Austrittsfenster in mindestens einen Strahlengang des Gasanalysators geleitet wird, und aus Mitteln zum periodischen Ein- und Ausschalten der Strahlung in dem mindestens einen Strahlengang. DOLLAR A Erfindungsgemäß weisen die Mittel zum periodischen Ein- und Ausschalten der Strahlung (10) eine in der Strahlerkammer (1) angeordnete digitale Mikrospiegelanordnung (4) nach dem DMD-Typ (Digital Micromirror Device) auf, die durch elektrische Ansteuerung die Strahlung (10) der Strahlungsquelle (3) abwechselnd in den mindestens einen Strahlengang und eine davon abweichende Richtung leitet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Strahleranordnung für einen nichtdispersiven Infrarot-Gasanalysator mit einer Strahlerkammer und einer darin angeordneten Strahlungsquelle, deren Strahlung durch mindestens ein Austrittsfenster in mindestens einen Strahlengang des Gasanalysators geleitet wird, und mit Mitteln zum periodischen Ein- und Ausschalten der Strahlung in dem mindestens einen Strahlengang.

Nichtdispersive Infrarot-(NDIR)-Gasanalysatoren als Ein- oder Zweistrahlgeräte mit einem Strahlengang bzw. zwei Strahlengängen sind beispielsweise aus der DE 198 41 491 A1 bekannt. Dabei wird die Strahlung einer Infrarot-Strahlungsquelle mittels einer Strahlungszerhackereinrichtung in Form eines Blendenrades moduliert und durch eine mit einem zu analysierenden Messgas gefüllte Messgasküvette zu einem Detektor geleitet. Bei dem Zweistrahlgerät wird die Strahlung mit Hilfe eines Strahlungsteilers in zwei parallele Strahlengänge durch die Messküvette und eine mit Inertgas gefüllte Vergleichsküvette aufgeteilt.

Das zur Modulation der Infrarot-Strahlung dienende Blendenrad benötigt zwischen der Strahlungsquelle und der Messküvette bzw. der Vergleichsküvette einen Luftspalt, innerhalb dessen es rotieren kann. Bei der Messung von Kohlendioxidkonzentrationen, insbesondere von sehr geringen Kohlendioxidkonzentrationen, beispielsweise in der Größenordnung von 50 ppm, kann sich der Luftspalt als sehr störend erweisen, da die Luft selbst ca. 400 ppm Kohlendioxid enthält und dieser Kohlendioxidanteil außerdem aufgrund von Umgebungseinflüssen, beispielsweise Atemluft oder in der Umgebung von Verbrennungsprozessen, stark schwanken kann.

Um eine vom Kohlendioxidgehalt der Außenluft unabhängige genaue Messung der Kohlendioxidkonzentration in dem Messgas zu ermöglichen, ist es aus der DE 101 04 556 A1 bekannt, den zwischen der Strahlungsquelle und der Messküvette liegenden Bereich des Strahlenganges mitsamt dem Blendenrad mittels eines Gehäuses zu umschließen, welches von einem kohlendioxidfreien Spülgas durchströmt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative Lösung anzugeben, die mit geringerem konstruktiven Aufwand verbunden ist.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei der Strahleranordnung der eingangs angegebenen Art die Mittel zum periodischen Ein- und Ausschalten der Strahlung eine in der Strahlerkammer angeordnete digitale Mikrospiegelanordnung nach dem DMD-Typ aufweisen, die durch elektrische Ansteuerung die Strahlung der Strahlungsquelle abwechselnd in den mindestens einen Strahlengang und eine davon abweichende Richtung leitet.

Digitale Mikrospiegelanordnungen sind in Form von Chips mit Mikrospiegeln, so genannte DMD-Chips (Digital Micromirror Device), bekannt. Ein solcher Chip weist auf seiner Oberseite ein Mikrospiegelfeld mit hunderttausenden und mehr Mikrospiegeln auf, die jeweils als Wippe auf einer CMOS-Speicherzelle gelagert sind. In Abhängigkeit von der Ladung der Speicherzelle kippt der Mikrospiegel aus einer Neutrallage nach rechts oder links, so dass sich das Reflexionsverhalten des Mikrospiegels entsprechend verändert. Der Trend geht zur Entwicklung immer kleinerer Spiegel, da sich diese schneller bewegen lassen. Durch äußerst schnelle Ansteuerung sämtlicher Mikrospiegel des Mikrospiegelfeldes kann das optische Verhalten und die Umlenkung von auf das Mikrospiegelfeld treffender Strahlung in weiten Grenzen gesteuert werden.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Strahleranordnung besteht darin, dass die Mittel zum periodischen Ein- und Ausschalten der Strahlung aus einer solchen, an sich bekannten digitalen Mikrospiegelanordnung bestehen und dass diese Mikrospiegelanordnung innerhalb der Strahlerkammer angeordnet ist. Dadurch bedarf es keines Blendenrades oder sonstiger außerhalb der Strahlerkammer und der Mess- und/oder Vergleichsküvette des Gasanalysators angeordneter Mittel zur Modulation der Strahlung, so dass die erfindungsgemäße Strahleranordnung und die Mess- bzw. Vergleichsküvette unmittelbar, d. h. ohne Zwischenraum, aneinander montiert werden können.

Die Strahlerkammer ist vorzugsweise mit einem Schutzgas gefüllt, wobei die elektrischen Leitungen zur Ansteuerung der digitalen Mikrospiegelanordnung genauso wie die Versorgungsleitungen für die Strahlungsquelle mittels gasdichter Durchführungen, z. B. Glasdurchführungen, in die Strahlerkammer geführt werden.

Im Weiteren wird die Erfindung beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben, wobei
1 eine Strahleranordnung für ein Einstrahlgerät und
2 eine Strahleranordnung für ein Zweistrahlgerät zeigen.
Die in 1 gezeigte Strahleranordnung besteht aus einer Strahlerkammer 1 mit einem strahlungsdurchlässigen Fenster 2, in deren Inneren eine Strahlungsquelle 3 und eine digitale Mikrospiegelanordnung 4 in Form eines DMD-Chips angeordnet sind. Die Strahlerkammer 1 ist mit einem nichtinfrarotabsorbierenden Schutzgas gefüllt. Die elektrischen Leitungen 5 zur Ansteuerung der digitalen Mikrospiegelanordnung 4 und die Versorgungsleitungen 6 für die Strahlungsquelle 3 sind jeweils durch gasdichte Glasdurchführungen 7 bzw. 8 in die Strahlerkammer 1 geführt. Die digitale Mikrospiegelanordnung 4 weist eine Vielzahl von hier nicht gezeigten Mikrospiegeln auf, die durch Ansteuerung elektromechanisch, z. B. durch elektrische oder magnetische Felder oder piezoelektrisch, aus einer Neutrallage um einen vorgegebenen Winkelbetrag von beispielsweise 12° in die eine oder andere Richtung, d. h. nach rechts oder links, auslenkbar sind. Dementsprechend sind die Strahlungsquelle 3, das Fenster 2 und die Mikrospiegelanordnung 4 derart zueinander angeordnet, dass die von der Strahlungsquelle 3 ausgesandte und mittels einer Reflektoreinrichtung 9 zu einem parallelen Strahlenbündel ausgerichtete Strahlung 10 je nach Ansteuerung der Mikrospiegelanordnung 4 entweder zu der Strahlungsquelle 3 zurück oder durch das Fenster 2 aus der Strahlerkammer 1 hinaus reflektiert wird. Im Bereich des Fensters 2 schließt sich an die Strahlerkammer 1 unmittelbar, d. h. ohne Zwischenraum, eine Messküvette 11 und ein Detektor 12 eines nichtdispersiven Gasanalysators an.
Die in 2 gezeigte Strahleranordnung für ein Zweistrahlgerät unterscheidet sich von der Strahleranordnung nach 1 dadurch, dass die Strahlerkammer 1 ein zweites Fenster 13 aufweist und dass die Strahlungsquelle 3, die Mikrospiegelanordnung 4, das Fenster 2 und das zweite Fenster 13 derart zueinander angeordnet sind, dass die von der Strahlungsquelle 3 ausgesandte und von der Reflektoreinrichtung 9 gebündelte Strahlung 10 je nach Ansteuerung der Mikrospiegelanordnung 4 entweder durch das Fenster 2 in den Strahlengang der Messküvette 11 mit dem nachgeordneten Detektor 12 oder durch das zweite Fenster 13 in den Strahlengang einer Vergleichsküvette 14 mit nachgeordnetem Detektor 15 eingestrahlt wird. Auch hier ist die Strahlerkammer 1 mit Schutzgas gefüllt und weist für die elektrischen Leitungen 5 der Mikrospiegelanordnung 4 und die Versorgungsleitungen 6 der Strahlungsquelle 3 gasdichte Durchführungen 7 bzw. 8 auf.

Claims

Strahleranordnung für einen nichtdispersiven Infrarot-Gasanalysator mit einer Strahlerkammer (1) und einer darin angeordneten Lichtquelle (3), deren Strahlung (10) durch mindestens ein Austrittsfenster (2, 13) in mindestens einen Strahlengang des Gasanalysators geleitet wird, und mit Mitteln zum periodischen Ein- und Ausschalten der Strahlung (10) in dem mindestens einen Strahlengang, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum periodischen Ein- und Ausschalten der Strahlung (10) eine in der Strahlerkammer (1) angeordnete digitale Mikrospiegelanordnung (4) nach dem DMD-Typ aufweisen, die durch elektrische Ansteuerung die Strahlung (10) der Strahlungsquelle (3) abwechselnd in den mindestens einen Strahlengang und eine davon abweichende Richtung leitet.
Strahleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Mikrospiegelanordnung (4) durch elektrische Ansteuerung die Strahlung (10) der Strahlungsquelle (3) entweder in den einen oder anderen von zwei Strahlungsgängen leitet.
Strahleranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlerkammer (1) mit einem Schutzgas gefüllt ist.