DE2007307A1

DE2007307A1 - Apparat zur Messung der Konzentration von gasförmigem Alkohol

Info

Publication number: DE2007307A1
Application number: DE19702007307
Authority: DE
Inventors: Walter Scott Moore Donald Francis Liverpool NY Beeman (V St A)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1968-12-11
Filing date: 1970-02-18
Publication date: 1971-09-02
Also published as: US3562524A; FR2025901A1

Description

Apparat zur Messung der Konzentration von gasförmigem Alkohol

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gasanalyse-Apparat unter Verwendung von IR-Strahlungs-Absorptionserecheinungen und optischen Vergleichsmethoden und Insbesondere die Bestimmung von gasförmigem Äthylalkohol und dessen Konzentrationsmessung in menschlicher Atemluft. Diese Messung kann auf gesetzlich zulässige Standard-Verfahren zur Messung des Blutalkohol-Spiegels bezogen werden.

Bisher wurden in der Luft befindliche gasförmige Verunreinigungen und Gase im allgemeinen durch ihre IR-Absorptions- eigenschaften identifiziert, wofür die Apparatur häufig die Form eines optischen !Comparators aufwies. Solche Anlagen zeigen die charakteristische Eigenschaft, daß sie lange Weg-

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lÄngen erfordern, damit ein vernünftiges Befindlichkeitsmaß erreicht wird. Dieses Erfordernis hat im allgemeinen eine ausgedehnte Anwendung solcher Geräte dann verhindert, wenn die unbekannten gasförmigen Bestandteile nur in kleinen Proben vorlagen. Wurde ein verhältnismäßig einfaches Gerät zur Untersuchung des Alkohols in der Atemluft benötigt, wie z.B. ein tragbares Gerät, das am Tatort verwendet werden konnte, so konnte von diesem Prinzip offenbar kein Gebrauch gemacht werden. Statt dessen wurde für solche Verwendungszwecke eine Methode angewandt, die auf chemischen Verfahren beruhte. Tragbare chemische Geräte ergaben nur sehr rohe Größenwerte und bedurften im allgemeinen einer späteren Bestätigung. Obwohl Labor-Analyse-Geräte unter Verwendung von IR-Verfahren zur Verfügung standen, waren diese nicht spezifisch auf Alkohol, verlangten im allgemeinen ein geschultes Bedienungspersonal sowohl für die Interpretation wie auch für die Bedienung und eigneten sich nicht für eine tragbare Verwendung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung 1st deshalb ein verbesserter Apparat zur Bestimmung von gasförmigem Alkohol In der Atemluft, insbesondere ein tragbarer Alkohol-Detektor, bei dem das Prinzip der IR-Absorption verwendet wird.

Weiterhin hat die vorliegende Erfindung einen Alkohol-Detektor unter Verwendung der Infrarot-Absorption zur Aufgabe, alt dessen verbesserter Vorrichtung große Absorptionswege bei geringen Qesamtabmessungen erreicht werden.

Weiterhin hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe, in eines auf optischen Vergleichen beruhenden Gasanalyse-Apparat eine verbesserte Vorrichtung zur Änderung des Spektralgehaltes der verwendeten Strahlung zu erhalten, wobei optisch identische Weece vielfacher Weglängen erhalten werden.

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Weiterhin hat die vorliegende Erfindung eine verbesserte Filtervorrichtung in einem IR-Detektor zu Aufgabe, die besonders für die Bestimmung von Alkoholdampf geeignet ist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Kalibriervorrichtung in einem verbesserten Alkohol-Detektor unter Verwendung der IR-Absorption.

Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden erfindungsgemäß durch einen Alkohol-Detektor gelöst, der eine IR-Strahlungsquelle, eine Absorptionskammer, in wel- ™

ehe der Alkoholdampf eingeführt werden kann, und die eine das Licht integrierende Sphäre bildet, eine optische Vorrichtung einschließlich eines geteilten elliptischen Spiegels, der zwei getrennte Bündel von IR-Strahlung bildet, die auf zwei benachbarte Punkte innerhalb der Kammer gebündelt sind, eine erste und zweite Filtervorrichtung, die beide jeweils im Weg eines Bündels liegen und weiterhin eine mit Schlitzen versehene Zerhackerscheibe zum abwechselnden Betrieb dieser Strahlen aufweist.

Es werden neuartige Naturfilter zur Messung von Alkohol vorgeschlagen, die aus Vinylidenchlorid-Vinylchlorid-Copolymer ä und Polytrifluormonochloräthylen bestehen und von einem allgemeinen Sperrfilter ergänzt werden, das ein Wellenlnterferenzelement und kristallines Calciumfluorid verwendet. Eine Maakierungsvorrichtung dient zur Herstellung des optischen Gleichgewichtes und zur sekundären Kalibrierung der gewünschten Alkohol-Spiegel.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben, in der:

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Fig. 1 eine Darstellung einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Messung von Äthylalkohol dämpfen darstellt;

Fig. 2 eine Grundrißansicht der Filter- und der Zerhackeranordnung darstellt;

Fig.3a eine graphische Darstellung, die den Prozentsatz der Durchlässigkeit als Funktion der Willenzahl der in der ersten Ausführungsform verwendeten optischen Filter 1st; und

Fig.3b eine entsprechende graphische Darstellung der optischen Eigenschaften anderer Filter bildet.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die optischen und mechanischen Merkmale der Erfindung sind im Querschnitt gezeigt, während die hauptsächlichen elektrischen Schaltungen in Fig. 1 in einem vereinfachten Blockdiagramm dargestellt sind. Fig. 2 stellt eine ausführlichere Darstellung gewisser mechanischer Merkmale dar. Der abgebildete Apparat mißt die Anwesenheit von Alkoholdampf in einer Atemprobe einer Person und erzeugt eine elektrische Leistung, welche die Alkoholkonzentration anzeigt. Diese Messungen dienen zur Anzeige des Alkohol-Spiegels im Atemsystem eines Individuums und lassen einen Schluß auf die Alkoholmenge zu, unter welcher eine Person steht.

Die hauptsächlichen optischen und mechanischen Teile der vorliegenden Erfindung dienen dazu, zwei spektral verschiedene Arten von IR-Strahlung durch eine Atemprobe zu leiten. Die spektralen Eigenschaften der Strahlung werden gewählt, um die für Alkoholdampf charakteristischen Absorptionserscheinungen auszunützen. Beim Durchgang durch die Probe wird jedes ursprüngliche Gleichgewicht der gemessenen Intensität zwischen beiden Strahlungsarten anschließend im Verhältnis

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zur Menge des In der Probe anwesenden Alkohols geändert. Das geänderte Intensitäts-Gleichgewicht wird sodann mit Hilfe eines IR-Detektors gemessen, der eine elektrische Ausgangsleistung erzeugt, welche zuletzt, ausgedrückt als anwesende Alkoholmenge, ausgewertet werden kann.

Die optischen Teile umfassen eine IR-Strahlungsquelle 10; einen gespaltenen elliptischen Spiegel 11, der so angeordnet ist, um IR-Strahlung in zwei getrennten Bündel in eine Integrationssphäre-Absorptionskammer 12 zu leiten; einen Thermistor-Bolometer-IR-Detektor 13, der das Niveau der \

IR-Strahlung Innerhalb der Integrationssphäre mißt; einen Satz Filter Ik und 15 zur Einstellung der Intensität und des Spektralgehaltes der in die Integrationssphäre eingeführten Strahlung, wobei der Piltersatz 15 ungleiche obere und untere Teile aufweist, auf welche die zwei Strahlen getrennt auftreffen und zwei verschiedene Strahlungsarten Innerhalb der Sphäre erzeugen, und schließlich eine Blende 16, die zwischen die Quelle 10 und die IntegrationssphÄre 12 eingeführt ist, um abwechselnd den unteren und anschließend den oberen Teil des Filtersatzes 15 der Strahlungsquelle auszusetzen, und hierdurch den Spektralgehalt der IR-Strahlung abwechselnd zu ändern.

Die mechanischen Teile, die dazu dienen, eine Atemprobe zu nehmen, und sie innerhalb der Integrationssphäre-Absorptionskammer zu bewahren, weisen ein Mundstück 17 und eine Feuchtigkeitsfalle 18 auf, die durch eine Röhre In eine Eingangsöffnung führen, welche bei 19 als Ventil ausgebildet ist. Eine Ausgangsöffnung, gleichfalls als Ventil ausgebildet, befindet sich bei 20. Die Ventile 19 und 20 sind Ausatem- oder Rohrventile, die Im Normalzustand unter dem Einfluß eines elastischen Verschlußglledes eine geschlossene Stellung einnehmen und sich unter leichtem Druck aus dem Mundstück 17 öffnen und die Einführung einer gewissen Menge an Atemluft ermöglichen. Nach der kurzzeitigen Einführung dieser Luft

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innerhalb der schließen sich die Ventile und fangen eine gewisse Luftmenge/

Integrationssphäre zum Zwecke der IR-Untersuchung ein.

Eine weitere Verbindung in Form eines T-Stückes 1st bei 21 an der Röhre zwischen der Feuchtigkeitsfalle 18 und dem Eingangsventil 19 angebracht, um eine Verbindung zu einer kleinen elektrisch oder handbetriebenen Pumpe 22 zum Ablassen der Integrationssphäre 12 herzustellen. Ein Ventil 23, das im Normalfall offen ist, wird zwischen das T-Stück und die Falle 18 eingeführt und ist so angeordnet, daß es sich unter einem von der Pumpe 22 ausgehenden Druck schließt. Wird die Pumpe 22 in Oang gebracht, so wird die reinigende Luft abwärts durch das Einlaßventil 19 durch die Integrationssphäre 12 und durch die Röhre 20 aus dem System getrieben. Um eine Ableitung der Atemprobe zu vermeiden, wenn die Pumpe nicht in Betrieb ist, sollte die Pumpe 22 entweder verschlossen sein oder ein Einweg-Ventil, ähnlich dem Ventil 23, aufweisen.

Die elektrischen Teile des Apparates verstärken das elektrische Signal aus dem IR-Detektor 13 und entwickeln synchron zwei elektrische Signale, von denen eines der IR-Strahlung des ersten Spektralgehaltes entspricht, der durch den oberen Teil des Filtersatzes 15 geführt wird (und hierin im folgenden der Bezugsbündel genannt wird) und das andere der IR-Strahlung entspricht, die durch den unteren Teil des Filtersatzes 15 geführt wird (und im folgenden hierin als Analysebündel bezeichnet wird) und ergeben anschließend eine elektrische Ausgangsleistung, die proportional 1st zur Differenz zwischen diesen Signalen, gegen gewisse Änderungen geeicht 1st und eich zum Ablesen eignet.

Der elektrische Signalkrels umfaßt im Prinzip den IR-Detektor 13, auf welchen die abwechselnde Belichtung fällt, einen Vorverstärker 25, der so angeordnet ist,

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daß das Sirnal auf eine bequeme Höhe verstärkt wird, einen variablen Vorverstärker 26, in dem die Signalhöhe, die aus der optischen Quelle erhalten wird, vor der Feststellung der Differenz geeicht wird; ein Paar unabhängiger synchronisierter Detektoren 27, 28, von denen einer eine Spannung entwickelt, die der Lichtintensität des Analysebündels und der andere eine Spannung erzeugt, die dem Bezugsbündel entspricht und schließlich den Differenzverstärker 29, der ein Signal eirpfängt, das der Differenz zwischen cen zwei Signalen an den Detektoren 27 und 28 proportional ist. Diese Ausgangsspannunpc kann zur Steuerung eines Ausgangsanzeigeinstrumentes 30, z.B. Λ eines Aufzeichnungsgerätes oder eines Galvanometers, dienen.

Die Synchronisierung des in den Detektoren 27, 28 entwickelten elektrischen Signals mit den abwechselnden Bezugs- und Analysebelichtungen der Sphäre erfolgt gemeinsam durch einen magnetischen Stellungssensor 31 und zwei magnetische Verzögerer 32, 33, die auf der Peripherie der Zerhackerscheibe 16 angebracht sind und in der Nähe des Sensors 31 und der Torsteuerung 3*J verlaufen. Die Torsteuerung 3^ entwickelt Rechteck-Ausgangsimpulse wie bei 35 und 36 gezeigt, die dazu dienen, die synchronisierten Detektoren 27 und 28 in Übereinstimmung mit. der Stellung der Zerhackerscheibe an- und auszuschalten. Auf diese Weise werden die Meßzeiten mit der Be- % llchtung eines oder des anderen Filterteiles entsprechend der Bezugs- und Analysebelichtung zeitlich aufeinander abgestimmt.

Nachdem vorstehend die grundsätzlichen Merkmale einer erfindungsgemäßen Ausführungsform beschrieben wurden, soll im folgenden näher auf Einzelheiten eingegangen werden. Das Belichtungssystem umfaßt die Lichtquelle 10, die vor dem geteilten elliptischen Spiegel 11 angebracht ist. Der elliptische Spiegel 11 kann entweder in Form eines einzelnen elliptischen Spiegels ausgebildet sein, der während der Herstellung in der Mitte gespalten wird und anschließend die zwei Teile :nter Bildung el.,-..-. Spieg:?ls getrennt werden, der zwei verschiedene '.er, .'■■ .-, ·< - npunkte aufweist

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oder der Spiegel kann auf billige Weise so gegossen werden, daß er von Anfang an diese optischen Eigenschaften besitzt. Die Lichtquelle 10 und der Spiegel 11 sind so angebracht, um das Bild der Lichtquelle an den Punkten 37> 38 gerade im Innern einer öffnung 39 auf einer Fläche der Integra-

en tionssphäre 12 abzubilden. Durch diese Anordnung werden zwei getrennte, auf den Brennpunkt eingestellte Lichtbündel gebildet, von denen einer durch das Sperrfilter I^ tritt und anschließend auf den oberen Teil ^O des Filtersatzes 15 auftrifft und der andere gleichfalls durch das Sperrfilter I^ tritt und anschließend auf den unteren Teil 4l des Filtersatzes 15 fällt.

Die Lichtquelle 10 ist eine Leuchtquelle, die aus einem elektrisch beheizten Widerstandsmaterial besteht und auf eine Temperatur von etwa 900^ durch eine Gleichstromquelle Ί2 aufgeheizt wird. Sie ergibt eine breitbandige IR-Strahlung, die sich auf beide Seiten des 10 .u-Gebietes erstreckt. Die elektrische Quelle 42 sollte eine konstante Spannung haben, damit die Strahlungstemperatur und die Lihtlntensität der Lichtquelle 10 ungefähr konstant gehalten wird Eine ausreichende Konstanz kann entweder durch Verwendung einer an sich konstanten Spannungsquelle oder durch eine Stabilisierung oder Ausgleichung einer weniger konstanten Quelle erhalten werden. Eine beispielhafte IR-Quelle verwendet einen Faden aus einer Platin-Rodium-Legierung, der z. B. aus mehreren Zoll eines 0,076 mm (3 mil) starken Drahtes besteht. Der Grad kann in Form einer spiraligen Spule mit einem Durchmesser von 1/10 Zoll gewickelt und mit einer neutralen Hülle aus AIpO, verschlossen sein. Diese Ausgestaltung erlaubt den Betrieb der Quelle 10 an offener Luft, ohne daft die Qualität oder Intensität der Strahlung leidet. Die Verwendung eines geringen Durchmessers erlaubt eine kleinere Optik des Systems und vereinfacht im allgemeinen ihre Bauweise.

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Nach Eintritt in die Integrationssphäre - Absorptionskammer 12 durch das Sperrfilter 14 und die entsprechenden Hälften des Piltersatzes 15, gelangen die getrennt eintretenden Bündel, die bei 33 bzw. 3¹* ihren Brennpunkt haben, durch die in der Integrationssphäre 12 enthaltene Atmosphäre, treffen die entfernte Wand der Sphäre und werden durch die Wand auf einen anderen Teil der Innenwand diffus reflektiert. Um den Diffusionsvorgang zu unterstützen, kann die Sphäre Unregelmäßigkeiten der Oberfläche aufweisen. Der Reflexionsvorgang wird vielfach wiederholt. Bei diesem Vorgang werden die Ursprungliehen Lichtbündel stark diffus und bilden eine nahezu gleich- f mäßige Belichtungsstärke in der ganzen Sphäre. Um eine direkte Belichtung des Detektors 13 zu vermeiden, wird dieser außerhalb der Achse des eingeführten Lichts an einer Stelle eingesetzt, die etwa symmetrisch in Bezug auf die eintretenden Bündel ist. Die ungefähre Stellung des Detektors 13 ist Jedoch infolge der Gleichmäßigkeit der Belichtung nicht kritisch. Um eine bessere Wirkung zu erzielen, sollten die Innenflächen der Integrationssphäre gegenüber der IR-Belichtung hochreflektiv sein, damit die Anzahl der wirksamen Reflexionen erhöht wird.

Um das Problem der Kondensation von Feuchtigkeit zu ver- j

ringern, wird die Sphäre im allgemeinen auf einer Temperatur ™ gehalten, die etwa der Temperatur der eingeführten Atmungsproben gleicht oder geringfügig höher ist. Eine Sphäre von etwa 7,5 cm Durchmesser ist geeignet und ergibt, abhängig von der Reflexionseigenschaft der Oberfläche, eine effektive Weglänge von einem Meter und mehr. Eine derartige Wep·- länge erlaubt eine merkliche IR-Absorption und führt bei einem alkoholhaltigen Dampf zu einer empfindlichen Messung. Durch Verwendung einer Integrationssphäre kann also eine sehr grofte Weglänge innerhalb geringer physikalischer Dimensionen erreicht und die Bequemlichkeit des Apparates stark erhöht werden.

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Betrachtet man die Anordnung des Filters und der Unterbrecherscheibe, die am besten in den Figuren 1 und 2 zu sehen ist, so ergeben die Filter 14 und 15, zusammen mit der Unterbrecherscheibe 16, ein einfaches Verfahren zum Einführen von zwei IR-Belichtungen verschiedenen Spektralgehaltes (die Analyse- und die BezugsbelichtuneO in rascher Folge in die Integrationssphäre. Die Filtereigenschaften des Sperrfilters 14 sollen weiter unten ausführlich beschrieben werden. Der Filter 14 kann einen im allgemeinen rechteckigen Umriß aufweisen, wie dies Fig. 4 zeigt, und sollte solche Abmessungen besitzen, daß die ganze Belichtung, die in die Integrationssphäre aus der Lichtquelle 10, 11 ausgeht, aufgefangen wird. Der zweite Filtersatz 15 ist unterhalb 14, wie in Fig. 2 gezeigt, angebracht und besteht aus zwei Teilen; der obere Teil 40, der als Bezugsfilter und der untere Teil 41, der als Analysefilter dient. Diese zwei Teile sind in den zwei Bündel angeordnet, die bei 37 bzw. 38 ihren Brennpunkt haben.

Die Zerhackerscheibe 16 ist kreisförmig und um ihren Mittelpunkt drehbar angebracht, wird zwischen das Filter 14 und den Filtersatz 15 eingesetzt und besteht aus einem opaken Material. Sie ist mit zwei kreisförmigen Schlitzen 42 und 43 versehen, die beim Rotieren der Zerhackerscheibe nacheinander,zuerst den unteren Analysefilter 41 und anschließend den oberen Bezugsfilter 42 den zwei Strahlenbündel aus der IR-Quelle 10, 11 aussetzen.

Die Zerhackerscheibe 16 wird mit Hilfe eines Elektromotors 45, der durch eine Elektrizitätsquelle 46 mit Energie gespeist wird, um eine zentrale Achse 44 gedreht. Vorzugsweise findet ein Antrieb mit konstanter Geschwindigkeit mit einer Drehzahl von etwa 1200 ü/min Verwendung, der eine Wechselbelichtung mit einer Frequenz von 40 ergibt. Die zwei kreisförmigen Schlitze 42 und 43 befinden sich an diametral gegenüberliegenden Stellungen auf der Zerhackerscheibe und sind an den radialen Entfernungen vom Zentrum der Drehbewegung angebracht, die erforderlich ist, um sie in radiale Übereinstimmung mit den

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Filtersektoren 40 und 4l zu bringen. Bei der In Flg. 2 gezeigten Stellung ist das untere Analysefliter Al freigelegt, da der Schlitz 42 sich darüber hinwegbewegt. Ist die Zerhackerscheibe um 18O° von der gezeigten Stellung gedreht, so wird das obere Bezugsfilter 40 durch den Schlitz 43 freigelegt. Die durch die Schlitze 42 und 43 gebildeten Winkel sind beide etwa 90°, was eine Winkeltrennung zwischen den Schlitzen von gleichfalls etwa 90° erlaubt. Diese Abmessung erlaubt, daß das Licht,das durch einen Schlitz tritt, vollständig ausgelöscht wird, ehe das Licht durch den anderen Schlitz einsetzt, m

Die Lichtmenge und zu einem geringeren Ausmaß die Dauer des in die Filtersektoren 40, 41 eintretenden Lichtes sollte genau geregelt sein. Hierfür weisen die Schlitze 42, 43 eine vorgeschriebene Breite auf und umfassen einen vorgeschriebenen zentralen Winkel auf der Zerhackerscheibe. Die Flächen der Filtersektoren 40, 4l, welche durch die Schlitze 42, 43 freigelegt werden, sind vorzugsweise etwas ungleich, wobei das Bezugsfilter mit einem einstellbaren Blendenmechanismus 47 ausgerüstet ist, der, wie nachfolgend näher erläutert werden wird, dazu dient, das in das System durch die zwei Filtersektoren eingelassene Licht auszugleichen. Im allgemeinen ^ muß die Ungleichheit lediglich die möglichen Fehler über- * schreiten, die eine Ungleichheit hervorrufen und kann so begrenzt sein, daß 10 % zur Fläche des Bezugsfilters zugefügt werden. Die Filter 40, 41 weisen ihrerseits deshalb eine vertikale Abmessung auf, die den Schlitzbreiten 42 und 43 entsprechen und können so abgedeckt sein, daß sektorf3rmige Qebiete freigelegt werden, die einen gemeinsamen zentralen Winkel, wie in Fig. 2, gemessen von der Drehachse der Zerhackerscheibe, umfassen.

Die Form der Anschalt- und Abschaltcharakteristika(die zeltabhängige Geschwindigkeit der Lichtzunahme und die zeitabhängige Geschwindigkeit der Lichtextinktion zu Beginn und

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Ende Jeder Freileitung des Filters) ist verhältnismäßig unwichtig. Obwohl sie die Gesamtmenge der während einer Aussetzung eingeführten Belichtung geringfügig beeinflußt, ist das sich anschließende elektrische System so angelegt, daß es in erster Linie auf eine Belichtungsspitze und nicht auf eine mittlere oder totale Belichtung anspricht.

Wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, sind die Schlitze k2, 43 auf der Zerhackerscheibe so ausgestaltet, daß das Licht in einem Filtersektor vor seinem Auftreffen auf den anderen Filtersektor vollständig ausgelöscht wird und die Extinktionszeit etwa gleich der Belichtungszeit ist. Diese Wahl hat einen 50 Jigen Arbeitszyklus zur Folge und weist den Vorteil auf, daß sie von der eigenen Zeitbegrenzung als Folge der Zeitkonstanten des optischen Detektors maximalen Gebrauch macht. Ein für diese Verwendung geeigneter optischer Detektor kann die Form einer Widerstandsbrücke mit negativem Temperaturkoeffizienten aufweisen, die in eine geeignete Umhüllung gesteckt ist, welche ein Fenster hat, welches es gestattet, daß die IR-Strahlung ein Widerstandselement heizt. Zum Ausgleich gegen Einflüsse der Umgebungstemperatur ist ein ähnliches Element mit negativem Temperaturkoeffizienten/in der gleichen Umhüllung, Jedoch geschützt vor IR-Strahlung, vorgesehen. Sind die zwei in einer Brücke angeordnet, so kann der Widerstandsunterschied dazu verwendet werden, eine kleine Spannung zu erzeugen, welche die momentane Intensität der IR-Strahlung anzeigt.

Die IR-Detektoren des Handels können bei Zyklusgeschwindigkeiten von 100 U/sec betrieben werden, wobei Jedoch im Hinblick auf ihre Kosten im allgemeinen die Verwendung einer niedrigeren Umdrehungszahl, bei der vorliegenden erfindunesgemäßen Ausführungsform am besten ^O U/sec, vorteilhafter ist.

Der vorliegende Apparat mißt die Menge des anwesenden Alkoholdampfes dadurch, daß ein Wechsel im Gleichgewicht der durch die Sphäre 12 verlaufenden und auf den optischen Detektor 13

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fallenden Belichtung auf elektrischem Wege gemessen wird. Die Blende 16 und die Filter 14, 40, Al lassen nacheinander zuerst Licht eines Spektralgehaltes und dann eines zweiten Spektralgehaltes ein. Der optische Detektor 13 zeigt in Verbindung mit einer sich anschließenden elektrischen Schaltung einen Unterschied im Gleichgewicht zwischen diesen zwei Strahlungsarten an. Bei einer bevorzugten Einstellung ist das System, wenn kein Alkoholdampf vorliegt, im Gleichgewicht und bei Anwesenheit von Alkoholdampf im Ungleichgewicht. Das anfängliche Lichtgleichgewicht wird teilweise durch Regelung der Filterflächen, teilweise durch Regelung der J

Bedienung der Blende 16 und teilweise durch Regelung der spektralen Empfindlichkeit der Filter erzielt, was im folgenden ausführlicher besprochen werden soll.

Die Filter l*t, ¹IO, Ml sind speziell für die Anzeige von Alkoholdampf ausgewählt. Eine Untersuchung des IR-Absorptionsspektrums von Äthylalkohol zeigt eine steile Absorptionsbande im Bereich von 1070 Wellenzahlen (cm ). Diese Absorptionsbande erstreckt sich über einen Bereich von etwa 1000 bis 1120 Wellenzahlen. Dieser Peak ist eine spezifische Eigenschaft von Äthylalkohol und wird nicht von anderen dampfförmigen chemiechen Substanzen ,die im allgemeinen im Atem anwesend sind, geteilt, obwohl andere, wie z. B. d

Wasserdampf, in der Nähe liegen (etwa 950 Wellenzahlen).

Das Sperrfilter 14 läßt IR-Strahlung, die innerhalb des allgemein interessierenden Bereichs liegt, durchtreten und schließt Strahlung außerhalb seines Paßbandes aus. Es handelt sich dabei um ein zusammengesetztes Filter, das sowohl ein Interferenzfilterteil und einen natürlichen Filterteil aufweist. Seine spektrale Empfindlichkeit wird in Fig. 3a in der kontinuierlichen Linie 71 gezeigt. Im allgemeinen tritt durch das Filter eine Strahlungsbande hindurch, die zwischen 120Π bis 800 Wellenzahlen liegt. Die steil ansteigende Charakteristik in der Nähe der Wellenzahl 1200 wird durch das Interferenzfilter des Sperrfilters 14 erhalten. Dieses

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Wellen-Interferenzfilter ist von herkömmlicher Bauart und zeigt eine steil ansteigende Tiefpaß-Charakteristik. Es besteht z. B. aus mehreren durchlässigen Schichten mit speziell ausgewählten Brechungsindizes und geeigneten Dicken für die gewünschte Grenzfrequenz. Der Rest der durch das Sperrfilter I¹J hervorgerufenen spektralen Anregung wird durch den natürlichen Filterteil geregelt, der aus einer dünnen, optisch durchlässigen Schicht aus kristallinem Calciumfluorid (CaFp) besteht. Das Sperrfilter ist breiter als die Absorptionsbande des Äthylalkohols, so daß sowohl der 1070 Peak und ein Rand von nicht absorbierter Strahlung auf beiden Seiten dieses Peaks hindurchtritt.

Das Analysefilter 4l und das Bezugsfilter 40 sind gleichfalls so gewählt, daß dieser Absorptions-Peak des Äthylalkohols verwendet wird. Insbesondere läßt das Analysefilter 4l im allgemeinen Strahlung im Peak-Bereich durch, während es Strahlung auf einer Seite davon zurückweist und das Bezugsfilter 40 Strahlung im Peak-Berelch zurückweist und im allgemeinen die Strahlung auf einer oder auf beiden Seiten davon durchläßt. Die spektrale Empfindlichkeit zweier praktischer Filter wird in Fig. 3a gezeigt, wobei die zusammengesetzte Empfindlichkeit des Bezugsfilters 40 und des Sperrfilters 14 in der gestrichelt gezeichneten Linie 72 gezeigt wird, während die des Analysefilters 4l und des Sperrfilters 14 in einer kontinuierlichen Linie 73 gezeigt wird.

Um (in Abwesenheit von Alkoholdampf) ein optisches Gleichgewicht zu erhalten, wird der Energie-Durchsatz - im englischen thru-put energies genannt - durch die zwei Transmiesionskurven etwa gleich gemacht. (Die Flächen unter der Kurve ergeben eine ungefähre, Jedoch verzerrte Anzeige dieser Energien) Dieses Gleichgewicht tritt dann ein, wenn der Sensor 13 gleiche elektrische Leistungen erzeugt, gleichgültig ob Filter 40 oder 4l belichtet sind.

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Ist die IR-Strahlung aus der Quelle 10, 11 durch die Filter 14, ^O, ill durchgetreten, so nimmt sie die spektrale Verteilung an, die ihr von den Filtern auferlegt werden. Wie die graphischen Darstellungen in Fig. 3a zeigen, fällt die durch das Analysefilter hl durchgehende Strahlung meistens innerhalb des Absorptionsbandes des ganzen in der Integrationssphäre anwesenden Alkohols. Auf ähnliche Weise liegt die durch das Bezugsfilter lO hindurchgehende Strahlung im allgemeinen außerhalb dieses Absorptionsgebietes. Werden diese Filter auf geeignete Weise ins Gleichgewicht gebracht (wobei kein Alkoholdampf anwesend ist), wie z. B. durch Verwendung zusätzlicher neutraler Filter, mißt der auf alle einfallende A Strahlen ansprechende Detektor 13 gleiche Werte, ob das Analysefilter ^l oder das Bezugsfilter ¹JO angebracht und dadurch im Gleichgewicht ist.

Ist innerhalb der Integrationssphäre-Absorptionskammer 12 Alkoholdampf anwesend, so wird das vorige optische Gleichgewicht (wie es am Detektor 13 gemessen wird) proportional gestört. Dies ergibt sich daraus, daß die durch das Bezugsfilter 40 durchgegangene Strahlung außerhalb der Alkohol-Absorptionsbande fällt und im wesentlichen nicht beeinflußt wird, während die durch das Analysefilter ^l gegangene Strahlung in die Alkohol-Absorptionsbande fällt und im wesentlichen absorbiert wird. Die Menge des optischen Ungleichgewichts wird ^ auf diese Weise ein Maß für die Menge des anwesenden Alkoholdampfes.

Die Filter Ί0, 4l, deren Charakteristika in der Fig. 3a gezeigt sind, sind beide Naturfilter. Das Bezugsfilter ^O kann aus einer dünnen Schicht (mehrere tausendstel cm) Vinylidenchlorid-Vinylchlorid-Copolymer (80/20), das auch als "Saran" bekannt ist, bestehen, die durch eine dünne Schicht aus Polyäthylen ergänzt wird. Das Polyäthylen ist ein Neutralfilter, das eingeführt wird, um ein optisches Gleichgewicht mit dem Analyeefliter zu ergeben, während das "Saran" die gezeigte spektrale Selektivität aufweist. Das bei 0,5 Absorption (ein

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in Fig. 3a nicht gezeichnetes Charakteristikum) gemessene Dämpfungsausschnitt erstreckt sich von IO3O bis 1090 und entfernt somit einen großen Teil der Strahlung unterhalb des Alkohol-1070-Peaks. Auf den Seiten dieses Ausschnittes nimmt die Absorption auf zwischen 0,2 und 0,1 ab. Betrachtet man die gesamte, durch die Kombination,bestehend aus dem Sperrfilter 14 und dem Bezugsfilter 40.durchgelassene Strahlung, so fällt etwa 1/5 in den Alkoholpeak und 4/5 außerhalb davon, was im Ergebnis fast zu einem Bandausschlußfilter führt.

Zur Erzielung optimaler Eingangsempfindlichkeit und eines optimalen Signal/Rausch-Verhältnisses kann der Vorverstärker 25 einen Feldeffekt-Transistor oder andere Vorrichtungen für Kleinsignale mit geringem Rauschen verwenden. Der Verstärker 25 sollte ein linearer Verstärker sein und ein Verstärkungsfaktor von 5000 ist für diesen Verstärker typisch. Er soll das Signal weit über das gewöhnliche Geräterauschen anheben. Der Verstärker 26 mit variablem Verstärkungsgrad kann ein konventioneller Linearverstärker sein; zur Einstellung des Ausgangssignales auf eine willkürlich gewählte Amplitude ist eine Vorrichtung, wie beispielsweise ein als Signalspannungsteiler geschaltetes Potentiometer 50 erforderlich. Das Potentiometer 50 gestattet es, den Signalpegel auf einen Standardwert einzustellen, um Langzeit-Ungenauigkeiten aus den verschiedensten Ursachen zu berücksichtigen. Solche Ungenauigkeiten sehließen diejenigen ein, die auf einen allmählichen Helligkeitsverlust der Quelle 10, ein allmähliches Blindwerden oder Verschmutzen der optischen Flächen und ähnliches, zurückzuführen sind.

Der Verstärker 26 mit variablem Verstärkungsgrad ist dann gekoppelt an einen synchronisierten Demodulator 27 und an einen synchronisierten Demodulator 28, welche beide auf die Steuerung durch das Gatter 3^ ansprechen. Wie bereits zuvor beschrieben, kann das Steuergatter 3*» die Form eines einfachen Flip-Flops annehmen, welcher rechteckförmige Ausgangsimpulse 35, 36 wäh-

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rend 50 % der Arbeitsperioden unter Steuerung durch die Stellung der optischen Zerhackerscheibe erzeugt, welche wiederum durch die Drückerimpulse erzeugenden Elemente 31, 32 erfaßt werden. Die Impulse 35, 36 steuern auf diese Welse die Demodulationszeiträume der Detektoren und synchronisieren sie mit den Zeitabschnitten, in denen ein gegebenes Filter belichtet wird. Der Detektor 27 wird für die Belichtung zur Analyse und der Detektor 28 zur Belichtung für den Bezugswert verwendet.

Die synchronisierten Detektoren weisen eine übliche Form auf und können aus einem getrennten Eingangsgatter bestehen, auf das ein Spitzen-Detektor folgt, wobei die Ausgänge jeweils ä auf Masse bezogen sind. Da Ablesungen innerhalb etwa einer halben Minute oder so erwünscht sind, sollten die Spitzen-Detektoren eine Zeitkonstante besitzen, die groß genug ist, um aufeinanderfolgende ungerade (oder aufeinanderfolgende gerade) Spitzen zu integrieren oder ihren zeitlichen Mittelwert zu bilden, welche mit einer Folgefrequenz von 20 Hz ankommen. Die Zeitkonstante sollte klein genug sein, um innerhalb eines gewünschten Ableseintervalles ansprechen zu können. Typischerweise sollte die Zeitkonstante im Bereich von 1 bis 10 see liegen. Die Verwendung eines Spitzen-Detektors hat den Vorteil, das System unempfindlich gegenüber geringfügigen Änderungen in der Dauer der Belichtungsperioden oder in dem Verlauf der , Einschalt- oder Ausschaltflanken zu machen. Da das System so " konstruiert ist, daß es einen etwa rechteckförmigen Belichtungsimpuls liefert, der nur am Beginn und am Ende der Belichtungsperiode eine geringfügige Abweichung der Flanke aus der Senkrechten zeigt, wird dadurch die Genauigkeit sarfbrderung an den mechanischen Zerhacker darauf beschränkt, die Breite der Belichtungsspalte *12, 43 auf einen konstanten Wert zu halten.

Dem Differenzenverstärker 29 werden aus den Spitzen-Detektoren 27, 28 zwei auf Masse bezogene verschiedene Gleichspannungspegel zugeführt. Bei der Feststellung einer Spannungsdifferenz kann der DifferenzenverBtärker gewöhnlich mit der gleichen Zeitkonstante wie die synchronisierten Detektoren ansprechen.

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Der Differenzenverstärker 29 sollte mit einem Abgleicheinstellorgan 52 ausgestattet werden. Dieses Abgleicheinstellorgan kann ein Potentiometer in Spannungsteilerschaltung sein. Der Differenzenverstärker 29 liefert eine Gleichspannung am Ausgang, die dann der Anzeigevorrichtung 30 für das Ausgangssignal zugeführt wird. Da die Zeitkonstanten der vorhergehenden Schaltung relativ groß sind und infolgedessen das Signal sich relativ langsam ändert, kann ein konventionelles Galvanometer als Anzeigegerät oder ein Kurvenschreiber verwendet werden und sind schnell genug zur Anzeige des Signals.

Das System wird auf folgende Weise geeicht. Für die Eichung werden das Eichpotentiometer 50, das Anzeigegerät 30, das Abgleichorgan 52 und zwei optische Einstellvorrichtungen 47 und 48 verwendet. Diese Gesichtspunkte gestatten es, daß das System gegen die meisten allmählich auftretenden Fehler in sich selbst geeicht werden kann.

Um einen anfänglichen optischen Abgleich zu erreichen, wird für den ersten Eichvorgang die obige Kugel gespült, so daß nur Luft in ihr vorhanden ist. Das System wird belichtet und die Zerhackerscheibe wird In Betrieb genommen. Wenn sie arbeitet, wird die Belichtung durch den elliptischen Spiegel aufgespalten und durchsetzt die getrennten Filter für die Analyse und für den Bezugswert und wird nacheinander durch den Infrarot-Empfänger 13 erfaßt. Das Signal wird dann über die Verstärker 25 und 26 verstärkt und in den Detektoren 27, 28 getrennt erfaßt, getrennt dem Differenzenverstärker 29 zugeführt und dann am Ausgangsanzeigegerät 30 angezeigt. Das Einstellorgan 52 für den Abgleich wird anfangs auf Null eingestellt, so daß der Differenzenverstärker Jeden Eingang gleich verstärkt und am Ausgangsanzeiger 30 wird jede Abweichung von der Null-Lage festgestellt. Wenn die Ausgangsanzeige bei 30 nicht Null 1st, deutet das auf ein Ungleichgewicht im System hin. Da die Verarbeitung dee elektrischen Signals bis zu den Demodulatoren gemeinsam 1st, kann man

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daraus schließen, daß durch ein Filter eine stärkere Belichtung durchkommt als durch das andere. Die einstellbare Maske 47 wird daher bis zu dem Punkt hereinreschoben, in dem die Anzeiger am Ausprang so nahe bei Null Heren, wie es diese Einstellung ermöglicht. Zu diesem Zeitpunkt wird die Abgleichseinstellung 52 weiter nachgestellt, um die Nulleinstellung des Gerätes zu verbessern. Die optische Justierung wird im allgemeinen etwas grober sein als die anschließende elektrische Justierung, besonders im Hinblick auf die dazwischen erfolgende Verstärkung. Demgemäß ist es gewöhnlich wünschenswert, beide Justierungen zur Verfügung zu haben, wobei die elektrische Justierung als Feinjustierung zu der gröberen optischen Justierung dient und an- ij dererseits eine Justierung der Null-Lage an der Ausgangsanzeige darstellt.

Nachdem nun die in die Kugel 12 eintretende Strahlung "abgeglichen" ist und die elektrische Anzeige 30 auf Null gestellt ist, kann man dann den Skalenbereich eichen. Die Bedingungen sind die gleichen wie zuvor; d. h. die Belichtung ist eingeschaltet und die Kugel 12 ist mit Luft gefüllt. Diese Justierung standardisiert den Signalpegel, fegen den die Unterschiede verglichen werden und gestattet es, die Differenzablesungen als Prozentanteile zn werten.

Diese letzte Justierung wird ermöglicht durch die Eichm;-Ske ^ 48 wie sie in den Fig. 1 und 2 abgebildet ist. Diese Maske kann zwischen den unteren Strahl von der Lichtquelle 10 und den unteren Teil des Blocklerungsfilters 14 eingefügt werden. Sie besteht aus einen durch eine Schraube einstellbaren Kammfilter 53, das am Rande des Blockierungsfilters 14 gehaltert ist. Es ist ein Anschlag 5¹* vorgesehen, der normalerweise in der Fabrik eingestellt wird, und das Einschieben der Maske 53 nach innen begrenzt. Der äußere Justierungsbereich des Kammfilters 53 gestattet, dieses vollständig aus dem unteren Strahl herauszuziehen. Beim normalen Gebrauch dieses Gerätes wi^Td es herausgezogen. Wenn es für die Eichung verwendet wird, kann es

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in den Strahl eingeführt werden, um die auf das analytische Filter JJl auftreffende Gesamtstrahlung um einen vorgegebenen Betrag abzuschwächen, und dieser Betrag ist durch den Anschlag 5¹· voreingestellt.

Die Justierung des Anschlags 5** in der Fabrik wird gewöhnlich auf dem Minimalwert vorgenommen, auf dem dem Alkoholgehalt irgendeines Dampfes eine rechtliche Bedeutung zukommt. Unter der Annahme, daß für die Zwecke des Gesetzes eine 3 fcige Verringerung der Belichtungsstärke in dem Analysenkanal erzeugt wird, wenn die zu prüfende Luft diesen vorgegebenen Alkoholgehalt hat, dann wird auf diesem Minimalwert die Anzeigevorrichtung 30 am Ausgang mit einer festen Eichmarke 55 versehen. Wenn die Elchmarke 55 einmal angebracht ist, dann wird in der Fabrik der Anschlag 5¹* so Justiert, daß er den Zeiger auf die Eichraarke 55 bringt, wenn die Kugel 12 frei von Alkoholdampf ist. Die praktische Auswirkung des Einschiebens des Kammfilters 53 besteht darin, daß die durch das Analysenfilter ¹Jl hindurchgehende Lichtintensität, die auf den Infrarotempfänger 13 auftrifft, um den gleichen Betrag verringert wird, wie die gesetzlich relevante Konzentration von Alkoholdampf in der Kugel 12 diese Intensität verringern würde. Mit anderen Worten wird der Lichtabsorbierungseffekt des Kammfilters äquivalent dem Absorbierungseffekt einer vorgegebenen Konzentration des Alkoholdampfes gemacht.

Diese Justierung eicht das System gegen Ungenauigkeiten sowohl in den optischen als auch den elektrischen Teilen des Systems, einschließlich von Änderungen in der Lichtintensität und Änderungen im Verstärkungsfaktor der Verstärker.

Die Eichlinie 55 sollte etwa auf der Hälfte der Skala liegen. Die maximale Ablesung beim Vollausschlag umfaßt gewöhnlich die maximale erwartete Alkoholkonzentration und liegt gewöhnlich etwas unter der letalen Grenze. Der Vorteil der Eichung an der unteren gesetzlichen Grenze besteht darin, daß dieser Punkt die größte praktische Bedeutung besitzt und durch die

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Eichung an diesen Punkt werden Skalenverzerrungen beseitigt. Wenn mehrere Alkoholwerte rechtlich bedeutungsvoll sind, dann kann eine Vielzahl von solchen Eichvorrichtungen verwendet werden. Diese Maßnahme ist Jedoch gewöhnlich nicht notwendig, da die vorhergenannten Vorsichtsmaßnahmen eine brauchbare Skalengenauigkeit im ganzen brauchbaren Bereich des Gerätes ergeben. Wenn das Gerät einmal geeicht ist, wird das Kammfilter 48 ein sekundärer Standard, gegen den das Gerät häufig geprüft werden kann. Das Anzeigegerät 30 für den Ausgang kann In "Prozentblutalkohol" unterteilt werden, um eine unmittelbare Ablesung dieses Wertes zu gestatten.

Vorstehend ist das Gerät im Hinblick auf beispielhafte praktische Ausführungsformen beschrieben. Der Fachmann wird jedoch leicht andere mögliche Modifikationen ausführen können.

Das Analysefilter besteht aus einem dünnen Film (gleichfalls wenige tausendstel Zoll) aus Polytrlfluormonochloräthylen (KeI-F), der einen scharfen Durchlässigkelts-Peak zwischen 1000 und 1100 Wellenzahlen aufweist. Es hat gleichfalls einen zweiten Peak von geringerer Durchlässigkeit, der etwa bei 900 Wellenzahlen liegt. Die gesamte Strahlung fällt deshalb zu etwa 3/5 innerhalb des Alkohol-Absorptions-Peaks und zu 2/5 außerhalb, wodurch im Ergebnis ungefähr ein Bandpaß- λ filter erhalten wird.

Nimmt man deshalb zur ungefähren Veranschaulichung an, daß die Einführung von Alkoholdampf zu einer 10 iigen Lichtdämpfung führt, so würde die Belichtung im Bezugsfilter nur um etwa 2 % vermindert sein, während das durch den Analysefilter hindurchgehende Licht um 6 % vermindert wird. (Die vorstehenden Prozentsätze hängen sehr stark von der jeweiligen Verwendung ab und können entweder größer oder geringer als die oben zitierten Zahlen sein). Wegen der größeren Verminderung der analytischen Belichtung gegenüber der Bezugsbelichtung ergibt ein Vergleich der zwei Ablesungen eine Nettodifferenz,

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deren Wert von der Menge des innerhalb der Halbkugel 12 anwesenden Alkoholdampfes abhängt.

Die obige Filterbauweise ist verhältnismäßig billig, da die chemischen Substanzen übliche Industrie-Chemikalien sind, die sehr ausgeprägte optische Eigenschaften zeigen, welche sie für die Messung von Alkoholdampf geeiprnet machen. Deshalb ist der einzige Filter, der kein "Natur"-Fllter ist, der Welleninterferenzteil des Sperrfilters I¹*. Die bisher beschriebenen Filter 11, 15 sind sehr einfach und leicht herzustellen.

Sind höhere Kosten vertretbar, so können auch Randpaßfilter vom Interferenztypus für die Analyse- und Bezugsfilter verwendet werden. In diesem Fall sollte, wie in Fig. 3b gezeigt ist, die Frequenz des analytischen Filters ihren Mittelpunkt bei etwa 1070 Wellenzahlen (der Alkohol-Absorptionslinie) haben, und die Mittelfrequenz des Bezugsfilters sollte bei etwa 1170 Wellenzahlen liegen. Bringt man das Bezugsfilter bei einer kürzeren Wellenlänge an, so wird die Vorrichtung zu einem Wasserdampf-Absorptions-Peak verstärkt, der bei etwas geringeren Wellenzahlen auftritt. Das Fllter-Charakteristikum wird in Fig. 3b gezeigt. Im allgemeinen ist bei dieser Anordnung ein Sperrfilter unnötig.

Gleichgültig ob Natur- oder Interferenzfilter verwendet werden, erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren der Verwendung eines gespaltenen elliptischen Spiegele, der das Licht unmittelbar hinter dem Analyse- und Bezugsfilter bündelt, die Verwendung sehr kleiner Vorrichtungen und stellt deshalb eine wirtschaftliche Bauweise dar. Die Verwendung einer integrierenden sphärischen Sphärenabsorptionskammer mit dem gespaltenen Spiegel macht es möglich, daß die Leuchtbündel über im wesentlichen gleiche, Jedoch zufällige Bahnen durch die Probe auf den einfachen Detektor 13 auftreffen.

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Der Betrieb des elektrischen Systems, das den Vergleich zwischen dem durch die Bezugs- und Analysefllter hindurchgehenden Licht ausführt und dadurch ein Maß für den in der integrierenden Sphärenabsorptionskammer 12 vorhandenen Alkoholdampf ergibt, soll im folgenden beschrieben werden. Die prinzipiellen Teile und Funktionsweisen des elektrischen Systems wurden bereits oben kurz zusammengefaßt. Die Schaltbauweise kann von einfacher Art sein. Die Frequenzwenzen sind leicht anzupassen, da die Umdrehungsgeschwindigkeit der Zerhackerscheibe 16 die Information auf einen Uo U/sec-Impuls überträgt und Bandbreiten des Verstärkers mit einer Frequenz von 1 bis 1000 angemessen sind. Im allgemeinen ist der Impuls am Ausgang des Bolometers einseitig gerichtet; er kann jedoch in dem Vorverstärker 25 wechselstromverstSrkt werden. Da der Arbeitszyklus etwa 50 % beträgt, und die Modulierung der abwechselnden Zyklen ein geringer Faktor 1st, ist die Gleichstromverschiebung zwischen benachbarten Zyklen so gering, daß sie vernachlässigt werden kann. Das Signal, sowohl am Eingang wie am Ausgang des Vorverstärkers 25 kann als eine Welle der Frequenz ¹JO betrachtet werden, wobei die abwechselnden Zyklen eine wechselnde und geringere Amplitude haben wie dies bei gezeigt wird.

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Claims

Ansprüche

Gasanalyse-Apparat, gekennzeichnet durch

a) eine IR-Strahlungsquelle (10);

b) eine integrierende kugelförmige Absorptionskammer (12),
die einen Einlaß (17), in welchen ein Gas zum Zwecke der Analyse eingeführt wird, und weiterhin reflektierende
Innenflächen aufweist, die eine, für IR-Absorption
geeignete vervielfachte optische Weglänge ergeben;

c) eine optische Vorrichtung, die mit der Quelle in Verbindung steht und zwei getrennte IR-Strahlenbündel erzeugt, die auf zwei benachbarte Punkte (37, 38) in der Nähe der Absprptionskammer eingestellt sind;

d) einen IR-Detektor (13) der mit der Kammer zur Messung
der IR-Strahlung nach absorptivem Durchgang durch die
Kammer verbunden ist;

e) ein erstes Analysefilter (41), das in den Weg eines dieser Strahlenbündel eingeführwünd und eine schmale IR-Strahlungsbande durchläßt, die mit einem schmalen Absorptions-Peak des zu analysierenden Gases zusammenfällt;

f) ein zweites Bezugsfilter (¹JO), das in den Weg des anderen Strahlenbündels eingeführt ist, um IR-Strahlung durchzulassen, die von dem analysierten Gas praktisch nicht absorbiert wird und

g) eine Vorrichtung (16) zum periodischen Unterbrechen dieser Strahlenbündel, so daß sie wechselweise in die Kammer eingeführt werden.

2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die optische Vorrichtung ein elliptischer Spiegel (11) ist, entlang dessen Achse die Strahlungsquelle angebracht ist und der Spiegel zwei gleiche benachbarte reflektierende Oberflächen zur Einstellung zweier Strahlenbündel gleicher Intensität aus der Strahlungsquelle auf zwei benachbarte Punkte aufweist.

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3. Apparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der elliptische Spiegel im allgemeinen einen kreisförmigen Querschnitt und die benachbarten reflektierenden Oberflächen einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen.

A. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das erste und zweite Filter (¹IO, 41) jeweils in der Nähe eines der benachbarten zwei Brennpunkte (37, 38) angebracht ist.

5. Apparat nach Anspruch 1 zur Analyse von Äthylalkoholdampf ' in der Luft, dadurch gekennzeichnet, daß das erste analytische Filter einen natürlichen Filter aus einem Polytrifluormonochloräthylenfilm, der einen Lichtdurchlässigkelts-Peak bei etwa 1070 Wellenzahlen hat und außerdem ein Bandpaßfilter aufweist, das dieses Gebiet von 1070 Wellenzahlen umfaßt und einen breiteren Bandpaß als das natürliche Filter hat und das zweite Bezugsfilter ein Naturfilter aus Vinylldenchlorid-Vinylchlorid-Copolymer, das eine Lichtdämpfung in der Nähe von I070 Wellenzahlen und ein Bandpaßfilter aufweist, das dieses Gebiet von 1070 Wellenzahlen umfaßt und einen breiteren Bandpaß als das zuerst genannte natürliche Filter hat. |

6. Apparat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Bandpaßfilter bei einer Durchlässigkeit von 5 % einen Bandpaß von etwa 1200 bis 800 Wellenzahlen aufweisen.

7. Apparat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Bandpaßfilter ein Naturfilter aus kristallinem Calclumfluorid und ein Langwellenpaß-Interferenzfilter aufweist, das einen Grenzwert bei etwa 1200 Wellenzahlen aufweist.

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8. Apparat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß ein Naturfilter aus einem Polyäthylenfilm zu einem der Filter zugefügt wird, um ihre Jeweiligen Durchlässigkeiten abzugleichen.

9. Apparat nach Anspruch 1 zur Analyse von Alkoholdampf in Luft, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Filter ein Bandpaßfilter ist, das einen Durchlässigkeits-Peak bei etwa 1070 Wellenzahlen aufweist, und bei dem das zweite Filter ein Bandpaßfilter mit einem Durchlässigkeits-Peak bei etwa 1170 Wellenzahlen ist.

10. Apparat nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet , daß das erste und zweite Filter Wellen-Interferenzfilter von etwa 100 Wellenzahlen-Bandbreite bei 50 % der Durchlässigkeits-Peaks sind.

11. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß er insbesondere zur Identifizierung eines Gases mittels dessen Absorptions-Charakteristika ausgebildet ist und weiterhin eine Eichvorrichtung aus einer übertragbaren Maske aufweist, die beliebig von einem Punkt außerhalb des einen Strahlenbündels auf eine vorbestimmte Stellung innerhalb dieses Strahlenbündels übertragen werden kann, so daß die Absorption einer vorbestimmten Gaskonzentration simuliert wird.

12. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtung (l6) zum periodischen Unterbrecher der Strahlenbündel eine drehbare opake Scheibe aufweist, die kreisförmige Schlitze besitzt, die so angebracht sind, daß die Strahlenbündel abwechselnd eingeschaltet werden und die Belichtungszelten durch Zelten der Nicht-Belichtung von gleicher Dauer unterbrochen werden und ein Arbeitszyklus von etwa 50 % erhalten wird.

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13· Apparat nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß er weiterhin einen synchronisierten elektrischen Detektor aufweist, der mit einem Detektor (27) zur Ableitung eines ersten elektrischen Signals, das einer Strahlung entspricht, die durch das erste Filter hindurchgeht und durch den Detektor gemessen wird und einem Detektor (28) zur Ableitung eines zweiten elektrischen Signals verbunden ist, das einer Strahlung entspricht, die vom Detektor gemessen wird und durch die zweite Filtervorrichtung hindurchgeht, weiterhin eine Vorrichtung (29) zur Ermittlung der Differenz zwischen dem ersten und zweiten elektrischen Signal und außerdem eine Anzeigevorrichtung für die Ausgange- ~ größe (30) aufweist, die auf dieses Differenzsignal anspricht. "

I¹K Apparat nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet , daß die inneren und äußeren Kanten der kreisförmigen Schlitze konzentrische Ringe sind, so daß eine konstante Schlitzbreite und eine Freilegung der Filter erhalten wird, wenn die Scheibe rotiert wird und die synchronisierte elektrische Anzeigevorrichtung aus Spitzen-Detektoren besteht, die eine Zeitkonstante aufweisen, die wesentlich größer ist als die Geschwindigkeit der Unterbrechung der Belichtung, so daß ein elektrisches Ausgangssignal erhalten wird, das unabhängig von geringfügigen Schwankungen der Belichtungsdauer ist. μ

15· Apparat zur Analyse von Äthylalkoholdampf in Luft, gekennzeichnet durch

a) eine IR-Strahlungsquelle (10);

b) ein Banddurchlaßfilter (I¹J), das mit dieser Strahlungsquelle verbunden ist und die Strahlung auf ein Band beschränkt, das sich bei einem Durchlässigkeitspunkt von 5 % auf etwa 1200 bis 800 Wellenzahlen erstreckt;

c) ein erstes Analyse-Filter (¹Il) aus einem Polytrifluormonochloräthylenfilm, der einen Lichtdurchlässigkeits-Peak bei etwa 1070 Wellenzahlen hat und mit dem Ausgang des

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Banddurchlaßfilters verbunden ist;

d) ein Bezugsfilter (Ί0), bestehend aus einem natürlichen Filter aus einem Vinylidenchlorid-Vinylchlorid-Copolymer, das einen Lichtdämpfungsbereich in der Nähe von 1070 Wellenzahlen ergibt;

e) eine Absorptionskammer (12), in welche der Dampf eingeführt und der durch das Analyse- und Bezugsfilter hindurchgehenden Belichtung ausgesetzt wird;

f) eine Vorrichtung zum Vergleich der relativen Dämpfung der Strahlung in dieser Kammer durch die betreffenden Filter.

16. Apparat nach Anspruch 15> dadurch gekennzeichnet , daß das Bandpaßfilter aus einem Naturfilter aus kristallinem Calciumfluorid und einem Langwellenpaß-Interferenzfilter besteht, das einen Grenzwert bei etwa 1200 Wellenzahlen aufweist.

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