DE102009011421B3 - Gaskonzentrationsmessvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Gaskonzentrationsmessvorrichtung angegeben, die eine Messung von Gaskomponenten in einer Gasprobe ermöglicht. Zur Lösung der Aufgabe ist ein Interferometer auf der Basis eines Dual Band Fabry Perot Interferometers (1) vorgesehen, dessen Transmissionsspektrum durch eine Steuerspannung (38) einstellbar ist. Die Steuerspannung (38) des Dual Band Fabry Perot Interferometers (1) ist im Zeitablauf mit der Aktivierung und Deaktivierung der Strahlungsquellen (11, 12) synchronisiert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Gaskonzentrationsmessvorrichtung zur Bestimmung der Anteile von Inhalationsanästhetika, Kohlendioxyd, Lachgas und Alkoholverbindungen in einer Gasprobe und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Zur Gaskonzentrationsmessung von Anästhesiegasen, wie Inhalationsanästhetika, Kohlendioxyd und Lachgas, sowie auch zur Bestimmung der Alkoholkonzentration in der Ausatemluft eines Menschen werden häufig infrarotoptische Systeme mit optischen Interferenzfiltern eingesetzt.
  • Ein aus der DE 196 28 310 C2 bekannter Gasanalysator besteht aus einer Strahlungsquelle, einer die Gasprobe aufnehmenden Messstrecke und einem Detektor, der mit einer Auswerteschaltung verbunden ist. Mittels eines rotierenden Filterrades werden nacheinander verschiedene Interferenzfilter in den Strahlengang gebracht. Die Transmissionswellenlängen der Filter sind in der technischen Ausführung der Messanordnung an die Absorptionswellenlängen der nachzuweisenden Gaskomponenten abgestimmt. Zur Messung von Inhalationsanästhetika liegen die Transmissionswellenlängen der Filter in einem Bereich zwischen 8 Mikrometer und 12 Mikrometer, während für Lachgas und Kohlendioxid die Transmissionswellenlängen der Filter in einem Bereich zwischen 4 Mikrometer und 6 Mikrometer liegen. Die zur Messung von Trinkalkoholen benötigte Filter-Transmissionswellenlänge liegt bei 9,46 Mikrometer. Für die Messung von Aceton sind Filter mit einer Transmissionswellenlänge von 3,4 Mikrometer und mit einem Transmissionswellenlängenbereich von 8,2 bis 9,8 Mikrometern vorteilhaft. Für die Messung ätherischer Öle sind ebenfalls Filter mit einem Transmissionswellenlängenbereich von 8,2 bis 9,8 Mikrometern vorteilhaft. Damit ist neben der Unterscheidbarkeit von Inhalationsanästhetika von Lachgas und Kohlendioxid auch eine Unterscheidbarkeit von Alkoholverbindungen und ätherischen Ölen, wie beispielsweise Pfefferminzöl gegeben. Dies ergibt die Möglichkeit, für Patienten, deren Alkoholkonzentration in der Ausatemluft unphysiologisch erhöht ist, die damit verbundene Beeinflussung des Messergebnisses bei der Bestimmung der Gaskonzentrationswerte von Anästhesiemitteln und Lachgas zu minimieren.
  • Aus der Möglichkeit, Alkohole von ätherischen Ölen unterscheiden zu können, ergibt sich als eine weitere Anwendung die Überprüfung der Fahrtüchtigkeit von Fahrzeugführern bei der Straßenverkehrsüberwachung durch eine Messung der Atemalkoholkonzentration. Die DE 10 2006 045 253 B3 beschreibt eine Gaskonzentrationsmessvorrichtung bei der die Abstimmung der Absorptionswellenlängen mit einem Dual-Band Fabry Perot Interferometer erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass das mechanisch empfindliche rotierende Filterrad in der Anordnung entfallen kann und die Vorrichtung damit robuster gegen mechanische Belastungen ausgebildet ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Dual-Band Fabry Perot Interferometer die Wellenlängen in zwei spektralen Bereichen passieren lässt. Der Durchlassbereich des Dual Band Fabry Perot Interferometers wird dabei mittels einer Steuerspannung so verändert, dass beide Wellenlängenbereiche mit einem Detektorelement erfasst werden und simultan beide Wellenlängenbereiche ausgewertet werden. Zur Abstimmung der Wellenlängenbereiche wird die Steuerspannung als eine von einem Startwert auf einen Endwert ansteigende und abschließend wieder auf den Startwert abfallende Rampenfunktion an das Dual Band Fabry Perot Interferometer elektrisch angelegt. Als Lichtquellen werden zwei Strahlungsquellen, eine Quelle im Bereich 4 Mikrometer bis 6 Mikrometer, eine weitere Quelle im Bereich 8 Mikrometer bis 12 Mikrometer Alternativ kann eine breitbandige Strahlungsquelle eingesetzt werden, die Licht im Wellenlängenbereich von 4 bis 12 Mikrometer emittiert. In einer solchen Anordnung wird mittels modulierter Strahlungsquellen und eines Lock-In-Verfahrens das Dual Band Fabry Perot Interferometer dazu verwendet, simultan beide Wellenlängenbereiche zu erfassen, die Messwerte der beiden Wellenlängenbereiche voneinander zu separieren und auszuwerten. In 1 der DE 10 2006 045 253 B3 ist der prinzipielle Aufbau eines Dual-Band Fabry Perot Interferometers gezeigt. Eine Vorrichtung zur Gasmessung bestehend aus einem Fabry Perot Interferometer und einem Detektor ist in US2001015810A gezeigt.
  • Die US 5,920,391 zeigt den Aufbau eines abstimmbaren Fabry Perot Interferometers zur Gaskonzentrationsmessung. Zwei planparallele Platten werden durch ein elektromagnetisches Feld im Abstand zueinander so verändert, dass die Durchlasswellenlänge beeinflusst wird.
  • In der US 5,835,216 ist ein Verfahren zur Regelung eines Fabry Perot Interferometers dargestellt, wobei das Messsignal vor der Erfassung zuerst durch ein optisches Filter gefiltert und nachfolgend durch das Fabry Perot Interferometer eine Bandpassfilterung durchgeführt wird. Dabei wird im Messzyklus die Durchlassfrequenz des Fabry Perot Interferometers so geregelt, dass diese auf den Grenzwellenlängenbereich des optischen Filters abgestimmt ist.
  • In der DE 3925692 C1 ist ein interferometrisches Analysengerät beschrieben, wobei im Strahlengang einer Lichtquelle ein Substanzgemisch, ein elektrooptisch oder thermooptisch abstimmbaren Fabry Perot Element und ein Detektor angeordnet sind. Die abgestimmte optische Dicke des Fabry Perot Elements ist so gewählt, dass ein Bereich von das Substanzgemisch kennzeichnenden Interferenzlinien durch den Detektor erfassbar und unterscheidbar ist.
  • Ein Detektor zur Erfassung mehrerer Spektralbereiche ist in einer Ausführung als Multispektralsensor in der EP0536727B1 gezeigt. Der Multispektralsensor umfasst eine Anordnung von optischen Elementen zur Strahlaufteilung in Form einer Pyramide, deren Reflexions- und Transmissionseigenschaften spektral unterschiedlich ausgebildet sind. Somit wird das Licht spektral selektiv auf die zugehörigen strahlungsempfindlichen Elemente gelenkt. Ein elektrostatisch, – mittels einer Steuerspannung –, angetriebenes Fabry Perot Interferometer ist in DE 10226305 C1 gezeigt.
  • Das Dual Band Fabry Perot Interferometer weist im Transmissionsverhalten als eine nachteilige Eigenschaft eine Hysterese der transmittierten Wellenlänge bei Erhöhung und Erniedrigung der Steuerspannung auf. Dies führt dazu, dass die Zuordnung zwischen Steuerspannung und Durchlasswellenlänge für die ansteigende Rampe der Steuerspannung von der abfallenden Rampe der Steuerspannung verschieden ist. Damit kann entweder nur der ansteigende oder der abfallende Teil der Steuerspannung zur Auswertung genutzt werden. Für die Anwendung in der Anästhesiegas- und Atemalkoholmessung ist für eine Auflösung der Messung je Atemzug in Inspiration und Exspiration eine effektive Messrate von 1 Hz erforderlich. Bei einer Auswertung von nur einer Rampe der Steuerspannung ist dazu eine Wiederholfrequenz für den Durchlauf einer vollständigen Rampe der Steuerspannung zur Durchstimmung von zwei Wellenlängenbereichen des Dual Band Fabry Perot Interferometers von 2 Hz erforderlich. Zur Anwendung des Lock-In-Verfahrens ist eine Modulation der Strahlungsquelle erforderlich. Zur Erlangung einer ausreichenden spektralen Information im Empfangssignal ist für eine robuste technische Ausführung eine Modulationsfrequenz erforderlich, die mindestens um den Faktor 10 größer ist, als die Wiederholfrequenz zur Durchstimmung des Dual Band Fabry Perot Interferometers. In der praktischen und messtechnischen Ausführung ist zur Unterscheidung von zwei interessierenden spektralen Bereichen aus den spektralen Informationen für den zweiten spektralen Bereich ein Abstand der Modulationsfrequenz mit einem Faktor 3 erforderlich. Im Ergebnis bedeutet dies, dass für den ersten interessierenden Wellenlängenbereich eine Modulationsfrequenz von 20 Hz, für den zweiten interessierenden Wellenlängenbereich eine Modulationsfrequenz von 60 Hz erforderlich ist. Bei Verwendung eines thermischen Strahlers ergibt sich als Eigenschaft des thermischen Strahlers eine signifikante Abnahme der Amplitude mit zunehmender Modulationsfrequenz oberhalb einer Modulationsfrequenz von 30 Hz, welche das Signal zu Rausch-Verhältnis der Empfangssignale nachteilig beeinträchtigt, sodass für den zweiten interessierenden Wellenlängenbereich das Signal durch den Rauschanteil überdeckt wird und nicht mehr erfasst werden kann. Das bedeutet, dass als höchste Modulationsfrequenz für den zweiten interessierenden Wellenlängenbereich ein Wert von 30 Hz verwendet werden kann, was im Rückschluss dann eine Modulationsfrequenz von 10 Hz für den ersten interessierenden Wellenlängenbereich ergibt und für die Messrate in einem Wert von 0,5 Hz resultiert. Damit ist die Bestimmung der Atemgaskonzentration nicht mit einer zeitlichen Auflösung gegeben, die eine Unterscheidung der Konzentrationswerte für Ein- und Ausatmung ermöglicht. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gaskonzentrationsmessvorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer Gaskonzentrationsmessvorrichtung anzugeben, mit der die Messung von Atemgasen für einzelne Atemphasen aufgelöst werden kann.
  • Die Lösung der Aufgabe für das Verfahren zum Betrieb einer Gaskonzentrationsmessvorrichtung ergibt sich aus den Merkmalen des Patenanspruchs 1. Die Aufgabe wird auch mit den Merkmalen der Patentansprüche 4 oder 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens zum Betrieb der Gaskonzentrationsmessvorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 und 3, sowie in den Unteransprüchen 6 bis 22 angegeben.
  • Eine erfindungsgemäße Gaskonzentrationsmessvorrichtung ergibt sich sowohl aus den Merkmalen des Patenanspruchs 23 und des Patentanspruchs 24. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Gaskonzentrationsmessvorrichtung sind in den Unteransprüchen 25 und 26 angegeben.
  • Verwendungen der Gaskonzentrationsmessvorrichtung nach den Ansprüchen 23 bis 26 und der Verfahren zum Betrieb der Gaskonzentrationsmessvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 22 sind in den Ansprüchen 27 und 28 angegeben.
  • Der Vorteil der Erfindung besteht im Wesentlichen darin, dass zwei bandbegrenzte Strahlungsquellen in Verbindung mit einem Dual-Band Fabry Perot Interferometer miteinander in einer Anordnung kombiniert sind und die Ansteuerungssignale für die Durchstimmung der Transmission im spektralen Bereich des Dual-Band Fabry Perot Interferometers mit den zwei Strahlungsquellen sychronisiert sind. Die zwei Strahlungsquellen sind in der abgestrahlten Wellenlänge auf die Wellenlängenbereiche und die Transmissionen eines ersten Durchlassbereiches und eines zweiten Durchlassbereiches im Spektrum des Dual-Band Fabry Perot Interferometers abgestimmt. Das von den Strahlungsquellen abgestrahlte Licht durchläuft eine Messstrecke, in welcher sich die zu untersuchende Gasprobe befindet und trifft am Ende der Messstrecke auf das Dual-Band Fabry Perot Interferometer. Nach dem Passieren des Dual-Band Fabry Perot Interferometers trifft das von den Strahlungsquellen abgestrahlte Licht auf mindestens einen ersten Detektor. Detektoren zur Erfassung des infraroten Lichtes sind aus WO2005054827 bekannt, dort werden beispielsweise Detektoren mit den Typbezeichnungen LIM122 (InfraTec) oder LHi814 (Perkin Elmer) genannt. Der mindestens erste Detektor ist dazu ausgebildet, selektiv dass Licht des ersten spektralen Durchlassbereiches zu erfassen, ein zweiter Detektor ist dazu ausgebildet, das Licht des zweiten Durchlassbereiches zu erfassen. Der erste und zweite Detektor können auch in einer Baueinheit als Dualband-Detektor zusammengefasst sein. Ein in einer Baueinheit angeordneter Sensor zur Erfassung mehrerer spektraler Bereiche ist in der EP0536727B1 beschrieben. Die spektralen Erfassungsbereiche der Detektoren sind in bevorzugter Weise auf die Transmissionen des ersten und zweiten Durchlassbereiches des Dual-Band Fabry Perot Interferometers abgestimmt.
  • In vorteilhafter Weise wird das Dual-Band Fabry Perot Interferometer mittels einer rampenförmig ausgebildeten Steuerspannung über den interessierenden Wellenlängenbereich abgestimmt. In einer weiter bevorzugten Weise ist die rampenförmige Steuerspannung linear ausgebildet und die Transmissionswellenlänge wird dabei gleichförmig über den Wellenlängenbereich durchgestimmt. In einer anderen weiter bevorzugten Weise ist die rampenförmige Steuerspannung nichtlinear ausgebildet. Die Nichtlinearität der Steuerspannung wird dabei über den gesamten Verlauf nichtlinear oder abschnittsweise nichtlinear ausgeführt. Die Nichtlinearität wird so gewählt, dass nichtlineare Eigenschaften der Übertragungsfunktion des Dual-Band Fabry Perot Interferometers ausgeglichen werden. Weist die Übertragungsfunktion des Dual-Band Fabry Perot Interferometers beispielsweise einen teilweise quadratischen Verlauf auf, so kann dieser Effekt durch eine Steuerspannung ausgeglichen werden, die aus einer Funktion mit einem Quadratwurzel-Anteil besteht. Der Verlauf der Steuerspannung kann dabei sowohl durch mathematische Gleichungen, wie auch tabellarisch in der Messvorrichtung hinterlegt sein.
  • Durch die Ansteuerung des Dual-Band Fabry Perot Interferometers mit der Steuerspannung wird dessen Transmission im ersten Durchlassbereich in einem ersten Wellenlängenbereich von Δλ1 = 4 bis 6 Mikrometern und in einem zweiten Durchlassbereich von Δλ2 = 8 bis 12 Mikrometern durchfahren.
  • Der durch die angegebenen Grenzen der beiden Wellenlängenbereiche definierte spektrale Umfang umfasst im Wesentlichen die für die Gasmessung in der Ausatemluft relevanten und mittels der Infrarotabsorption messbaren Messbereiche für die Gase Kohlendioxid, Lachgas, volatile Anästhetika, sowie Alkohole. Mit den angegebenen Wellenlängenbereichen von 4 bis 6 Mikrometern und 8 bis 12 Mikrometern sind dabei im Sinne dieser Erfindung spektral nahe oberhalb und unterhalb dieser angegeben Grenzen liegende Wellenlängen mit umfasst, beispielhaft sei hier Aceton genannt, mit einer Absorbtionswellenlänge von 3,36 Mikrometer.
  • Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt eine Übersicht zu den im Umfeld der beiden Wellenlängenbereiche mittels der Infrarotabsorption messbaren Substanzen in der Medizintechnik, von Stoffwechselprodukten des menschlichen Organismus und der messbaren trinkbaren Alkohole, sowie einiger ätherischer Öle mit einer Zuordnung zu den beiden Wellenlängenbereichen Δλ1 und Δλ2.
    Messbare Substanzen Erster Wellenlängenbereich Δλ1 = 4 μm bis 6 μm (Angaben in μm) zweiter Wellenlängenbereich Δλ2 = 8 μm bis 12 μm (Angaben in μm)
    Medizinische Gase
    Lachgas 4,49 8,61
    Halothan 3,28 8,24
    Sevofluran 3,33 8,71
    Desfluran 3,28 8,94
    Isoflurane 3,28 8,58
    Enflurane 3,30 8,66
    Äther 3,49 8,84
    Trinkalkohole
    Methanol 3,40 9,26
    Etanol 3,33 9,51
    Stoffwechselprodukte
    Aceton 3,36 8,21
    Kohlendioxid 4,26
    Asthmatika 8,53
    Ätherische Öle
    Geraniol 3,45 9,44
    Citronellal 3,46 9,48
    Isopropyl Methyl Ketone 3,36 8,80
  • Der Wellenlängenbereich für die Transmission im zweiten Durchlassbereich ergibt sich als ein ganzzahliges Vielfaches als eine höhere Ordnung des Wellenlängenbereichs des ersten Durchlassbereiches. Synchron zum Signalverlauf dieser Steuerspannung werden zwei Strahlungsquellen so aktiviert, dass eine erste Strahlungsquelle während einer ersten Rampe der Steuerspannung Licht abgibt und eine zweite Strahlungsquelle während einer zweiten Rampe der Steuerspannung Licht abgibt.
  • Nach Durchlaufen des Dual-Band Fabry Perot Interferometers werden die Signale von einer Detektoreineit erfasst und an eine Kontroll- und Auswerteeinheit weitergeleitet. In bevorzugter Weise wird zur Auswertung der von der Detektoreinheit erfassten Signale das Lock-in Verfahren angewendet.
  • Zur Anwendung des Lock-in Verfahrens werden die Strahlungsquellen und/oder die Steuerspannung mit einer Modulationsfrequenz moduliert. Die Modulationsfrequenz wird als Referenzsignal der Kontroll- und Auswerteeinheit zur Anwendung des Lock-In-Verfahrens zur Verfügung gestellt. Das Prinzip eines Lock-in-Verfahrens wird als Stand der Technik in beispielhafter Weise in der US 5477051 beschrieben.
  • Die US 5477051 beschreibt eine Anwendung zur Gewinnung von Informationen aus moduliertem Licht. In 9 der US 5477051 sind die erforderlichen Komponenten abgebildet. Die US 5477051 soll hinsichtlich der Signalauswertung nach einem Lock-in-Verfahren als Bestandteil der Erfindung angesehen werden.
  • In einer ersten bevorzugten Ausführungsform werden eine erste und eine zweite Strahlungsquelle mit der Steuerspannung des Dual-Band Fabry Perot Interferometers synchronisiert. Die erste Strahlungsquelle emittiert ein Licht einer ersten spektralen Wellenlänge, die zweite Strahlungsquelle emittiert ein Licht einer zweiten spektralen Wellenlänge. Die erste Rampe der Steuerspannung wird mit der Einschaltung einer ersten Strahlungsquelle synchronisiert, die zweite Rampe der Steuerspannung wird mit der Einschaltung der zweiten Strahlungsquelle synchronisiert. Unter Synchronisation mit der Steuerspannung ist dabei im Sinne dieser Erfindung eine wechselseitige Umschaltung der Strahlungsquellen zu verstehen, wobei die wechselseitige Umschaltung auch eine zeitweise Einschaltung oder Abschaltung beider Strahlungsquellen umfasst. Ebenfalls ist unter einer wechselseitigen Umschaltung zwischen zwei Strahlungsquellen im Sinne der vorliegenden Erfindung mit umfasst, wenn die Strahlungsquellen wechselseitig abgedunkelt und wieder freigegeben werden, bzw. wenn die Lichtstrahlen der Strahlungsquellen durch optische Verschlusssysteme oder Blendensystem, wie Schlitzblenden, Lochblenden oder durch rotierende Blendenräder gesteuert zum Dual-Band Fabry Perot Interferometer gelangen und diese optischen Verschlusssysteme oder Blendensysteme mit der Steuerspannung des Dual-Band Fabry Perot Interferometers synchronisiert sind. Der Wechsel des durchstimmten spektralen Durchlassbereiches umfasst dabei im Sinne dieser Erfindung eine wechselseitige Schaltung der Strahlungsquellen beim jeweiligen Start einer Rampe der Steuerspannung von einem unterem Spannungsniveau auf ein oberes Spannungsniveau, aber auch bei einem Start einer Rampe der Steuerspannung von einem oberen Spannungsniveau auf ein unteres Spannungsniveau.
  • Der Beginn der ersten Rampe der Steuerspannung ist gegenüber der Aktivierung der ersten Strahlungsquelle um eine erste Verzögerungszeit verzögert, die der Abfallzeit der zweiten Strahlungsquelle und der Einschwingzeit der ersten Strahlungsquelle entspricht und der Beginn der zweiten Rampe der Steuerspannung ist gegenüber der Aktivierung der zweiten Strahlungsquelle um eine zweite Verzögerungszeit verzögert, die der Abfallzeit der ersten Strahlungsquelle und der Einschwingzeit der zweiten Strahlungsquelle entspricht. Die erste und zweite Verzögerungszeit wird in bevorzugter Weise in Form einer Zeitkonstante festgesetzt. Als Zeitkonstante ist dabei derjenige Wert zu verstehen, bei dem bei einem stetigen und exponentiell ansteigenden oder abfallenden Kurvenverlauf ein Wert von beispielsweise 63% oder 95% des Endwertes erreicht ist oder das Zeitintervall, in welchem ein stetiger oder exponentiell ansteigender oder abfallender Kurvenverlauf den Wertebereich von 10% des Endwertes bis auf 90% des Endwertes überstreicht.
  • Diese erste Ausführungsform vermeidet den Beginn eines Messzyklus, bevor die erste und/oder zweite Strahlungsquelle die für die Messung erforderliche spektrale Intensität erreicht hat. Insbesondere bei einer Verwendung von thermischen Strahlungsquellen ist die erforderliche spektrale Intensität erst nach einer typischen Verzögerungszeit von 80 bis 150 Millisekunden erreicht. Die Einschwingzeiten und die Abfallzeiten von thermischen Strahlern sind typischerweise im Bereich von 80 bis 150 Millisekunden und bei baugleichen Strahlern in der Aufheiz- und der Abkühlzeitkonstante bei Raumtemperatur symmetrisch.
  • In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform wird die zweite Strahlungsquelle zeitgleich mit der Abschaltung der ersten Strahlungsquelle aktiviert, sodass die Beendigung des Abkühlvorgangs der ersten Strahlungsquelle zeitgleich mit dem Ende des Aufheizvorgangs der zweiten Strahlungsquelle erfolgt. Das gleiche Verhalten gilt für die Umschaltung der zweiten Strahlungsquelle auf die erste Strahlungsquelle, die Beendigung des Abkühlvorgangs der zweiten Strahlungsquelle erfolgt zeitgleich mit dem Ende des Aufheizvorgangs der ersten Strahlungsquelle.
  • Bei der Verwendung von thermischen Strahlungsquellen ist die typische Einschwingzeit im Bereich von 80 bis 150 Millisekunden. Für die Durchstimmung des Wellenlängenbereichs des Dual-Band Fabry Perot Interferometers mit der Steuerspannung wird typischerweise ein Zeitintervall von 75 bis 175 Millisekunden benötigt. Die erreichbare mittlere typische Messrate für eine Durchführung der ersten Ausführungsvariante im Messbetrieb ergibt sich damit zu 2 Hertz.
  • In einer dritten bevorzugten Ausführungsform ist die erste Rampe der Steuerspannung als eine linear und rampenförmig ansteigende Steuerspannung ausgebildet und die zweite Rampe der Steuerspannung als eine linear und rampenförmig abfallende Steuerspannung ausgebildet. Jedem Wert der Steuerspannung der ansteigenden Rampe ist eine spektrale Transmission des Dual-Band Fabry Perot Interferometer im ersten und zweiten Durchlassbereich des Dual-Band Fabry Perot Interferometers zugeordnet und als ein erster Transmissionsdatensatz in einer Tabelle aufgelistet.
  • Jedem Wert der Steuerspannung der absteigenden Rampe ist eine spektrale Transmission des im ersten und im zweiten Durchlassbereich zugeordnet und als ein zweiter Transmissionsdatensatz in der Tabelle aufgelistet.
  • Somit ist es möglich, die ansteigende und die abfallende Rampe zur Erfassung gültiger Messwerte verwenden zu können und nicht einen Zeitabschnitt der Steuerspannung ungenutzt zu lassen. Eine mögliche Hysterese in der Zuordnung der Parameter Steuerspannung und spektrale Transmission des Dual-Band Fabry Perot Interferometers ist durch den ersten und zweiten Transmissionsdatensatz in der Tabelle abgebildet und hat keinen negativen Effekt auf die Gaskonzentrationsmessung.
  • Sowohl die ansteigende Rampe (Forward-Scan) als auch die abfallende Rampe (Backward-Scan) kann zur Messung genutzt werden, ohne einen Zeitabschnitt ungenutzt zu lassen. Dies ergibt im Ergebnis eine Kompensation der Hysterese des Dual-Band Fabry Perot Interferometer und eine damit verbundene Erhöhung der Messrate dahingehend, dass die Messung von Atemgasen für einzelne Atemphasen aufgelöst werden kann.
  • In einer vierten bevorzugten Ausführungsform wird die zweite Ausführungsform dahingehend im Zeitablauf variiert, dass der Beginn des Anstiegs der Steuerspannung gegenüber der Aktivierung der ersten Strahlungsquelle um eine Verzögerungszeit T01 verzögert ist, die der Summe der Abfallzeitdauer T22 der zweiten Strahlungsquelle und der Einschwingzeitdauer T11 der ersten Strahlungsquelle entspricht. In dieser vierten bevorzugten Ausführungsform ist der Beginn des Abfalls der Steuerspannung gegenüber der Aktivierung der zweiten Strahlungsquelle um eine Verzögerungszeit T02 verzögert, die der Summe der Abfallzeitdauer T21 der ersten Strahlungsquelle und der Einschwingzeitdauer T12 der zweiten Strahlungsquelle entspricht.
  • In einer fünften Ausführungsform werden die Widerstandswerte der ersten und zweiten Strahlungsquelle mittels einer Spannungs- und Strommessung erfasst. Die Strom- und Spannungsmessung wird in einer Gaskonzentrationsmessvorrichtung typischerweise dazu verwendet, Fehlfunktionen der Strahlungsquelle zu erkennen und unzulässige Heizströme zu vermeiden. Der Widerstand der Strahlungsquelle lässt einen direkten Rückschluss auf die Temperatur der Strahlungsquelle zu und wird typischerweise dazu benutzt, die Temperatur der Strahlungsquelle zu regeln und überhöhte Temperaturen der Strahlungsquellen zu vermeiden.
  • Die Widerstandsänderung der Strahlungsquelle stellt nach dem Abschalten ein Maß dafür dar, inwieweit die Strahlungsquelle abgekühlt ist.
  • In bevorzugter Weise wird die Widerstandsänderung vor dem Vergleich mit einem vorbestimmten Wert normiert, indem für die Abkühlung eine relative Widerstandsänderung in Bezug auf den Widerstandswert der aktiven heißen Strahlungsquelle vor Abschaltung der aktiven Strahlungsquelle gebildet wird und für die Aufheizung eine relative Widerstandsänderung in Bezug auf den Widerstandswert der inaktiven kalten Strahlungsquelle am Beginn der Aufheizphase gebildet wird. Diese Normierung kann gemäß der Formeln 1 und 2 dargestellt werden.
  • Figure 00130001
  • Mit Hilfe dieser Normierung der Widerstandsänderung wird das Verfahren unabhängig von den Typen der Strahlungsquellen und von Exemplarstreuungen innerhalb des Typs, sowie vom Einfluss der Umgebungstemperatur. Die Trägheit der Strahlungsquelle findet in diesem Verfahren nach der vierten Ausführungsform sowohl eine Berücksichtigung bei der Ansteuerung der Strahlungsquellen, wie auch bei der Ansteuerung des Dual-Band Fabry Perot Interferometers. Weiterhin verhilft die Normierung der Widerstandsänderung dazu, die vorbestimmten Werte ebenfalls als normierte vorbestimmte Werte unabhängig von den typbedingten Strahlungsquellen und der Umgebungstemperatur im Messsystem hinterlegen zu können. Die Messrate ist durch die Einbeziehung der Widerstandsänderung unabhängig von voreingestellten typischen Verzögerungswerten der Strahlungsquellen.
  • Unterschreitet die relative Widerstandsänderung einen vorbestimmten Schwellwert, so ist der Abkühlvorgang weitgehend abgeschlossen. Ebenso stellt die relative Widerstandsänderung nach dem Einschalten ein Maß dafür dar, inwieweit die Strahlungsquelle den Endwert der maximalen Abstrahlung erreicht hat, auch hier kann aus der Unterschreitung eines vorbestimmten Wertes der relativen Widerstandsänderung auf das Ende des Aufheizvorgangs geschlossen werden.
  • Typischerweise kann die Widerstandsänderung als erste mathematische Ableitung des Widerstandswertes als Funktion der Zeit bestimmt werden.
  • Diese fünfte Ausführungsform bietet in Verbindung mit der ersten oder dritten Ausführungsform den Vorteil, dass die erforderliche Verzögerungszeit nicht empirisch in Versuchen ermittelt werden muss und auf Basis dieser Versuche als systematische feste Verzögerungszeit im Messsystem vorgegeben werden muss, sondern die Verzögerungszeit ergibt sich adaptiv mit Hilfe der Messung der Widerstandswerte der Strahlungsquelle und der daraus bestimmten Widerstandsänderung zu vorherigen Widerstandsmesswerten.
  • Der Start der Rampen der Steuerspannung wird in dieser fünften Ausführungsform erst dann in Gang gesetzt, wenn sowohl die Widerstandsänderung der abkühlenden Strahlungsquelle, als auch die Widerstandsänderung der aufheizenden Strahlungsquelle jeweils einen ersten vorbestimmten Wert für die Abkühlung und einen zweiten vorbestimmten Wert für die Aufheizung der Strahlungsquellen unterschritten haben.
  • In einer weiter bevorzugten sechsten Ausführungsform wird die Steuerspannung des Dual-Band Fabry Perot Interferometers gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel als aufsteigende und wieder abfallende Rampenfunktion verwendet und es wird die Verzögerungszeit zwischen den jeweils aktiven Zeitabschnitten der ersten und zweiten Strahlungsquelle gegenüber dem dritten Ausführungsbeispiel verlängert. In dieser sechsten Ausführungsform findet die Abkühlung der einen Strahlungsquelle nicht zeitgleich mit der Aufheizung der anderen Strahlungsquelle wie in der zweiten bevorzugten Ausführungsform statt. Diese sechste erfindungsgemäße Ausführungsform ermöglicht eine Überprüfung des Messsystems. Diese Überprüfung beginnt mit einer Messung von Referenzwertdatensätzen ohne einen Zielgaseinfluss zur Bestimmung der Systemeigenschaften des Dual-Band Fabry Perot Interferometers. Der Ablauf startet mit der Aktivierung der ersten Strahlungsquelle und der ansteigenden Rampe der Steuerspannung. Vor der Aktivierung der ersten Strahlungsquelle und vor Beginn des Anstiegs der Steuerspannung für das Dual-Band Fabry Perot Interferometer wird das Signal des mindestens ersten optischen Detektors als ein erster Referenzwertdatensatz X1 bei einem Minimalwert der Steuerspannung erfasst, der die Dunkelsignalanteile für den ersten und zweiten spektralen Durchlassbereich umfasst und in einem Datenspeicher abgelegt.
  • Anschließend wird das Dual-Band Fabry Perot Interferometer mit der ansteigenden Rampe der Steuerspannung bis zum Endpunkt der ansteigenden Rampe der Steuerspannung über den spektralen Bereich durchgestimmt und die Signale des mindestens ersten optischen Detektors werden erfasst. Anschließend wird die Abkühlung der vorher ersten aktiven Strahlungsquelle abgewartet, wobei der Vergleich der normierten Widerstandsänderung nach Formel 1 mit einem vorbestimmten Grenzwert genutzt wird, das Ende der Abkühlung der ersten Strahlungsquelle zu bestimmen, anschließend wird das Signal des mindestens ersten optischen Detektors als ein zweiter Referenzwertdatensatz X2 bei abgeschalteten Strahlungsquellen bei einem Maximalwert der Steuerspannung des Dual-Band Fabry Perot Interferometers aufgenommen, der die Dunkelsignalanteile für den ersten und zweiten spektralen Durchlassbereich umfasst und in einem Datenspeicher abgelegt. Bei abgeschalteten und inaktiven Strahlungsquellen sind die Referenzwertdatensätze X1 und X2 kennzeichnend für die in der Anordnung vorhandene Hintergrundstrahlung und das Durchlassverhalten des Dual-Band Fabry Perot Interferometer ohne den Einfluss einer Gasabsorption des Zielgases.
  • Die Hintergrundstrahlung bestimmt die Rauscheigenschaften der messtechnischen Anordnung und stellt einerseits ein Maß für die Temperatur der Anordnung dar und ist weiterhin dazu geeignet, um Einstellungen für den Betrieb des Dual-Band Fabry Perot Interferometers, der Strahlungsquellen und der Auswerteelektronik, wie etwa eine Einstellung von Verstärkerstufen, davon abzuleiten. Nach dieser Aufnahme der Systemeigenschaften ohne Zielgaseinfluss wird in den Messbetrieb gewechselt, indem dem Messsystem das Zielgas zugeleitet wird. Die vorher inaktive zweite Strahlungsquelle wird aktiviert und deren Aufheizung abgewartet, indem der Vergleich der normierten Widerstandsänderung nach Formel 2 mit einem vorbestimmten Grenzwert genutzt wird, das Ende der Aufheizung der zweiten Strahlungsquelle zu bestimmen. Im Anschluss daran wird das Dual-Band Fabry Perot Interferometer mit der absteigenden Rampe der Steuerspannung über den spektralen Bereich durchgestimmt und die Signale des mindestens ersten optischen Detektors werden erfasst und die zweite Strahlungsquelle zeitgleich mit der Erreichung des Minimalwertes der Steuerspannung deaktiviert.
  • Im nächsten Schritt wird wiederum die Abkühlung der vorher aktiven zweiten Strahlungsquelle abgewartet, wobei der Vergleich der normierten Widerstandsänderung nach Formel 1 mit einem vorbestimmten Grenzwert genutzt wird, das Ende der Abkühlung zu bestimmen, anschließend wird das Signal des mindestens ersten optischen Detektors als ein aktueller erster Dunkelwertdatensatz X11 bei abgeschalteten Strahlungsquellen bei einem Minimalwert der Steuerspannung des Dual-Band Fabry Perot Interferometers aufgenommen, der die Dunkelsignalanteile für den ersten und zweiten spektralen Durchlassbereich umfasst und in einem Datenspeicher abgelegt. Entsprechend wird im weiteren Betrieb ein aktueller zweiter Dunkelwertdatensatz X22 bei abgeschalteten Strahlungsquellen bei einem Maximalwert der Steuerspannung des Dual-Band Fabry Perot Interferometers aufgenommen, der die Dunkelsignalanteile für den ersten und zweiten spektralen Durchlassbereich umfasst und in einem Datenspeicher abgelegt. Bei abgeschalteten und inaktiven Strahlungsquellen sind die Dunkelwertdatensätze X11 und X22 kennzeichnend für das Durchlassverhalten des Dual-Band Fabry Perot Interferometers unter dem Einfluss einer Gasabsorption.
  • Aus dem Vergleich der Referenzwertdatensätze X1 und X2 und Dunkelwertdatensätze X11 und X22 kann eine Aussage zur Hysterese der Steuerspannung und in der zeitlichen Veränderung in der Zuordnung zur spektralen Transmission des Dual-Band Fabry Perot Interferometers, bzw. zu Veränderungen der Hysterese der Steuerspannung in der Zuordnung zur spektralen Transmission getroffen werden.
  • In vorteilhafter Weise werden dazu erstmals bei der Werkskalibration sowohl der erste und der zweite Transmissionsdatensatzes, wie auch die Referenzwertdatensätze X1 und X2 ermittelt und zur Bildung eines Vergleichs anschließend in fortlaufender Weise für beide spektralen Transmissionsbereiche die Quotienten Q11 bis Q1n für den ersten Wellenlängenbereich und die Quotienten Q21 bis Q2n für den zweiten Wellenlängenbereich aus X1 und X2, sowie fortlaufend für die aktuellen Dunkelwertdatensätze X11 und X22 gebildet und die Veränderungen der Quotienten fortlaufend aufgezeichnet. Ist zwischen dem ersten Quotienten Q11, bzw. Q21 und einem folgenden Q1n, bzw. Q2n eine Abweichung festzustellen, so kann daraus eine Veränderung der Hysterese des Transmissionsverhaltens in Bezug auf die Steuerspannung geschlossen werden. Über die Anwendung des Plankschen Strahlengesetzes nach Formel 3 und unter Anwendung des Ansatzes nach Formel 4 für eine Kurvenausgleichsrechnung kann ein Zusammenhang aus Steuerspannung und Wellenlänge für das Dual-Band Fabry Perot Interferometer ermittelt werden.
    Figure 00170001
    λ = f(U) (4)
  • Dieser Zusammenhang kann für den weiteren Messbetrieb angewendet werden, indem die neu berechnete spektrale Transmission des Dual-Band Fabry Perot Interferometers den ersten und zweiten Transmissionsdatensatz aktualisiert. Weitere Varianten zur Analyse der Hystereseveränderung ist die Nachverfolgung und die Verlaufsermittlung einer Verschiebung der Maxima in den Absorptionsbanden des ersten und zweiten spektralen Durchlassbereiches oder die Heranziehung charakteristischer Emissionseinbrüche im Spektrum der Strahlungsquellen gegenüber dem Spektrum, das die Strahlungsquellen üblicherweise aufweisen und deren Spektrum während der Werkskalibration in Verbindung mit der ersten Aufnahme der Referenzwertdatensätze X1 und X2 aufgezeichnet worden ist.
  • Eine Überwachung des Signal-Rausch-Verhältnisses der Messsignale, beispielsweise durch einen Bezug der jeweils aktuell erfassten Messsignale auf die Referenzwertdatensätze X1 und X2 und Dunkelwertdatensätze X11 und X22 ermöglicht die Erkennung von fehlerhaften Systemzuständen. Damit ist es möglich, bei großen Abweichungen zwischen X11, bzw. X22 oder Q1n, bzw. Q2n von vorbestimmten Schwellwerten oder den Referenzwertdatensätzen X1 und X2, mögliche Defekte und Drifteffekte der Komponenten, wie etwa der Messelektronik mit Signalaufbereitung, sowie Beschädigungen oder Verschmutzungen der optischen Elemente oder einer der beiden Strahlungsquellen, Verunreinigungen in der Messgasküvette oder des Dual-Band Fabry Perot Interferometers festzustellen.
  • Diese sechste Ausführungsvariante beschreibt sowohl eine Systemüberprüfung, die zu Beginn der Inbetriebnahme durchgeführt werden kann, aber auch im laufenden Betrieb. Durch die bei dieser sechsten Ausführungsform für die Bestimmung der Referenzwertdatensätze X1 und X2 benötigte Messzeit mit dem optischen Detektor und der Tatsache, dass die Aufheizung der einen Strahlungsquelle nicht zeitgleich mit der Abkühlung der anderen Strahlungsquelle erfolgen kann, ergibt sich eine gegenüber der vierten und fünften Ausführungsform verlängerte Messzeit. Die mittlere typische Dauer zur Durchführung der Systemüberprüfung ergibt sich aus den typischen Einschwingzeit der thermischen Strahler im Bereich von 80 bis 150 Millisekunden und dem ein für die Durchstimmung des Wellenlängenbereichs des Dual-Band Fabry Perot Interferometers mit der Steuerspannung benötigten ein Zeitintervall von 75 bis 175 Millisekunden, wenn von einer erforderlichen Messzeit im Bereich von 20 bis 40 ms für die Erfassung der Referenzwertdatensätze X1 und X2 ausgegangen wird. Die Dauer der Messzeitzeit ist wesentlich bedingt durch die Signal- zu Rausch-Eigenschaften der Detektoren und der nachfolgenden Signalverstärkung und der davon abhängigen Messwertanzahl zur Mittelwertbildung. Die mittlere erreichbare Messrate für eine Durchführung der sechsten Ausführungsvariante im kontinuierlichen Betrieb ergibt sich damit zu 1 Hertz.
  • In einer siebten Ausführungsvariante wird die Systemüberprüfung periodisch gemäß der sechsten Ausführungsvariante in vorbestimmten Zeitintervallen angewendet, während im Messbetrieb die erste, zweite, dritte, vierte oder fünfte Ausführungsvariante angewendet wird.
  • Beim Beginn der Messung wird eine vorbestimmte Anzahl von Zyklen mit dem Verfahren der fünften Ausführungsvariante durchfahren. Es werden dabei die Referenzwertdatensätze X1 und X2 ermittelt und im Datenspeicher abgelegt. Durch die bei der sechsten Ausführungsform zur Systemüberprüfung für die Bestimmung der Referenzwertdatensätze X1 und X2 benötigte Messzeit und der Tatsache, dass die Aufheizung der einen Strahlungsquelle nicht zeitgleich mit der Abkühlung der anderen Strahlungsquelle erfolgen kann, ergibt sich eine gegenüber den Ausführungsformen eins bis fünf eine verlängerte Messzeit.
  • Besonders in einer Anwendung, in welcher die Messwerte im Atemzykus von Neugeborenen und Frühgeborenen gewonnen werden sollen, ist die langsamere Messrate nach der fünften Ausführungsform zur Gaskonzentrationsmessung nicht akzeptabel. Daher wird in einer solchen Anwendung zugunsten einer schnelleren Messrate auf eine kontinuierliche Systemüberprüfung verzichtet. Die Systemüberprüfung wird in diesem Fall vor Beginn des Messbetriebes durchgeführt und bei Bedarf oder in regelmäßigen Abständen im Bereich von ungefähr 30–60 Minuten oder in Abhängigkeit vom Einsatzfall und der benötigten Messgenauigkeit auch in Abständen von 4 Stunden im fortlaufenden Messbetrieb durchgeführt, um Drifteffekte ausgleichen zu können.
  • Der Wechsel zur Systemüberprüfung im Messbetrieb kann dabei das Resultat einer Überwachung der Signal- zu Rauschverhältnisse der Messsignale in Bezug auf die Referenz- und Dunkelwertdatensätze X1, X2, X11, X22 oder vorbestimmten Grenzwerten sein.
  • Damit kann für den Messbetrieb die bestmögliche und schnellstmögliche Messrate gewährleistet werden und zusätzlich eine periodische Überprüfung des Messsystems vorgenommen werden.
  • In einer achten bevorzugten Ausführungsform wird die Zeitdauer der Rampe der Steuerspannung, welche zur Durchstimmung des größeren Wellenlängenbereiches dient, in einer Weise verlängert, dass die unterschiedliche spektrale Spreizung des ersten und des zweiten Durchlassbereichs des Dual-Band Fabry Perot Interferometers ausgeglichen wird. Wird beispielsweise durch die ansteigende Rampe der Steuerspannung ein erster Wellenlängenbereich von Δλ1 = 4 bis 6 Mikrometern in einer ersten Zeitdauer durchstimmt, so wird für die Durchstimmung des zweiten Wellenlängenbereiches von Δλ2 = 8 bis 12 Mikrometern die Zeitdauer fallende Rampe doppelt so groß wie die Zeitdauer der ersten Zeitdauer gewählt. Damit sind die Intervalle, während der ein Spektralanteil vom Detektor erfasst werden kann, für beide Wellenlängenbereiche gleich lang und die Abtastung der Messwerte erfolgt auf diese Weise zeitlich äquidistant und für beide Wellenlängenbereiche mit einer gleichen Anzahl von Messwerten, ohne die Frequenz der Abtastung variieren zu müssen.
  • In bevorzugter Weise werden die acht bevorzugten Ausführungsformen im Anwendungsbereich der Anästhesie in einer Verwendung zur Messung und Überwachung von Lachgas, Kohlendioxid und Inhalationsnarkotika im Atemgas und/oder Atemkreislauf eines Anästhesiegerätes eingesetzt.
  • Die Verwendung unter Anwesenheit von Alkoholverbindungen im Atemgas eines Lebewesens im Bereich der Anästhesie ist eine weiter bevorzugte Verwendung. Eine alternative Verwendung der acht bevorzugten Ausführungsformen ist im Bereich der Alkoholkonzentrationsmessung bei der Ermittlung der Fahrtüchtigkeit im Straßenverkehr oder der Alkoholkonzentrationsmessung bei der Ermittlung der Arbeitsfähigkeit im betrieblichen Alltag für Gefahr- geneigte Tätigkeiten in der Arbeitswelt.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren gezeigt und im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 schematisch eine erste Gasmessvorrichtung mit einem Dualband-Fabry Perot Interferometer mit Mitteln zur Modulation der Steuerspannung des Dualband-Fabry Perot Interferometers,
  • 2 schematisch eine zweite Gasmessvorrichtung mit einem Dualband-Fabry Perot Interferometer mit Mitteln zur gemeinsamen Modulation der Strahlungsquellen,
  • 3 schematisch eine dritte Gasmessvorrichtung mit einem Dualband-Fabry Perot Interferometer mit Mitteln zur getrennten Modulation der Strahlungsquellen,
  • 4 schematisch einen ersten Zeitablauf eines Verfahrens zum Betrieb eines Dualband-Fabry Perot Interferometers nach den 1 bis 3 und 8,
  • 5 schematisch einen zweiten Zeitablauf eines Verfahrens zum Betrieb eines Dualband-Fabry Perot Interferometers nach den 1 bis 3, 7 und 8,
  • 6 schematisch eine erste Darstellung eines zeitlichen Ablaufs zur Systemüberprüfung eines Dualband-Fabry Perot Interferometers nach den 1 bis 3, 7 und 8,
  • 7 schematisch den Aufbau eines durchstimmbaren Fabry Perot Interferometers,
  • 8 schematisch eine vierte Gasmessvorrichtung mit einem Dualband-Fabry Perot Interferometer ohne Mittel zur Modulation,
  • 9 die Darstellung einer ersten Variante einer modulierten Steuerspannung des Dualband-Fabry Perot Interferometers,
  • 10 die Darstellung einer zweiten Variante einer modulierten Steuerspannung des Dualband-Fabry Perot Interferometers.
  • 11 schematisch eine zweite Darstellung eines zeitlichen Ablaufs zur Systemüberprüfung eines Dualband-Fabry Perot Interferometers nach den 1 bis 3, 7 und 8,
  • 12 schematisch eine dritte Darstellung eines zeitlichen Ablaufs zur Systemüberprüfung eines Dualband-Fabry Perot Interferometers nach den 1 bis 3, 7 und 8
  • 13 einen alternativen Verlauf der Steuerspannung,
  • 14 die Darstellung einer Variante einer Steuerspannung mit nichtlinearen Abschnitten.
  • Die 1 veranschaulicht schematisch eine erste Gasmessvorrichtung 100 mit dem Dualband-Fabry Perot Interferometer 1.
  • Die erste Gasmessvorrichtung 100 enthält eine erste Strahlungsquelle 11, eine zweite Strahlungsquelle 12, optische Elemente 202, 203, eine in dem infrarot-optischen Weg angeordnete Messgasküvette 13 für die zu untersuchende Gasprobe 80 mit einem Gaseingang 14 und einem Gasausgang 15, das Dualband-Fabry Perot Interferometer 1 mit einer Ansteuereinheit 5, eine Umschalteinheit 6 mit Schaltelementen 8, 9 zur Aktivierung und Deaktivierung der Strahlungsquellen 11, 12, eine Detektoreinheit 19 mit Signalaufbereitung 20, einen dritten Mischer 29 zur Modulation der Steuerspannung 38, eine Kontroll- und Auswerteeinheit 16 zur Synchronisation 45 der Ansteuerung der Strahlungsquellen 11, 12 mit der Auswertung, sowie zur Trennung der den Wellenlängenbereichen zugeordneten Messsignale und Signalausgaben 17, 18 für die den Wellenlängenbereichen zugeordneten Messsignale und einen Datenspeicher 23 zur Ablage von Referenz- und Dunkelwertdatensätzen.
  • Über eine erste Datenleitung 2 ist die Signalaufbereitung 20 mit der Kontroll- und Auswerteeinheit 16 verbunden. Eine zweite und dritte Datenleitung 3, 4 stellen eine Verbindung zwischen der Kontroll- und Auswerteeinheit 16 und den Signalausgaben 17, 18 her. Eine vierte Datenleitung 57 verbindet den Datenspeicher 23 mit der Kontroll- und Auswerteinheit 16.
  • Das Dualband-Fabry Perot Interferometer 1 wird im Folgenden als DB-FP-Interferometer 1 bezeichnet. Die erste Strahlungsquelle 11 emittiert Licht bis zu einer Wellenlänge von etwa 6 Mikrometer. Mit der ersten Strahlungsquelle 11 wird der Wellenlängenbereich zwischen 4 Mikrometer und 6 Mikrometer abgedeckt. Die zweite Strahlungsquelle 12 emittiert Licht bis zu einer Wellenlänge von etwa 15 Mikrometer. Mit der zweiten Strahlungsquelle 12 wird der Wellenlängenbereich zwischen Wellenlängenbereich 8 Mikrometer und 12 Mikrometer abgedeckt. Die Strahlungsquellen 11, 12 werden durch die Lichtschaltsignale 43, 44 aktiviert. Die Umschalteinheit 6 ist dabei so ausgebildet, das von der Ansteuereinheit 5 bereit gestellte dritte Versorgungssignal 37 als Lichtschaltsignale 43, 44 an die erste Strahlungsquelle 11 und/oder an die zweite Strahlungsquelle 12 zu schalten. Von der Ansteuereinheit wird eine dritte Modulationsfrequenz [f3] 32 in einem Bereich zwischen 11 Hz und 25 Hz über den dritten Mischer 29 der Steuerspannung 38 des DB-FP-Interferometers 1 zugemischt und dem DB-FP-Interferometer 1 zugeführt. In bevorzugter Weise wird die Steuerspannung 38 sinusförmig moduliert. Die von den Strahlungsquellen 11, 12 emittierten Lichtmengen 21, 22 gelangen in die Messgasküvette 13 durch die Gasprobe 80 und das DB-FP-Interferometer 1 zur Detektoreinheit 19. Das von der Detektoreinheit 19 gelieferte und durch die Signalaufbereitung 20 verstärkte und gefilterte Messsignal 24 setzt sich aus den Strahlungsquellen 11, 12 gelieferten Lichtmengen 21, 22 zusammen. In der Auswerteeinheit 16 wird das Messsignal 24 unter Einbeziehung der Lichtsteuersignale 33, 34 aufbereitet. Bevorzugt wird in der Auswerteeinheit 16 die Trennung der Absorptionslinien nach dem Lock-In-Prinzip vorgenommen, dazu wird das Messsignal 24 unter Einbeziehung der Lichtsteuersignale 33, 34 und der Frequenz [f3] 32 so aufbereitet, dass sie dem ersten beiden Wellenlängenbereich Δλ1 = 4 bis 6 Mikrometer und dem zweiten Wellenlängenbereich Δλ2 = 8 bis 12 Mikrometer zugeordnet werden können und an den Signalausgaben 17, 18 als Signale S1 und S2 zur Verfügung stehen.
  • Die 2 veranschaulicht schematisch eine zweite alternative Gasmessvorrichtung 101 mit dem DB-FP-Interferometer 1.
  • Gleiche Komponenten sind mit den gleichen Bezugsziffern der 1 versehen. Die zweite alternative Gasmessvorrichtung 101 enthält eine erste Strahlungsquelle 11, eine zweite Strahlungsquelle 12, optische Elemente 202, 203, eine in dem infrarot-optischen Weg angeordnete Messgasküvette 13 für die zu untersuchende Gasprobe 80 mit einem Gaseingang 14 und einem Gasausgang 15, das Dualband-Fabry Perot Interferometer 1 mit einer Ansteuereinheit 5, eine Umschalteinheit 6 mit Schaltelementen 8, 9 zur Aktivierung und Deaktivierung der Strahlungsquellen 11, 12, eine Detektoreinheit 19 mit Signalaufbereitung 20, einen vierten Mischer 26 zur Modulation des dritten Versorgungssignals 37, eine Kontroll- und Auswerteeinheit 16 zur Synchronisation 45 der Ansteuerung der Strahlungsquellen 11, 12 mit der Auswertung, sowie zur Trennung der den Wellenlängenbereichen zugeordneten Messsignale und Signalausgaben 17, 18 für die den Wellenlängenbereichen zugeordneten Messsignale und einen Datenspeicher 23 zur Ablage von Referenz- und Dunkelwertdatensätzen.
  • Über eine erste Datenleitung 2 ist die Signalaufbereitung 20 mit der Kontroll- und Auswerteeinheit 16 verbunden. Eine zweite und dritte Datenleitung 3, 4 stellen eine Verbindung zwischen der Kontroll- und Auswerteeinheit 16 und den Signalausgaben 17, 18 her. Eine vierte Datenleitung 57 verbindet den Datenspeicher 23 mit der Kontroll- und Auswerteinheit 16. Die erste Strahlungsquelle 11 emittiert Licht bis zu einer Wellenlänge von etwa 6 Mikrometer. Mit der ersten Strahlungsquelle 11 wird der Wellenlängenbereich zwischen 4 Mikrometer und 6 Mikrometer abgedeckt. Die zweite Strahlungsquelle 12 emittiert Licht bis zu einer Wellenlänge von etwa 15 Mikrometer. Mit der zweiten Strahlungsquelle 12 wird der Wellenlängenbereich zwischen Wellenlängenbereich 8 Mikrometer und 12 Mikrometer abdeckt.
  • Die Strahlungsquellen 11, 12 werden durch die Lichtschaltsignale 43, 44 aktiviert. Die Umschalteinheit 6 ist dabei so ausgebildet, das von der Ansteuereinheit 5 bereit gestellte dritte Versorgungssignal 37 als Lichtschaltsignale 43, 44 an die erste Strahlungsquelle 11 und/oder an die zweite Strahlungsquelle 12 zu schalten. Die Modulationsfrequenz [f4] 25 für die Strahlungsquellen 11, 12 liegt in einem Bereich zwischen 11 Hz und 25 Hz und wird über einen vierten Mischer 26 dem dritten Versorgungssignal 37 zugemischt. In bevorzugter Weise wird das dritte Versorgungssignal 37 sinusförmig moduliert. Von der Ansteuereinheit 5 wird die Steuerspannung 38 dem DB-FP-Interferometer 1 zugeführt. Die von den Strahlungsquellen 11, 12 emittierten Lichtmengen 21, 22 gelangen in die Messgasküvette 13 durch die Gasprobe 80 und das DB-FP-Interferometer 1 zur Detektoreinheit 19. Das von der Detektoreinheit 19 gelieferte und durch die Signalaufbereitung 20 verstärkte und gefilterte Messsignal 24 geht auf die von den Strahlungsquellen 11, 12 gelieferten Lichtmengen 21, 22 zurück.
  • In der Auswerteeinheit 16 wird das Messsignal 24 unter Einbeziehung der Lichtsteuersignale 33, 34 aufbereitet. Bevorzugt wird in der Auswerteeinheit 16 die Trennung der Spektralanteile nach dem Lock-In-Prinzip vorgenommen, dazu wird das Messsignal 24 unter Einbeziehung der Lichtsteuersignale 33, 34 und der Frequenz [f4] 25 so aufbereitet, dass sie den Wellenlängenbereichen Δλ1, Δλ2 zugeordnet werden können und an den Signalausgaben 17, 18 als Signale S1 und S2 zur Verfügung stehen.
  • Die 3 veranschaulicht schematisch eine dritte alternative Gasmessvorrichtung 102 mit dem DB-FP-Interferometer 1.
  • Gleiche Komponenten sind mit den gleichen Bezugsziffern der 1 versehen. Die dritte alternative Gasmessvorrichtung 102 enthält eine erste Strahlungsquelle 11, eine zweite Strahlungsquelle 12, optische Elemente 202, 203, eine in dem infrarot-optischen Weg angeordnete Messgasküvette 13 für die zu untersuchende Gasprobe 80 mit einem Gaseingang 14 und einem Gasausgang 15, das Dualband-Fabry Perot Interferometer 1 mit einer Ansteuereinheit 5, eine Umschalteinheit 6 mit Schaltelementen 8, 9 zur Aktivierung und Deaktivierung der Strahlungsquellen 11, 12, eine Detektoreinheit 19 mit Signalaufbereitung 20, einen ersten Mischer 27 und einen zweiten Mischer 28 zur Modulation des ersten und zweiten Versorgungssignals 35, 36, eine Kontroll- und Auswerteeinheit 16 zur Synchronisation 45 der Ansteuerung der Strahlungsquellen 11, 12 mit der Auswertung, sowie zur Trennung der den Wellenlängenbereichen zugeordneten Messsignale und Signalausgaben 17, 18 für die den Wellenlängenbereichen zugeordneten Messsignale und einen Datenspeicher 23 zur Ablage von Referenz- und Dunkelwertdatensätzen. Über eine erste Datenleitung 2 ist die Signalaufbereitung 20 mit der Kontroll- und Auswerteeinheit 16 verbunden. Eine zweite und dritte Datenleitung 3, 4 stellen eine Verbindung zwischen der Kontroll- und Auswerteeinheit 16 und den Signalausgaben 17, 18 her. Eine vierte Datenleitung 57 verbindet den Datenspeicher 23 mit der Kontroll- und Auswerteinheit 16. Die erste Strahlungsquelle 11 emittiert Licht bis zu einer Wellenlänge von etwa 6 Mikrometer. Mit der ersten Strahlungsquelle 11 wird der Wellenlängenbereich zwischen 4 Mikrometer und 6 Mikrometer abgedeckt.
  • Die zweite Strahlungsquelle 12 emittiert Licht bis zu einer Wellenlänge von etwa 15 Mikrometer. Mit der zweiten Strahlungsquelle 12 wird der Wellenlängenbereich zwischen Wellenlängenbereich 8 Mikrometer und 12 Mikrometer abdeckt.
  • Die Strahlungsquellen 11, 12 werden durch die Lichtschaltsignale 43, 44 aktiviert. Die Umschalteinheit 6 ist dabei so ausgebildet, das von der Ansteuereinheit 5 bereit gestellte erste und zweite Versorgungssignal 35, 36 als Lichtschaltsignale 43, 44 an die erste Strahlungsquelle 11 und/oder an die zweite Strahlungsquelle 12 zu schalten. Die erste Modulationsfrequenz f1 30 für die erste Strahlungsquelle 11 liegt in einem Bereich zwischen 11 Hz und 25 Hz und wird über einen ersten Mischer 27 dem ersten Versorgungssignal 35 zugemischt. Die zweite Modulationsfrequenz f2 31 für die zweite Strahlungsquelle 12 liegt in einem Bereich zwischen 51 Hz und 65 Hz und wird über einen zweiten Mischer 28 dem zweiten Versorgungssignal 36 zugemischt. In bevorzugter Weise wird das erste und zweite Versorgungssignal 35, 36 sinusförmig moduliert. Die von den Strahlungsquellen 11, 12 emittierten Lichtmengen 21, 22 gelangen in die Messgasküvette 13 durch die Gasprobe 80 und das DB-FP-Interferometer 1 zur Detektoreinheit 19. Das von der Detektoreinheit 19 gelieferte und durch die Signalaufbereitung 20 verstärkte und gefilterte Messsignal 24 setzt sich aus den Strahlungsquellen 11, 12 gelieferten Lichtmengen 21, 22 zusammen. In der Auswerteeinheit 16 wird das Messsignal 24 unter Einbeziehung der Lichtsteuersignale 33, 34 aufbereitet. Bevorzugt wird in der Auswerteeinheit 16 die Trennung der Spektralanteile nach dem Lock-In-Prinzip vorgenommen, dazu wird das Messsignal 24 unter Einbeziehung der Lichtsteuersignale 33, 34 und der ersten und zweiten Modulationsfrequenz [f1] 30, [f2] 31 so aufbereitet, dass sie den Wellenlängenbereichen Δλ1, Δλ2 zugeordnet werden können und an den Signalausgaben 17, 18 als Signale S1 und S2 zur Verfügung stehen.
  • Die 4 bis 6 und 11 und 12 zeigen die zeitlichen Abläufe und die Synchronisation der Steuerspannung 38 mit den Lichtschaltsignalen 43, 44 für die Strahlungsquellen 11, 12 (1), sowie die jeweils zugehörigen Verläufe 73, 74 des ohmschen Widerstands der Strahlungsquellen 11, 12 (1) und einen spektralen Verlauf des Messsignals 50.
  • In der 4 ist ein erster Ablauf zum Betrieb eines DB-FP-Interferometer nach 1 gezeigt. Gezeigt wird der Verlauf der Steuerspannung 38, der Widerstandsverlauf 73 der ersten Strahlungsquelle 11 (1), der Widerstandsverlauf 74 der zweiten Strahlungsquelle 12 (1), sowie der Verlauf der Lichtschaltsignale 43, 44. Der Beginn einer ersten Rampe der Steuerspannung 38 ist gegenüber der Aktivierung der ersten Strahlungsquelle 11 (1) um eine erste Verzögerungszeitdauer [T01] 59 verzögert, die der Abfallzeit [T22] 64 der zweiten Strahlungsquelle und der Einschwingzeit [T11] 61 der ersten Strahlungsquelle 11 (1) entspricht und der Beginn zweiten Rampe der Steuerspannung 38 ist gegenüber der Aktivierung der zweiten Strahlungsquelle 12 (1) um eine zweite Verzögerungszeitdauer [T02] 60 verzögert, die der Abfallzeit [T21] 63 der ersten Strahlungsquelle und der Einschwingzeit [T12] 62 der zweiten Strahlungsquelle 12 (1) entspricht. Die Einschwingzeiten [T11] 61, [T12] 62 und Abfallzeiten [T21] 63, [T22] 64 liegen bei einem thermischen Strahler im Bereich von 80 bis 150 Millisekunden. Die Steuerspannung 38 wird in Form einer ersten Rampe 39 von einem unteren Spannungsniveau 7 von 0 V auf ein oberes Spannungsniveau 10 von ungefähr 30 V linear und stetig erhöht. Die für die erste Rampe 39 typischerweise benötigte Zeitdauer [T6] 41 liegt im Bereich von 75 bis 175 Millisekunden. Das obere Spannungsniveau 10 wird für die erste Verzögerungszeitdauer [T01] 59 von 80 bis 150 Millisekunden gehalten.
  • Im nächsten Schritt wird die Steuerspannung mit einer zweiten Rampe 40 der Zeitdauer [T6] 41 von 30 V auf ein unteres Spannungsniveau 7 von 0 V abgesenkt und anschließend für eine zweite Verzögerungszeitdauer [T02] 61 von 80 bis 150 Millisekunden gehalten. Die für die zweite Rampe 40 typischerweise benötigte Zeitdauer [T6] 41 liegt im Bereich von 75 bis 175 Millisekunden. Die Bestimmung der Einschwing- und Abfallzeitdauern [T11] 61, [T12] 62, [T21] 63, [T22] 64 und der den Einschwing- und Abfallzeitdauern [T11] 61, [T12] 62, [T21] 63, [T22] 64 entsprechenden Verzögerungszeitdauern [T01] 59, [T02] 60 erfolgt über die Bestimmung der relativen Widerstandsänderung der ersten und der zweiten Strahlungsquelle. Dazu werden Spannungs- und Stromverlauf der ersten und der zweiten Strahlungsquelle erfasst und die daraus berechnete relative Widerstandsänderung wird mit einem vorbestimmten Grenzwert verglichen. Unterschreitet die relative Widerstandsänderung der ersten und der zweiten Strahlungsquelle den vorbestimmten Grenzwert, so ist die erste Strahlungsquelle ausreichend abgekühlt und die zweite Strahlungsquelle ist auf Arbeitstemperatur eingeschwungen und somit ist die jeweilige Verzögerungszeit [T01] 61, [T02] 62 beendet. Die typischen Einschwingzeitdauern und Abfallzeitdauern [T11] 61, [T12] 62, [T21] 63, [T22] 64 bei einem thermischen Strahler liegen im Bereich von 80 bis 150 Millisekunden. Es ergibt sich aus den Verzögerungszeitdauern [T01] 59, [T02] 60 und den zwei Zeitabschnitten [T6] 41 der Steuerspannung eine Betriebszeitdauer [T10] 55 von 300 bis 600 Millisekunden. Dies ergibt eine Messrate für den Betrieb der Gaskonzentrationsvorrichtung im Bereich von 1,5 bis 3 Hz. Für eine Umsetzung in die Praxis ohne Auswertung des Widerstandsverlaufs 73, 74 ist bedingt durch eine Exemplarstreuung des Einschwingverhaltens der thermischen Strahlungsquellen eine geringere Messrate von 1 bis 1,5 Hz anzusetzen. Für eine Umsetzung in die Praxis mit einer Auswertung des Widerstandsverlaufs 73, 74 wird die Exemplarstreuung des Einschwingverhaltens der thermischen Strahlungsquellen mit berücksichtigt und die Messrate automatisch an die spezifischen dynamischen Eigenschaften der in der Anordnung verwendeten thermischen Strahlungsquellen angepasst, wobei dann bei Verwendung entsprechend ausgewählter thermischer Strahler die maximale typische Messrate von 3 Hz im Betrieb genutzt werden kann.
  • In der 5 ist ein zweiter Ablauf zum Betrieb eines DB-FP-Interferometer nach 1 gezeigt. Gezeigt wird der Verlauf der Steuerspannung 38, der Widerstandsverlauf 73 der ersten Strahlungsquelle 11 (1), der Widerstandsverlauf 74 der zweiten Strahlungsquelle 12 (1), sowie der Verlauf der Lichtschaltsignale 43, 44. Der Beginn einer Rampe der Steuerspannung 38 ist gegenüber der Aktivierung der Strahlungsquellen 11, 12 (1) um eine erste und zweite Verzögerungszeitdauer [T01] 59, [T02] 60 verzögert, die den Abfallzeiten [T21] 63, [T22] 64 und den Einschwingzeiten [P11] 61, [T12] 62 der Strahlungsquellen 11, 12 (1) entspricht. Die Steuerspannung 38 wird in Form einer Rampe 39 von einem unteren Spannungsniveau 7 von 0 V auf ein oberes Spannungsniveau 10 von ungefähr 30 V linear und stetig erhöht. Die für die erste Rampe 39 typischerweise benötigte Zeitdauer [T6] 41 liegt im Bereich von 75 bis 175 Millisekunden. Im nächsten Schritt wird die Steuerspannung direkt von 30 V auf ein unteres Spannungsniveau 7 von 0 V abgesenkt und anschließend wieder für die erste Verzögerungszeitdauer [T01] 59 im Bereich von 80 bis 150 Millisekunden gehalten. Die Bestimmung der Einschwing- und Abfallzeitdauern [T11] 61, [T12] 62, [T21] 63, [T22] 64 und der den Einschwing- und Abfallzeitdauern [T11] 61, [T12] 62, [T21] 63, [T22] 64 entsprechenden Verzögerungszeitdauern [T01] 59, [T02] 60 erfolgt über die Bestimmung der relativen Widerstandsänderung der ersten und der zweiten Strahlungsquelle. Dazu werden Spannungs- und Stromverlauf der ersten und der zweiten Strahlungsquelle erfasst und die daraus berechnete relative Widerstandsänderung wird mit einem vorbestimmten Grenzwert verglichen. Unterschreitet die relative Widerstandsänderung der ersten und der zweiten Strahlungsquelle den vorbestimmten Grenzwert, so ist die erste Strahlungsquelle ausreichend abgekühlt und die zweite Strahlungsquelle ist auf Arbeitstemperatur eingeschwungen und somit ist die jeweilige Verzögerungszeit [T01] 59, [T02] 60 beendet. Die typischen Einschwingzeitdauern und Abfallzeitdauern [T11] 61, [T12] 62, [T21] 63, [T22] 64 bei einem thermischen Strahler liegen im Bereich von 80 bis 150 Millisekunden. Es ergibt sich aus den Verzögerungszeitdauern [T01] 59, [T02] 60 und den zwei Zeitabschnitten [T6] 41 der Steuerspannung eine typische Betriebszeitdauer [T10] 55 von 300 bis 600 Millisekunden. Dies ergibt eine Messrate für den Betrieb der Gaskonzentrationsvorrichtung im Bereich von 1,5 bis 3 Hz. Für eine Umsetzung in die Praxis ohne Auswertung des Widerstandsverlaufs 73, 74 ist bedingt durch eine Exemplarstreuung des Einschwingverhaltens der thermischen Strahlungsquellen eine geringere Messrate von 1 bis 1,5 Hz anzusetzen. Für eine Umsetzung in die Praxis mit einer Auswertung des Widerstandsverlaufs 73, 74 wird damit die Exemplarstreuung des Einschwingverhaltens der thermischen Strahlungsquellen mit berücksichtigt und die Messrate automatisch an die spezifischen dynamischen Eigenschaften der thermischen Strahlungsquellen angepasst, wobei dann bei Verwendung entsprechend ausgewählter thermischer Strahler die maximale typische Messrate von 3 Hz im Betrieb genutzt werden kann.
  • In der 6 ist eine erste Darstellung des Ablaufs zur Systemüberprüfung eines DB-FP-Interferometer nach 1 gezeigt. Gezeigt wird der Verlauf der Steuerspannung 38, der Widerstandsverlauf 73 der ersten Strahlungsquelle 11 (1), der Widerstandsverlauf 74 der zweiten Strahlungsquelle 12 (1), sowie der Verlauf der Lichtschaltsignale 43, 44. Der Beginn der ersten Rampe 39 der Steuerspannung 38 ist gegenüber der Aktivierung der ersten Strahlungsquelle 12 (1) um eine dritte Verzögerungszeitdauer [T4] 66 verzögert, die der Summe aus der ersten Einschwingzeitdauer [T11] 61, einer Messzeit [T3] 65 und der zweiten Abfallzeitdauer [T22] 64 entspricht. Der Beginn der zweiten Rampe 40 der Steuerspannung 38 ist gegenüber der Aktivierung der zweiten Strahlungsquelle 12 (1) um eine vierte Verzögerungszeitdauer [T5] 67 verzögert, die der Summe aus der zweiten Einschwingzeitdauer [T12] 62, der Messzeit [T3] 65 und der ersten Abfallzeitdauer [T21] 63 entspricht. Die Steuerspannung 38 wird in Form einer ersten Rampe 39 von einem unteren Spannungsniveau 7 von 0 V auf ein oberes Spannungsniveau 10 von ungefähr 30 V linear und stetig erhöht. Die für die erste Rampe 39 typischerweise benötigte Zeitdauer [T6] 41 liegt im Bereich von 75 bis 175 Millisekunden. Das obere Spannungsniveau 10 wird für die Dauer der vierten Verzögerungszeitdauer [T5] 67 gehalten. Die Zeitdauer der vierten Verzögerungszeit [T5] 67 setzt sich aus der zweiten Einschwingzeitdauer [T12] 62 der zweiten Strahlungsquelle 12 (1), der Messzeit [T3] 65 und der ersten Abfallzeitdauer [T21] 63 der ersten Strahlungsquelle 11 (1) zusammen. Im weiteren Verlauf wird die Steuerspannung mit einer zweiten Rampe 40 mit einer typischerweise benötigten Zeitdauer [T6] 41 von 75 bis 175 Millisekunden vom oberen Spannungsniveau 10 von 30 V auf ein unteres Spannungsniveau 7 von 0 V abgesenkt und anschließend wiederum für die dritte Verzögerungszeitdauer [T4] 66 gehalten, bis die Steuerspannung 38 wiederum mit einer ansteigenden Rampe von einem unteren Spannungsniveau 7 von 0 V auf ein oberes Spannungsniveau 10 von ungefähr 30 V linear und stetig erhöht wird. Die Zeitdauer der dritten Verzögerungszeit [T4] 66 setzt sich aus der ersten Einschwingzeitdauer [T11] 61 der ersten Strahlungsquelle 11 (1), der Messzeit [T3] 65 und der zweiten Abfallzeitdauer [T22] 64 der zweiten Strahlungsquelle 12 (1) zusammen. Dieser Ablauf wird zyklisch fortgesetzt. Während der Messzeiten [T3] 65 wird von der Detektoreinheit 19 (1) ein erster Referenzwertdatensatz X1 51 (11) am unteren Spannungsniveau 7 der Steuerspannung 38 und ein zweiter Referenzwertdatensatz X2 52 (11) am oberen Spannungsniveau 10 der Steuerspannung 38 aufgenommen, an die Kontroll- und Auswerteeinheit 16 (1) übermittelt und in einem Datenspeicher 23 (1) abgelegt. Im weiteren Verlauf wird zyklisch ein aktueller erster Dunkelwertdatensatz X11 53 (12) am unteren Spannungsniveau 7 der Steuerspannung 38 und ein aktueller zweiter Referenzwertdatensatz X22 54 (12) am oberen Spannungsniveau 10 der Steuerspannung 38 aufgenommen, an die Kontroll- und Auswerteeinheit 16 (1) übermittelt und in einem Datenspeicher 23 (1) abgelegt. Die Bestimmung der Einschwing- und Abfallzeitdauern [T11] 61, [T12] 62, [T21] 63, [T22] 64 erfolgt über die Bestimmung der relativen Widerstandsänderung der ersten und der zweiten Strahlungsquelle. Dazu werden Spannungs- und Stromverlauf der ersten und der zweiten Strahlungsquelle erfasst und die daraus berechnete relative Widerstandsänderung wird mit einem vorbestimmten Grenzwert verglichen. Die typische Messzeit [T3], die für die Erfassung des ersten und zweiten Referenzwertdatensätze X1 51, X2 52 (11) oder der aktuellen Dunkelwertdatensätze X11 53, X22 54 (12) benötigt wird, liegt im Bereich von 20 bis 40 Millisekunden. Typische Werte für die dritte und vierte Verzögerungszeitdauer [T4] 66, [T5] 67 ergeben sich unter Berücksichtigung von [T3] 65 und der Einschwing- und Abfallzeitdauern [T11] 61, [T12] 62, [T21] 63, [T22] 64 bei einem thermischen Strahler im Bereich von 180 bis 360 Millisekunden. Es ergibt sich aus den beiden Verzögerungszeitdauern [T4] 66, [T5] 67 und den zwei Zeitabschnitten [T6] 41 der Rampen der Steuerspannung 38 eine Überprüfungszeitdauer [T20] 56 von 500 bis 1200 Millisekunden. Das entspricht einer Messrate für die Überprüfung im Bereich von 0,8 bis 2 Hz Hertz.
  • Die 7 veranschaulicht schematisch den inneren Aufbau des durchstimmbaren Fabry Perot Interferometers 1 nach den 1, 2, 3 und 8, bei welchem zwei Spiegelflächen 211, 210 durch einen Abstandshalter 204 parallel zueinander fixiert sind. Der Abstandshalter 204, der mit einer Ansteuereinheit 5 verbunden ist, ermöglicht eine Veränderung des Abstandes x der Spiegel 211, 210 zueinander. Die Spiegel 211, 210 bestehen aus Substraten 206, 207, die an der Oberfläche mit reflektierenden Beschichtungen 208, 209 versehen sind. Die Transmissionseigenschaften der Beschichtungen 208, 209 sind derart ausgeführt, dass vorbestimmte Wellenlängenbereiche ausgewertet werden können. Die auswertbaren Wellenlängenbereiche decken die Wellenlängen zwischen 4 Mikrometer und 6 Mikrometer und zwischen 8 Mikrometer bis 12 Mikrometer ab.
  • Die 8 veranschaulicht schematisch eine vierte alternative Gasmessvorrichtung 103 mit dem DB-FP-Interferometer 1 ohne eine Modulation der Strahlungsquellen 11, 12 oder der Steuerspannung 38 des DB-FP-Interferometers 1. Gleiche Komponenten sind mit den gleichen Bezugsziffern der 1 versehen. Die dritte alternative Gasmessvorrichtung 102 enthält eine erste Strahlungsquelle 11, eine zweite Strahlungsquelle 12, optische Elemente 202, 203, eine in dem infrarot-optischen Weg angeordnete Messgasküvette 13 für die zu untersuchende Gasprobe 80 mit einem Gaseingang 14 und einem Gasausgang 15, das Dualband-Fabry Perot Interferometer 1 mit einer Ansteuereinheit 5, eine Umschalteinheit 6 mit Schaltelementen 8, 9 zur Aktivierung und Deaktivierung der Strahlungsquellen 11, 12, eine Detektoreinheit 19 mit Signalaufbereitung 20, eine Kontroll- und Auswerteeinheit 16 zur Synchronisation 45 der Ansteuerung der Strahlungsquellen 11, 12 mit der Auswertung, sowie zur Trennung der den Wellenlängenbereichen zugeordneten Messsignale und Signalausgaben 17, 18 für die den Wellenlängenbereichen zugeordneten Messsignale und einen Datenspeicher 23 zur Ablage von Referenz- und Dunkelwertdatensätzen. Über eine erste Datenleitung 2 ist die Signalaufbereitung 20 mit der Kontroll- und Auswerteeinheit 16 verbunden. Eine zweite und dritte Datenleitung 3, 4 stellen eine Verbindung zwischen der Kontroll- und Auswerteeinheit 16 und den Signalausgaben 17, 18 her. Eine vierte Datenleitung 57 verbindet den Datenspeicher 23 mit der Kontroll- und Auswerteinheit 16. Die erste Strahlungsquelle 11 emittiert Licht bis zu einer Wellenlänge von etwa 6 Mikrometer. Mit der ersten Strahlungsquelle 11 wird der Wellenlängenbereich zwischen 4 Mikrometer und 6 Mikrometer abgedeckt. Die zweite Strahlungsquelle 12 emittiert Licht bis zu einer Wellenlänge von etwa 15 Mikrometer. Mit der zweiten Strahlungsquelle 12 wird der Wellenlängenbereich zwischen Wellenlängenbereich 8 Mikrometer und 12 Mikrometer abdeckt.
  • Die Strahlungsquellen 11, 12 werden durch die Lichtschaltsignale 43, 44 aktiviert. Die Umschalteinheit 6 ist dabei so ausgebildet, das von der Ansteuereinheit 5 bereit gestellte erste und zweite Versorgungssignal 35, 36 als Lichtschaltsignale 43, 44 an die erste Strahlungsquelle 11 und/oder an die zweite Strahlungsquelle 12 zu schalten. Die von den Strahlungsquellen 11, 12 emittierten Lichtmengen 21, 22 gelangen in die Messgasküvette 13 durch die Gasprobe 80 und das DB-FP-Interferometer 1 zur Detektoreinheit 19. Das von der Detektoreinheit 19 gelieferte und durch die Signalaufbereitung 20 verstärkte und gefilterte Messsignal 24 setzt sich aus den Strahlungsquellen 11, 12 gelieferten Lichtmengen 21, 22 zusammen. In der Auswerteeinheit 16 wird eine Trennung der Spektralanteile vorgenommen, dazu wird das Messsignal 24 unter Einbeziehung der Lichtsteuersignale 33, 34 so aufbereitet, dass sie den Wellenlängenbereichen Δλ1, Δλ2 zugeordnet werden können und an den Signalausgaben 17, 18 als Signale S1 und S2 zur Verfügung stehen.
  • Die 9 zeigt die Darstellung einer ersten Variante einer modulierten Steuerspannung. Die Steuerspannung 38 ist als Funktion mit einem unteren Spannungsniveau 7 für einen Zeitabschnitt [T01] 59, einer ansteigenden Rampe 39, einem oberen Spannungsniveau 10 für einen Zeitabschnitt [T02] 60 und einer abfallenden Rampe 40 ausgeführt. Die Rampen 39, 40 der Steuerspannung 38 sind sinusförmig moduliert, die Zeitabschnitte [T01] 59, [T02] 60 mit dem horizontalen Verlauf der Steuerspannung 38 sind unmoduliert ausgeführt.
  • Die 10 zeigt die Darstellung einer zweiten Variante einer modulierten Steuerspannung. Die Steuerspannung 38 ist als Funktion mit einem unteren Spannungsniveau 7 für einen Zeitabschnitt [T01] 59, einer ansteigenden Rampe 39, einem oberen Spannungsniveau 10 für einen Zeitabschnitt [T02] 60 und einer abfallenden Rampe 40 ausgeführt. Sowohl die Rampen 39, 40 der Steuerspannung 38, als auch die horizontalen Zeitabschnitte [T01] 59, [T02] 60 sind sinusförmig moduliert ausgeführt.
  • Die 11 ist eine zweite Darstellung des Ablaufs zur Systemüberprüfung eines DB-FP-Interferometer nach 1 gezeigt. Gezeigt wird der Verlauf der Steuerspannung 38, der Verlauf der Lichtschaltsignale 43, 44 und der spektrale Verlauf der Spannungsamplitude des Messsignals 50 ohne den Einfluss eines Zielgases. Der Verlauf der Steuerspannung 38, die Synchronisation mit dem Verlauf der Lichtschaltsignale 43, 44 und die Bezeichnung der Zeiten und Elemente entspricht dem Verlauf und den Bezeichnungen der Darstellung aus 6. Zur Feststellung der Systemeigenschaften wird in der Messzeit [T3] 65 während der dritten Verzögerungszeitdauer [T4] 66 ein erster Referenzdatensatz X1 51 auf dem unteren Spannungsniveau 7 der Steuerspannung 38 aufgenommen und in der Messzeit [T3] 65 während der vierten Verzögerungszeitdauer [T5] 67 wird ein zweiter Referenzdatensatz X2 52 auf dem oberen Spannungsniveau 10 der Steuerspannung 38 aufgenommen. Während der Zeitdauer der Rampe [T6] 61 der ersten Rampe 39 der Steuerspannung 38 wird ein erster Wellenlängenbereich von einer ersten Wellenlänge 81 (λ1 = 4 Mikrometer) bis zu einer zweiten Wellenlänge 82 (λ2 = 6 Mikrometer) überstrichen, während der Zeitdauer der Rampe [T6] 61 der zweiten Rampe 40 der Steuerspannung 38 wird ein zweiter Wellenlängenbereich im Verlauf des spektralen Messsignals 50 von einer vierten Wellenlänge 84 (λ4 = 12 Mikrometer) bis zu einer dritten Wellenlänge 83 (λ3 = 8 Mikrometer) überstrichen und der Verlauf des spektralen Messsignals 50 aufgezeichnet.
  • In 12 ist eine dritte Darstellung des Ablaufs zur Systemüberprüfung eines DB-FP-Interferometer nach 1 gezeigt. Gezeigt wird der Verlauf der Steuerspannung 38, der Verlauf der Lichtschaltsignale 43, 44 und der spektrale Verlauf der Spannungsamplitude des Messsignals 50 unter dem Einfluss eines Zielgases. Der Verlauf der Steuerspannung 38, die Synchronisation mit dem Verlauf der Lichtschaltsignale 43, 44 und die Bezeichnung der Zeiten und Elemente entspricht dem Verlauf und den Bezeichnungen der Darstellung aus 6. Zur fortlaufenden Bestimmung der Veränderungen der Systemeigenschaften wird in der Messzeit [T3] 65 während der dritten Verzögerungszeitdauer [T4] 66 ein erster Referenzdatensatz X11 53 auf dem unteren Spannungsniveau 7 der Steuerspannung 38 aufgenommen und in der Messzeit [T3] 65 während der vierten Verzögerungszeitdauer [T5] 67 wird ein zweiter Referenzdatensatz X22 54 auf dem oberen Spannungsniveau 10 der Steuerspannung 38 aufgenommen. Während der Zeitdauer der Rampe [T6] 61 der ersten Rampe 39 der Steuerspannung 38 wird ein erster Wellenlängenbereich von einer erste Wellenlänge 81 (λ1 = 4 Mikrometer) bis zu einer zweiten Wellenlänge 82 (λ2 = 6 Mikrometer) überstrichen, während der Zeitdauer der Rampe [T6] 61 der zweiten Rampe 40 der Steuerspannung 38 wird ein zweiter Wellenlängenbereich im Verlauf des spektralen Messsignals 50 von einer vierten Wellenlänge 84 (λ4 = 12 Mikrometer) bis zu einer dritten Wellenlänge 83 (λ3 = 8 Mikrometer) überstrichen und der Verlauf des spektralen Messsignals 50 aufgezeichnet.
  • In der 13 ist ein alternativer Verlauf der Steuerspannung 38 gezeigt. Gezeigt wird der Verlauf der Steuerspannung 38 und der Verlauf der Lichtschaltsignale 43, 44 mit einer Zeitdauer der zweiten Rampe 40 der Steuerspannung 38, die gegenüber der ersten Rampe 39 der Steuerspannung 38 eine doppelte Zeitdauer aufweist. Die doppelte Zeitdauer bewirkt eine spektral äquidistante Durchstimmung des DB-FP-Interferometers in beiden spektralen Durchlassbereichen. Während der ersten Rampe 39 der Steuerspannung 38 wird die Wellenlänge über einen Bereich von 4 bis 6 Mikrometern mit insgesamt Δ λ = 2 Mikrometern abgestimmt, während der zweiten Rampe 40 der Steuerspannung 38 wird die Wellenlänge über einen Bereich von 8 bis 12 Mikrometern mit insgesamt Δ λ = 4 Mikrometern abgestimmt. Durch die Verdoppelung der Zeitdauer der zweiten Rampe 40 der Steuerspannung 38 gegenüber der ersten Rampe 39 der Steuerspannung 38 werden die unterschiedlich großen durchstimmten Wellenlängenbereiche im ersten und zweiten Durchlassbereich des DB-FP-Interferometers ausgeglichen. Die Zeitdauer, während der ein Spektralanteil vom Detektor 19 (1) erfasst werden kann, ist durch die Verdoppelung der Zeitdauer der zweiten Rampe 40 der Steuerspannung 38 gegenüber der ersten Rampe 39 der Steuerspannung 38 gleich lang.
  • In 14 ist eine Darstellung einer Variante einer Steuerspannung mit nichtlinearen Abschnitten gezeigt. Die Steuerspannung 38 ist als Funktion mit einem unteren Spannungsniveau 7 für einen Zeitabschnitt [T01] 59, einem Spannungsanstieg 85 auf ein oberes Spannungsniveau 10 für einen Zeitabschnitt [T02] 60 und einem Spannungsabfall 86 auf das untere Spannungsniveau 7 ausgeführt. Der Spannungsanstieg 85 und der Spannungsabfall 86 der Steuerspannung 38 sind als Zeitabschnitte mit nichtlinearem Verlauf ausgebildet, in den Zeitabschnitten [T01] 59, [T02] 60 werden die Spannungsniveaus 7, 10 konstant beibehalten.
    • 1
    DB-FP-Interferometer
    2
    erste Datenleitung
    3
    zweite Datenleitung
    4
    dritte Datenleitung
    5
    Ansteuereinheit
    6
    Umschalteinheit
    7
    unteres Spannungsniveau
    8
    erstes Schaltelement
    9
    zweites Schaltelement
    10
    oberes Spannungsniveau
    11
    erste Strahlungsquelle
    12
    zweite Strahlungsquelle
    13
    Messgasküvette
    14
    Gaseingang
    15
    Gasausgang
    16
    Kontroll- und Auswerteeinheit
    17, 18
    Signalausgabe
    19
    Detektoreinheit
    20
    Signalaufbereitung
    21
    erste Lichtmenge
    22
    zweite Lichtmenge
    23
    Datenspeicher
    24
    Messsignal
    25
    vierte Modulationsfrequenz f4
    26
    vierter Mischer
    27
    erster Mischer
    28
    zweiter Mischer
    29
    dritter Mischer
    30
    erste Modulationsfrequenz f1
    31
    zweite Modulationsfrequenz f2
    32
    dritte Modulationsfrequenz f3
    33
    erstes Lichtsteuersignal
    34
    zweites Lichtsteuersignal
    35
    erstes Versorgungssignal
    36
    zweites Versorgungssignal
    37
    drittes Versorgungssignal
    38
    Steuerspannung
    39
    erste Rampe der Steuerspannung
    40
    zweite Rampe der Steuerspannung
    41
    Zeitdauer [T6] der Rampe der Steuerspannung
    43
    erstes Lichtschaltsignal
    44
    zweites Lichtschaltsignal
    45
    Synchronisation
    50
    Messsignalverlauf
    51
    erster Referenzwertdatensatz X1
    52
    zweiter Referenzwertdatensatz X2
    53
    erster Dunkelwertdatensatz X11
    54
    zweiter Dunkelwertdatensatz X22
    55
    Betriebszeitdauer [T10]
    56
    Überprüfungszeitdauer [T20]
    57
    vierte Datenleitung
    59
    erste Verzögerungszeitdauer [T01]
    60
    zweite Verzögerungszeitdauer [T02]
    61
    erste Einschwingzeitdauer [T11]
    62
    zweite Einschwingzeitdauer [T12]
    63
    erste Abfallzeitdauer [T21]
    64
    zweite Abfallzeitdauer [T22]
    65
    Messzeit [T3]
    66
    dritte Verzögerungszeitdauer [T4]
    67
    vierte Verzögerungszeitdauer [T5]
    73
    erster Widerstandsverlauf
    74
    zweiter Widerstandsverlauf
    80
    Gasprobe
    81
    erste Wellenlänge λ1
    82
    zweite Wellenlänge λ2
    83
    dritte Wellenlänge λ3
    84
    vierte Wellenlänge λ4
    85
    Spannungsanstieg
    86
    Spannungsabfall
    100
    erste Gasmessvorrichtung
    101
    zweite Gasmessvorrichtung
    102
    dritte Gasmessvorrichtung
    103
    vierte Gasmessvorrichtung
    202, 203
    optische Elemente
    204
    Abstandshalter
    206, 207
    Substrate
    208, 209
    reflektierende Beschichtungen
    211, 210
    Spiegel

Claims (28)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Gaskonzentrationsmessung mit einem Dual-Band Fabry Perot Interferometer (1), einem ersten Infrarotstrahler (11) für einen ersten Wellenlängenbereich von 4 Mikrometer bis 6 Mikrometer, einem zweiten Infrarotstrahler (12) für einen zweiten Wellenlängenbereich von 8 Mikrometer bis 12 Mikrometer, wobei über Lichtsteuersignale (33, 34) die Infrarotstrahler (11, 12) ein- und ausgeschaltet werden, wobei über eine Steuerspannung (38) das Dual-Band Fabry Perot Interferometer (1) über einen Wellenlängenbereich abgestimmt wird und eine Durchstimmrichtung bestimmt wird, wobei die Abstimmung des Dual-Band Fabry Perot Interferometers (1) über den Wellenlängenbereich und die Änderung der Durchstimmrichtung durch eine Änderung der Steuerspannung von einem unteren Spannungsniveau auf ein oberes Spannungsniveau und/oder von einem oberen Spannungsniveau auf ein unteres Spannungsniveau erfolgt und wobei die Steuerspannung (38) mit den Lichtsteuersignalen (33, 34) synchronisiert ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 wobei über die Steuerspannung (38) eine Änderung der Durchstimmrichtung des Dual-Band Fabry Perot Interferometers (1) vorgenommen wird, wobei über Lichtsteuersignale (33, 34) zwischen den Infrarotstrahlern (11, 12) beim Wechsel der Durchstimmrichtung des Dual-Band Fabry Perot Interferometers (1) umgeschaltet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 wobei über die Steuerspannung (38) eine Abstimmung des Wellenlängenbereichs des Dual-Band Fabry Perot Interferometers (1) vorgenommen wird, wobei über Lichtsteuersignale (33, 34) zwischen den Infrarotstrahlern (11, 12) beim Wechsel des spektralen Durchlassbereiches des Dual-Band Fabry Perot Interferometers (1) umgeschaltet wird.
  4. Verfahren zum Betrieb eines Dual-Band Fabry Perot Interferometers (1), wobei das Dual-Band Fabry Perot Interferometer (1) mittels einer veränderbaren Steuerspannung (38) über einen Wellenlängenbereich abgestimmt wird, wobei eine erste Rampe (39) der Steuerspannung (38) gegenüber einem ersten Lichtschaltsignal (43) der ersten Strahlungsquelle (11) um eine erste Verzögerungszeit [T01] (59) verzögert ist, wobei eine zweite Rampe (40) der Steuerspannung (38) gegenüber einem zweiten Lichtschaltsignal (44) der zweiten Strahlungsquelle (12) um eine zweite Verzögerungszeit [T02] (60) verzögert ist, wobei die erste und zweite Verzögerungszeit (59, 60) jeweils den Zeitkonstanten der ersten und zweiten Strahlungsquelle (11, 12) entspricht.
  5. Verfahren zur Überprüfung eines Dual-Band Fabry Perot Interferometers (1), wobei das Dual-Band Fabry Perot Interferometer (1) mittels einer Steuerspannung (38) über einen Wellenlängenbereich abgestimmt wird, wobei eine erste Rampe (39) der Steuerspannung (38) gegenüber einem ersten Lichtschaltsignal (43) der ersten Strahlungsquelle (11) um eine dritte Verzögerungszeit [T4] (66) verzögert ist, wobei eine zweite Rampe (40) der Steuerspannung (38) gegenüber einem zweiten Lichtschaltsignal (44) der zweiten Strahlungsquelle (12) um eine vierte Verzögerungszeit [T5] (67) verzögert ist, wobei die dritte und die vierte Verzögerungszeit (66, 67) jeweils den Zeitkonstanten der ersten und zweiten Strahlungsquelle (11, 12) und einer Messzeit [T3] (65) entspricht.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, 4 oder 5, wobei die Rampen (39, 40) der Steuerspannung (38) abschnittweise linear ansteigend und abfallend ausgebildet sind.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, 4 oder 5, wobei die Steuerspannung (38) ganz oder abschnittsweise derart in nichtlinearer Form ausgebildet ist, dass die Nichtlinearität der Steuerspannung (38) das Übertragungsverhalten des Dual-Band Fabry Perot Interferometers (1) kompensiert.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Nichtlinearität der Steuerspannung (38) durch eine mathematische Funktionsgleichung und/oder in einer tabellarischen Form in die Abstimmung des Band Fabry Perot Interferometers (1) einbezogen wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Bestimmung der Zeitdauer der Abkühlung (63, 64) und der Zeitdauer der Aufheizung (61, 62) eine relative Widerstandsänderung in Bezug auf einen Widerstandswert der Strahlungsquelle nach Beendigung der Abkühlung oder der Aufheizung gebildet wird, wobei die relativen Widerstandswerte mit vorbestimmten Werte verglichen werden und bei Unterschreitung der vorbestimmten Werte die Verzögerungszeiten (61, 62, 63, 64) beendet sind.
  10. Verfahren nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei in der Messzeit [T3] (65) bei ausgeschalteten Strahlungsquellen (11, 12) bei einem unteren Spannungsniveau (7) ein erster Referenzwertdatensatz X1 (51) von einer Detektoreinheit (19) erfasst wird und in einem Datenspeicher (23) abgelegt wird, wobei in der Messzeit [T3] (65) bei einem oberen Spannungsniveau (10) ein zweiter Referenzwertdatensatz X2 (52) von der Detektoreinheit (19) erfasst wird und in dem Datenspeicher (23) abgelegt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei in regelmäßiger Folge jeweils in der Messzeit [T3] (65) bei ausgeschalteten Strahlungsquellen (11, 12) bei einem unteren Spannungsniveau (7) ein aktueller erster Dunkelwertdatensatz X11 (53) von der Detektoreinheit (19) erfasst wird und in dem Datenspeicher (23) abgelegt wird, wobei in der Messzeit [T3] (65) bei einem oberen Spannungsniveau (10) ein aktueller zweiter Dunkelwertdatensatz X22 (54) von der Detektoreinheit (19) erfasst wird und in dem Datenspeicher (23) abgelegt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder Anspruch 11 wobei der erste Referenzwertdatensatz X1 (51) mit dem zweiten Referenzwertdatensatz X2 (52) verglichen wird und aus dem Vergleich die Transmissionseigenschaften des Dual-Band Fabry Perot Interferometers ermittelt werden und im Datenspeicher (23) abgelegt werden.
  13. Verfahren nach Anspruch 10 und Anspruch 11, wobei der erste Referenzwertdatensatz X1 (51) mit dem ersten Dunkelwertdatensatz X11 (53) verglichen wird und wobei der zweite Referenzwertdatensatz X2 (52) mit dem zweiten Dunkelwertdatensatz X22 (54) verglichen wird und in weiterer Folge der jeweils aktuelle Referenzdatensatz (53, 54) mit einem der vorhergehenden Referenz- und Dunkelwertdatensätze (51, 52, 53, 54) verglichen wird und die Transmissionseigenschaften des Dual-Band Fabry Perot Interferometers (1) und die Veränderung der Transmissionseigenschaften des Dual-Band Fabry Perot Interferometers (1) kontinuierlich ermittelt werden und im Datenspeicher (23) abgelegt werden.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Transmissionseigenschaften und deren Veränderung mit einem vorbestimmten Schwellwert verglichen wird und die Funktionsfähigkeit des Dual-Band Fabry Perot Interferometers (1), der Strahlungsquellen (11, 12) oder der optischen Elemente (202, 203) ermittelt wird.
  15. Verfahren nach einem der der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Steuerspannung (38) des Dual-Band Fabry Perot Interferometers (1) sinusförmig moduliert wird.
  16. Verfahren nach einem der der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Strahlungsquellen (11, 12) sinusförmig moduliert werden.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Rampen (39, 40) der Steuerspannung (38) abschnittsweise als nichtlineare Funktionen ausgebildet sind.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die erste Rampe (39) der Steuerspannung (38) von einem unteren Spannungsniveau (7) auf ein oberes Spannungsniveau (10) als linear ansteigende Funktion ausgebildet ist und wobei die zweite Rampe (40) der Steuerspannung (38) von einem oberen Spannungsniveau (10) auf ein unteres Spannungsniveau (7) als linear abfallende Funktion ausgebildet ist.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei der Funktionsverlauf der ersten Rampe (39) der Steuerspannung (38) von einem unteren Spannungsniveau (7) auf ein oberes Spannungsniveau (10) insgesamt oder abschnittweise als nichtlineare und ansteigende Funktion ausgebildet ist und wobei die zweite Rampe (40) der Steuerspannung (38) von einem oberen Spannungsniveau (10) auf ein unteres Spannungsniveau (7) insgesamt oder abschnittweise als nichtlineare und abfallende Funktion ausgebildet ist.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die Zeitdauern der Rampen (39, 40) der Steuerspannung (38) so gewählt sind, dass eine äquidistante spektrale Durchstimmung des Dual-Band Fabry Perot Interferometers (1) in beiden spektralen Durchlassbereichen gegeben ist.
  21. Verfahren nach Anspruch 4 und Anspruch 5, wobei die Überprüfung des Dual-Band Fabry Perot Interferometers (1) zyklisch in vorbestimmten Zeitabständen in das Verfahren zum Betrieb des Dual-Band Fabry Perot Interferometers (1) eingebunden ist.
  22. Verfahren nach Anspruch 4 und Anspruch 5, wobei der Wechsel aus dem Verfahren zum Betrieb des Dual-Band Fabry Perot Interferometers in das Verfahren zur Überprüfung des Dual-Band Fabry Perot Interferometers (1) durch die Überwachung der Signal zu Rausch-Verhältnisse der Messsignale des Dual-Band Fabry Perot Interferometers (1) veranlasst wird.
  23. Vorrichtung zur Gaskonzentrationsmessung mit einem Dual-Band Fabry Perot Interferometer (1), einem ersten Infrarotstrahler (11) für einen ersten Wellenlängenbereich von 4 Mikrometer bis 6 Mikrometer, einem zweiten Infrarotstrahler (12) für einen zweiten Wellenlängenbereich von 8 Mikrometer bis 12 Mikrometer, Ansteuermitteln (5) zur Erzeugung einer Steuerspannung von einem unteren Spannungsniveau auf ein oberes Spannungsniveau und/oder von einem oberen Spannungsniveau auf ein unteres Spannungsniveau zur Veränderung einer Durchstimmrichtung des Dual-Band Fabry Perot Interferometers (1) und zu einer Abstimmung des Dual-Band Fabry Perot Interferometers (1) über den ersten und/oder zweiten Wellenlängenbereich, Umschaltmitteln (6, 8, 9) zum wechselseitigen Ein- und Ausschalten der Infrarotstrahler (11, 12) beim Wechsel des spektralen Durchlassbereiches des Dual-Band Fabry Perot Interferometers (1).
  24. Vorrichtung zur Gaskonzentrationsmessung mit einem Dual-Band Fabry Perot Interferometer (1), einem ersten Infrarotstrahler (11) für einen ersten Wellenlängenbereich von 4 Mikrometer bis 6 Mikrometer, einem zweiten Infrarotstrahler (12) für einen zweiten Wellenlängenbereich von 8 Mikrometer bis 12 Mikrometer, Ansteuermitteln (5) zur Erzeugung einer Steuerspannung von einem unteren Spannungsniveau auf ein oberes Spannungsniveau und/oder von einem oberen Spannungsniveau auf ein unteres Spannungsniveau zur Veränderung einer Durchstimmrichtung des Dual-Band Fabry Perot Interferometers (1) und zu einer Abstimmung des Dual-Band Fabry Perot Interferometers (1) über den ersten und/oder zweiten Wellenlängenbereich, Umschaltmitteln (6, 8, 9) zum wechselseitigen Ein- und Ausschalten der Infrarotstrahler (11, 12) beim Wechsel der Durchstimmungsrichtung des Dual-Band Fabry Perot Interferometers (1).
  25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 oder 23 mit Mitteln (29) zur Modulation der Steuerspannung (38).
  26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 oder 23 mit Mitteln (26, 27, 28) zur Modulation der Strahlungsquellen (11, 12).
  27. Verwendung einer Vorrichtung zur Gaskonzentrationsmessung und eines Verfahrens zum Betrieb einer Gaskonzentrationsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zur Erfassung und Überwachung der Gaskonzentration von Lachgas, Kohlendioxid, Inhalationsnarkotika und Alkoholen im Atemgas eines Lebewesens und/oder Atemkreislauf eines Anästhesiegerätes.
  28. Verwendung einer Vorrichtung zur Gaskonzentrationsmessung und eines Verfahrens zum Betrieb einer Gaskonzentrationsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zur Erfassung und Überwachung der Gaskonzentration von Alkoholen im Atemgas eines menschlichen Lebewesens bei der Ermittlung der Fahrtüchtigkeit im Straßenverkehr oder der Alkoholkonzentrationsmessung bei der Ermittlung der Arbeitsfähigkeit im betrieblichen Alltag für Gefahr- geneigte Tätigkeiten in der Arbeitswelt.
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