DE60213231T2

DE60213231T2 - Heizvorrichtung für optischen gassensor

Info

Publication number: DE60213231T2
Application number: DE60213231T
Authority: DE
Inventors: G. Raymond Seattle DAVIS
Original assignee: Respironics Inc
Current assignee: Respironics Inc
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2022-06-01
Also published as: EP1395177B1; WO2002096290A1; US6888101B2; US20030006223A1; EP1395177A1; DE60213231D1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Vorrichtung für die Zuführung von Energie zu optischen Fenstern diagnostischer Geräte und im Besonderen zu Vorrichtungen, welche optische Fenster von Gasanalysegeräten beheizen. Im Besonderen betrifft die vorliegende Erfindung Heizvorrichtungen für den Einsatz bei optischen Fenstern von Atemgasanalysegeräten, welche für einen im Wesentlichen unbehinderten Strahlengang durch diese optischen Fenster sorgen.
DER ERFINDUNG ZUGRUNDELIEGENDER ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Verschiedene Arten von Sensoren, die für die Verbindung mit dem Luftweg eines Patienten gestaltet sind, um das Messen von Mengen an Substanzen, wie zum Beispiel Gase oder Dämpfe in der Atmung des Patienten zu ermöglichen, sind auf dem Fachgebiet wohlbekannt. Gleichfalls sind Verfahren auf dem Fachgebiet wohlbekannt, mit denen die Menge verschiedener Substanzen in der Atemluft des Patienten gemessen werden kann.
Hauptstrom-Sensoren sind typischerweise so gestaltet, dass sie an einem bestimmten Punkt entlang der Länge eines Atmungskreislaufes verbunden werden können. Somit passieren, wenn der Patient atmet, Atemgase und Dämpfe, die in den Atmungskreislauf hinein oder aus diesem heraus fließen, direkt einen Hauptstrom-Sensor. Demgemäß kann ein wesentlicher Teil der Atemgase des Patienten in den vom Sensor erhaltenen Messwert einbezogen werden.
Im Gegensatz dazu schließen Nebenstrom-Sensoren, anstatt dass sie so positioniert sind, dass Atemgase den Sensor direkt passieren, typischerweise Probenahmeleitungen oder Leitungen mit einem kleinen Kaliber (d.h. Innendurchmesser) ein, die einen Atmungskreislauf "anzapfen", um mit diesem an einem bestimmten Punkt entlang der Länge desselben in Verbindung zu kommen. Diese kleinkalibrigen Probenahmeleitungen entnehmen kleine Proben der Atemgase des Patienten aus dem Atmungskreislauf. Die Proben werden dann zu einem Sensor verbracht (zum Beispiel eine Küvette), der sich entfernt vom Atmungskreislauf befindet. Messwerte werden dann erhalten, um die Mengen von einer oder mehr Substanzen zu bestimmen, die in der Probe vorliegen.
Beispielhaft können Atemsensoren, wie diejenigen, die oben beschrieben werden, genutzt werden, um die Mengen an molekularem Sauerstoff (O₂), Kohlendioxid (CO₂) und Anästhetika, zum Beispiel Lachgas (N₂O) zu bestimmen, die bei der Atmung eines Patienten vorliegen. Diese Gasanalysen sind bei einer Reihe anderer medizinischer Verfahren von Nutzen, welche uneingeschränkt die Überwachung des Zustandes eines Patienten in kritischem Zustand oder auf der Intensivstation einschließen, bei Herzbelastungstests einer Person, wenn sie Belastungsübungen (typischerweise auf einem Laufband) ausführt, und bei anderen Tests für die Überwachung des Gesundheitszustandes einer Person, oder dergleichen.
Ein beispielhafter, herkömmlicher Hauptstrom-Gassensor umfasst einen so genannten "Luftweg-Adapter", der eine Küvette einschließt und der für die Verbindung mit einem Atmungskreislauf gestaltet ist. Eine Küvette eines solchen Luftweg-Adapters schließt eine Kammer mit einem Paar einander gegenüberliegender, im Wesentlichen axial ausgerichteter optischer Fenster ein, welche einen Probenflussweg durch den Luftweg-Adapter hindurch flankieren. Die Fenster haben eine große Durchlässigkeit für Strahlung in zumindest einem Abschnitt des elektromagnetischen Spektrums, während sie eine luftdichte Versiegelung im Atmungskreislauf aufrechterhalten. Für die Infrarotgasanalyse lässt das Material, aus welchem die Fenster ausgebildet sind, einen Teil des Spektrums der elektromagnetischen Strahlung durch, welcher der Wellenlänge oder den Wellenlängen der Infrarotstrahlung entspricht.
En optisches Gasüberwachungsverfahren, welches seit langem eingesetzt wird, um das Feststellen und Überwachen von Gasen, wie zum Beispiel O₂, CO₂ und N₂O und anderer Anästhetika zu ermöglichen, ist Infrarotabsorption. Bei Infrarotabsorptionsverfahren wird Infrarotstrahlung von einer oder mehr Wellenlängen und von bekannter Intensität in einen Strom von Atemgasen hinein geleitet. Die Wellenlänge oder die Wellenlängen dieser Strahlung werden auf der Grundlage des Gases oder der Gase, die analysiert werden, ausgewählt, die jeweils eine oder mehr spezielle Wellenlängen der Strahlung absorbieren. Die Intensität der Strahlung, die durch den Strom von Atemgasen hindurch geht, typischerweise als "gedämpfte Strahlung" bezeichnet, wird gemessen und mit der bekannten Intensität der Strahlung verglichen, die in den Strom hinein geleitet worden war. Dieser Vergleich von Intensitäten stellt Informationen zum Umfang der Strahlung jeder Wellenlänge bereit, die von jedem analysierten Gas absorbiert wird. Andererseits werden Informationen in Bezug auf die Menge (d.h. die Konzentration oder den Anteil) jedes analysierten Gases, das in der Atmung des Patienten vorhanden ist, bereitgestellt.
Wenn Gassensoren des Infrarottyps zum Einsatz kommen, werden die Atemgase einer Person typischerweise mit Hilfe einer Nasenkanüle oder eines Endotrachealtubus entlang eines Atmungskreislaufes zu einer Küvette geleitet, die mit diesem in Verbindung steht. Wenn der Patient nicht in der Lage ist, selbständig zu atmen, kann ein mechanisches Beatmungsgerät mit einem entgegengesetzten Ende des Atmungskreislaufes verbunden werden. Atemgase werden entlang eines festgelegten Probenflussweges geleitet, der durch die Küvette hindurch geht und einen Strahlengang zwischen einer Infrarotstrahlenquelle und einem Infrarotstrahlendetektor bereitstellt. Bei einigen Küvetten können die Quelle und der Detektor abnehmbar mit der Küvette verbunden sein.
Ein weiteres bekanntes optisches Gasüberwachungsverfahren wird als "Luminiszenzauslöschung" bezeichnet. Luminiszenzauslöschung wird eingesetzt, um die Menge an Sauerstoff und von anderen gasförmigen oder verdampften Materialien in Atemproben und in anderen Gas- und/oder Dampfgemischen zu messen. Typischerweise erfordert das Luminiszenzauslöschen die Emission von Anregungsstrahlung aus einer Quelle hin zu einem lumineszierenden Material.
Das lumineszierende Material hat eine Luminiszenzchemie, deren Luminiszenz speziell durch eine oder mehr Arten gasförmiger oder verdampfter Materialien, die gemessen werden können (zum Beispiel Sauerstoff, ein Anästhetikum, etc.), ausgelöscht werden kann. Die Anregungsstrahlung, der das lumineszierende Material ausgesetzt wird, bewirkt, dass das Material angeregt wird und eine elektromagnetische Strahlung abgibt, die eine andere Wellenlänge hat als die Anregungsstrahlung. Das Vorhandensein von einem oder mehr in Frage kommenden Materialien löscht das lumineszierende Material aus. In anderen Worten, wenn ein in Frage kommendes Luminiszenzauslöschungsgas oder ein Luminiszenzauslöschungsdampf vorliegt, wird die Strahlungsmenge, die vom lumineszierenden Material abgegeben wird, verringert. Die Menge der vom lumineszierenden Material abgegebenen Strahlung und die Geschwindigkeit, mit der diese Strahlung ausgelöscht wird, werden von einem Detektor gemessen und mit der Strahlenmenge verglichen, die vom lumineszierenden Material abgegeben wird und mit der Geschwindigkeit, mit der die Lumineszenz des lumineszierenden Materials beim Nichtvorhandensein von in Frage kommenden Lumineszenzauslöschungsgas oder -gasen ausgelöscht wird. Dieser Vergleich ermöglicht eine Bestimmung der Menge des einen erfassten Luminiszenzauslöschungsgases oder von mehr desselben (zum Beispiel in der Atmung eines Patienten), denen das lumineszierende Material ausgesetzt wird.
Wenn zum Beispiel Luminiszenzauslöschung eingesetzt wird, um die Menge von Sauerstoff in einer Atemprobe zu messen, wird zunächst ein geeignetes lumineszierendes Material (d. h. bei dem zumindest eine Wellenlänge der Lumineszenz aus- gelöscht wird, wenn es Sauerstoff ausgesetzt wird), zur Lumineszenz angeregt. Wird das lumineszierende Material O₂ ausgesetzt, wird dessen Lumineszenz ausgelöscht. Die Menge der Auslöschung ist indikativ für die Menge des in einem Gasgemisch vorliegenden Sauerstoffs, dem das lumineszierende Material ausgesetzt wird. Somit entspricht die Rate der Verringerung der Menge der Lumineszenz, oder der Auslöschung der Lumineszenz des lumineszierbaren Materials (d.h. die Intensität der von diesem abgegebenen elektro magnetischen Strahlung) der Menge an O₂ (zum Beispiel Anteil oder Konzentration eines Gasgemischs), dem das lumineszierende Material ausgesetzt wurde.
Wenn Luminiszenzauslöschungsverfahren mit Hauptstrom-Luftwegadaptern zum Einsatz kommen, wie zum Beispiel die oben in Bezug auf Hauptstrom-Infrarotgasanalysegeräte beschriebenen Verfahren, befindet sich das lumineszierende Material innerhalb des Luftwegadapters, und es kann angrenzend an ein optisches Fenster desselben positioniert sein oder anderweitig durch dieses hindurch ausgesetzt werden. Demgemäß muss das Material des Fensters eine Strahlung von zumindest einer Wellenlänge, die geeignet ist dafür, das lumineszierende Material anzuregen, und eine Wellenlänge, die von einem analysierten Material ausgelöscht wird, mit einer Wirksamkeit durchlassen, die für eine genaue Bestimmung einer Menge des analysierten Materials ausreicht.
Die Geschwindigkeit, bei der die Lumineszenzauslöschung eintritt, wenn ein lumineszierendes Material einem analysierten Material ausgesetzt wird, ist eine starke Funktion der Temperatur des lumineszierenden Materials und somit einer dünnen Schicht oder eines anderen Substrats, auf welchen das lumineszierende Material getragen wird. Es ist daher wünschenswert, eine Änderung bei der Temperatur des tragenden Substrats entweder zu steuern oder auszugleichen.
Typischerweise liegen die eingeatmeten Gase, die in einen Atmungskreislauf eintreten, in der Nähe der Körpertemperatur und enthalten eine beträchtliche Menge Feuchtigkeit. Ein Problem, welches sich beim Einsatz von herkömmlichen Gassensoren ergeben hat, ist die Ansammlung von Feuchtigkeit auf den optischen Fenstern, die Kondensation oder das Beschlagen derselben hervorruft. Dieses Beschlagen oder die Kondensation führen zu einem Hindernis für das Durchlassen der geeigneten Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums und können somit zu ungenauen Messwerten führen.
Um dieses Problem zu mildern, wird Feuchtigkeit (zum Beispiel Wasserdampf) typischerweise aus Atemgasen bei der Nebenstrom-Probenahme mit Hilfe von Wasserabscheidern oder dergleichen entfernt, ausgebildet aus feuchtigkeitsabsorbierenden Materialien, wie zum Beispiel NAFION^®, einem Material, welches hydrophile Bereiche einschließt. Andererseits werden bei den Hauptstrom-Gassensoren die optischen Fenster typischerweise beheizt, um zu verhindern, dass sich Feuchtigkeit auf diesen ansammelt.
Die optischen Fenster der Hauptstrom-Gassensoren werden typischerweise mit Hilfe von Heizvorrichtungen, die diesen zugeordnet sind, beheizt. Beispielsweise kann eine Heizvorrichtung einen Aluminiumblock umfassen, der mit einem Wärmekondensator oder einem anderen elektrischen Heizelement in Verbindung steht, um von diesen Wärme zu erhalten. Eine herkömmliche Heizvorrichtung kann dem Rand des optischen Fensters zugeordnet sein oder in Nachbarschaft zum Fenster platziert sein. Um eine Blockierung des Strahlengangs durch das Fenster hindurch zu vermeiden, muss eine solche Heizvorrichtung ein Fenster indirekt beheizen. Als Folge des indirekten Beheizens eines Abschnitts eines optischen Fensters, durch welches hindurch Messwerte erlangt werden sollen, ist es schwierig, die Temperatur jenes Bereiches des Fensters zu steuern sowie die Fenstertemperatur zu überwachen und erforderlichenfalls schnell anzupassen.
Demgemäß wäre ein Heizverfahren, welches einem Element einer optischen Gasabtasteinrichtung (zum Beispiel einem optischen Fenster) Wärme direkt zuführt, ohne die optischen Eigenschaften der optischen Gasabtasteinrichtung wesentlich zu beeinträchtigen, von Vorteil.
Eine Sensoranordnung für das optische Messen von Gaskomponenten wird im US Patent 5,092,342, erteilt an Hattendorf et al (nachstehend "Hattendorf" genannt), beschrieben. Der Sensor schließt ein Gehäuse ein, welches einen Sender, einen Empfänger und optische Elemente für das Richten von Infrarotstrahlen vom Sender und zum Empfänger einschließt. Zusätzlich schließt das Gehäuse des Hattendorf-Sensors eine beheizbare Haltevorrichtung für eine Messküvette ein. Die beheizbare Haltevorrichtung schließt ein Fenster ein, wel ches so gestaltet ist, dass es mit einer Oberfläche der Messküvette in Kontakt kommen kann oder in extrem enger Nachbarschaft zu dieser positioniert werden kann, sowie eine Heizvorrichtung in Kontakt mit dem Fenster, um Wärme auf einen angrenzenden Abschnitt der Messküvette zu übertragen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden eine Heizvorrichtung zum Einsatz auf einem optischen Gassensor, der zumindest ein Fenster aufweist, ein optischer Sensor und ein Verfahren für das Beheizen des optischen Fensters eines Gassensors bereitgestellt, wie in den beigefügten unabhängigen Ansprüchen definiert wird, auf welche jetzt Bezug genommen werden sollte. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in den beigefügten abhängigen Ansprüchen definiert, auf welche jetzt ebenfalls Bezug genommen werden sollte.
Die vorliegende Erfindung schließt eine Heizvorrichtung ein, die auf einem Fenster eines optischen Gassensors eingesetzt werden kann. Die Heizvorrichtung ist im Wesentlichen für eine oder mehr Wellenlängen elektromagnetischer Strahlung durchlässig, wie diejenigen, die bei der Infrarotüberwachung von Atemgasen, Anästhetika oder dergleichen verwendet werden oder für relevante Wellenlängen elektromagnetischer Strahlung, die eingesetzt werden, um ein besonderes lumineszierendes Material anzuregen oder die von diesem ausgegeben wird.
Beispielsweise kann die Heizvorrichtung ein Heizelement einschließen, das aus einem elektrisch oder thermisch leitfähigen Material ausgebildet ist oder wird. Darüber hinaus hat das Material des Heizelements eine hohe Durchlässigkeit für eine oder mehr Wellenlängen elektromagnetischer Strahlung, die bei einem optischen Abtastverfahren eingesetzt werden sollen, das für das Analysieren eines besonderen gasförmigen oder verdampften Materials geeignet ist (d. h. ausreichend für eine genaue Messung desselben). Die Durchlässigkeit des Heizelements für diese Wellenlängen der Strahlung reicht vorzugsweise dafür aus, für Messwerte zu sorgen, die verwendet werden können, um die Menge des analysierten Materials in einer Probe genau zu bestimmen.
Eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung kann ebenfalls ein temperaturleitendes Element umfassen. Das temperaturleitende Element kann mit dem Heizelement oder mit einer durch das Heizelement beheizten Struktur in Verbindung stehen. Somit ermöglicht das temperaturleitende Element die Überwachung der Temperatur des Abschnitts des Heizelements oder einer anderen Struktur, mit welcher es in Verbindung steht. In ähnlicher Weise wie das Heizelement kann das temperaturleitende Element aus einem elektrisch oder thermisch leitfähigen Material ausgebildet sein. Falls gewünscht, kann das Material des temperaturleitenden Elements ebenfalls eine hohe Durchlässigkeit für die eine oder mehr Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung aufweisen, die bei dem optischen Abtastverfahren zum Einsatz kommen sollen. Es ist jedoch nicht erforderlich, dass das temperaturleitende Element entlang eines Strahlengangs der einen oder mehr Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung positioniert wird, und somit kann das temperaturleitende Element im Wesentlichen durchlässig für relevante Wellenlängen sein oder nicht.
Bei einer anderen Ausführungsform kann das Material des Heizelements selbst das Fenster des optischen Gassensors ausbilden. Demgemäß kann das optische Fenster aus einem elektrisch oder thermisch leitfähigen Material ausgebildet sein, das eine hohe Durchlässigkeit für eine oder mehr Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung aufweist, die bei dem in Frage kommenden optischen Abtastverfahren zur Anwendung kommen sollen.
Ein im Wesentlichen unbehinderter Strahlengang durch das Fenster eines Gassensors hindurch kann ebenfalls durch die Gestaltung des Heizelements bereitgestellt werden. Das Heizelement kann zum Beispiel ein durchgängiges Element von einer Gestaltung sein, die im Wesentlichen der Gestaltung des äußeren Umkreises des Fensters nahe kommt, jedoch kleinere Abmaße als der äußere Umkreis des Fensters hat, und einen im Wesentlichen unbehinderten Strahlengang durch den Mittelabschnitt des Fensters und des Heizelements bereitstellt. Alternativ kann das Heizelement eine Vielzahl von Elementabschnitten umfassen, die zusammenwirken, um Energie zum Fenster zu übertragen. Das Heizelement kann zum Beispiel aus zwei L-förmigen Abschnitten oder C-förmigen Abschnitten bestehen, die so positioniert sind, dass die Scheitelpunkte bzw. die Mittelabschnitte derselben sich in der Nähe von einander gegenüber liegenden Abschnitten des Fensters befinden. Das Heizelement kann aus einem elektrisch und thermisch leitfähigen Material ausgebildet sein.
Gassensoren, welche eine Heizvorrichtung einschließen, die Lehren der vorliegenden Erfindung inkorporiert, befinden sich ebenfalls innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung. Lediglich beispielhaft kann die Heizvorrichtung auf jeder Art von optischen Gassensoren eingesetzt werden, was unbeschränkt Sensoren einschließt, die Infrarot- und Lumineszenzauslöschungsüberwachungsverfahren einsetzen.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für die Fachleute durch eine Betrachtung der nachfolgenden Beschreibung, der beigefügten Zeichnungen und der beigefügten Ansprüche offensichtlich werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Bei den Zeichnungen, welche beispielhafte Ausführungsformen einer Heizvorrichtung und eines Gassensorgerätes, die Lehren der vorliegenden Erfindung inkorporieren, und bei denen gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Teile in den verschiedenen Ansichten beziehen, zeigt:
1 eine Draufsicht eines optischen Fensters, welche ein Heizelement und ein temperaturleitendes Element auf diesem veranschaulicht;
2 eine Querschnittsdarstellung, welche eine erste Art der Gassensoranordnung zeigt und eine Heizvorrichtung auf einem optischen Fenster des Sensors darstellt;
3 eine Teil-Querschnittsdarstellung einer zweiten Art des Gassensors, die eine Heizvorrichtung auf entgegengesetzten optischen Fenstern des Sensors zeigt;
4 eine Querschnittsdarstellung einer anderen Ausführungsform einer Gassensoranordnung, bei welcher eine Heizvorrichtung von einer Transducerkomponente an einem Ort getragen wird, der die Heizvorrichtung angrenzend an ein Fenster eines Gassensors positioniert, wenn der Transducer und der Gassensor nach dem Zusammenbau platziert werden;
5 eine Draufsicht eines optischen Fensters, das ein Heizelement und ein temperaturleitendes Element auf diesem gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist;
6 eine Draufsicht eines optischen Fensters, das ein Heizelement und ein temperaturleitendes Element auf diesem gemäß noch einer anderen alternativen Gestaltung aufweist;
7 eine Draufsicht eines optischen Fensters, das ein Heizelement und ein temperaturleitendes Element gemäß noch einer weiteren anderen alternativen Gestaltung aufweist;
8A eine Draufsicht noch einer weiteren alternativen Gestaltung, wobei ein Heizelement und eine temperaturleitende Komponente auf einem Fenster getragen werden, die an einem optischen Gassensor oberhalb und angrenzend an ein Fenster desselben befestigt sein können; und
8B eine Draufsicht des Fensters von 8A, welche eine Schutzabdeckung über der Temperaturmesskomponente desselben zeigt.
BESTE WEISE(N) FÜR DIE AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Fenster 12 eines optischen Gassensors 10 veranschaulicht. Eine Heizvorrichtung 14, welche ein Heizelement 16 einschließt, ist über einem Abschnitt des Fensters 12 und über einem Strahlengang durch dieses hindurch positioniert, welcher in 1 quer zur Ebene des Blattes verläuft. Die Heizvorrichtung 14 schließt ebenfalls ein temperaturleitendes Element 18 ein, das sich über einen Teil des Fensters 12 erstreckt. Es versteht sich für die Fachleute auf dem entsprechenden Fachgebiet, dass das Heizelement 16 mit dem temperaturleitenden Element 18 oder ohne dieses eingesetzt werden kann.
Das Heizelement 16 ist aus einem im Wesentlichen durchlässigen leitfähigen Material ausgebildet, wie zum Beispiel leitfähiges Metalloxid (zum Beispiel Zinoxid, Indiumzinnoxid (ITO), Antimonzinnoxid (ATO), Zinkoxid, Indiumzinkoxid (IZO), etc.), Cadmiumsulfid, Zinkoxyfluorid, Platindraht oder dergleichen. Das Heizelement 16 kann einen Widerstand und eine Dicke aufweisen, die in der den Fachleuten auf dem entsprechenden Fachgebiet bekannten Weise so gesteuert werden können, dass das Heizelement 16 den gewünschten Abschnitt oder die gewünschten Abschnitte des Fensters 12 adäquat beheizen kann. Des Weiteren kann das Heizelement 16 eine Durchlässigkeit aufweisen, die ausreicht, um Licht durch dieses so hindurch zu lassen, dass genaue Messwerte erhalten werden können. Dies ist den Fachleuten ebenfalls bekannt.
Wie hierin verwendet, bedeutet "im Wesentlichen durchlässig" die Fähigkeit eines leitfähigen Materials, eine oder mehr Wellenlängen elektromagnetischer Strahlung, die bei einem besonderen optischen Gasabtastverfahren (zum Beispiel Infrarotabtasten oder Lumineszenzauslöschung) eingesetzt werden, in einem Maße durchzulassen, welches die genaue Bestimmung der Menge von besonderen gasförmigen oder verdampften Materialien (zum Beispiel O₂, CO₂, N₂O, ein Anästhetikum etc.) in einer Probe ermöglicht. Demgemäß ist es nicht erforderlich für ein leitfähiges Material, dass es vollständig durchlässig für die entsprechenden Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung ist, um "im Wesentlichen durchlässig" zu sein. Für eine Gasanalyse auf Lumineszenzbasis schließen beispielhafte leitfähige Materialien, die verwendet werden können, um das Heizelement 16 auszubilden, uneingeschränkt ITO UND ATO ein. Sowohl ITO als auch ATO haben Durchlässigkeiten von mehr als 80 % in den entsprechenden sichtbaren Licht- und Nahe-Infrarot-Bereichen des elektromagnetischen Spektrums. In ähnlicher Weise haben beispielhafte Materialien des Heizelements 16, wenn Infrarotabtastverfahren genutzt werden, eine ausreichende Durchlässigkeit oder ein Durchlässigkeitsvermögen für die eine oder mehr Wellenlängen der Infrarotstrahlung, die geeignet sind für das Analysieren von einem oder mehr gasförmigen oder verdampften in Frage kommenden Materialien.
Das Heizelement 16 kann ein längliches Element mit einer nicht-linearen Gestaltung sein, wie zum Beispiel die alternierende Schlangenlinien-Gestaltung, die in 1 veranschaulicht wird. Diese nicht-lineare Gestaltung des Heizelements 16 ermöglicht zusammen mit einer im Wesentlichen einheitlichen Breite des Heizelement 16 die gesteuerte Abgabe einer gewünschten Wärmemenge an das Fenster 12 und/oder an eine andere Struktur angrenzend an das Heizelement 16. Alternativ kann das Heizelement 16 ein im Wesentlichen lineares Element umfassen.
Elektrische Anschlüsse 17a und 17b sind entlang des Heizelements 16 so positioniert (und werden an oder nahe gegenüberliegenden Enden derselben gezeigt), dass das Heizelement 16 mit einer elektrischen Stromquelle 20 in Verbindung stehen kann. Wenn dem Heizelement 16 ein elektrischer Strom über die Anschlüsse 17a und 17b zugeführt wird, erzeugt das Heizelement 16 Wärme, deren Menge, zumindest zum Teil, von der Widerstandsfähigkeit des im Wesentlichen durchlässigen leitfähigen Materials des Heizelements 16 abhängt. Beispielsweise kann ITO mit einer Widerstandsfähigkeit von zirka einem Ohm pro Quadratzentimeter (Ω/cm²) bis zirka 2000 Ω/cm² ausgebildet werden. Während der Ausbildung kann die Widerstandsfähigkeit von ITO bis innerhalb von zirka 5% eines gewünschten Wertes gesteuert werden. Die Temperatur des Heizelements 16 und somit des Substrats, dem das Element 16 zugeordnet ist, kann ebenfalls durch die Änderung der durch die Quelle 20 auf dieses aufgebrachten Menge an elektrischem Strom geändert werden.
Das temperaturleitende Element 18 kann ebenfalls ein längliches Element mit einer nicht-linearen Gestaltung sein, wie zum Beispiel die alternierende Schlangenlinien-Gestaltung, die in 1 gezeigt wird. Wie dargestellt wird, ist das temperaturleitende Element 18 in der Nähe des Heizelements 16 positioniert, kommt jedoch nicht in Kontakt mit dem Heizelement. Das temperaturleitende Element 18 steht dennoch in thermischer Verbindung mit einem Abschnitt des Fensters 12, das durch das Heizelement 16 beheizt wird. Die Anschlüsse 19a und 19b sind entlang der Länge des temperaturleitenden Elements 18 positioniert (und werden an entgegengesetzten Enden desselben oder nahe denselben gezeigt), um die Verbindung zwischen dem temperaturleitenden Element 18 und einer Temperaturmesskomponente 22, wie zum Beispiel ein Thermoelement, ein Thermistor oder eine temperaturerfassende Halbleitervorrichtung, wie zum Beispiel diejenigen, die bei der National Semiconductor Corporation, Santa Clara, Kalifornien erhältlich sind, zu ermöglichen. Die Temperaturmesskomponente 22 kann entfernt vom Fenster 12 positioniert sein, wie dargestellt wird, oder auf oder nahe dem Fenster 12.
Das temperaturleitende Element 18 und die Temperaturmesskomponente 22 können einen Widerstand und eine Dicke aufweisen, die, wie es den Fachleuten auf dem entsprechenden Fachgebiet bekannt ist, so gesteuert werden können, dass das temperaturleitende Element 18 und die Temperaturmesskomponente 22 die Temperatur des gewünschten Abschnitts oder der Abschnitte des Fensters 12 angemessen leiten bzw. messen können. Des Weiteren können das temperaturleitende Element 18 und die Temperaturmesskomponente 22 eine Durchlassfähigkeit haben, die ausreicht, damit Licht durch diese so hindurchgehen kann, dass genaue Messwerte erzielt werden können. Dies ist ebenfalls den Fachleuten bekannt. Das Heizelement 16 und das temperaturleitende Element 18 können beide ausgebildet werden, indem das im Wesentlichen durchlässige leitfähige Material derselben aufgebracht wird. Beispielsweise kann das im Wesentlichen durchlässige leitfähige Material des Heizelements 16 und/oder des temperaturleitenden Elements 18 mit Hilfe von physikalischen Bedampfungsverfahren (zum Beispiel Hochfrequenz-(rf)-Zerstäubung, Magnetron-Zerstäubung, Gleichstrom (DC)-Zerstäubung, reaktive Ionenstrahl-Zerstäubung, etc.) aufgebracht werden. Diese Verfahren können eingesetzt werden, um ein Heizelement 16 und/oder ein temperaturleitendes Element 18 auf einer breiten Palette von Substratmaterialien auszubilden, unbeschränkt einschließend Quarz, Saphir, Glas und Kunststoffe. Wenn das im Wesentlichen durchlässige leitfähige Material aufgebracht wird, können bekannte Musterbildungs-Verfahren, wie zum Beispiel diejenigen, die bei Verfahren der Herstellung von Halbleiterbauelementen eingesetzt werden (zum Beispiel Verwendung einer Photomaske und eines geeigneten Ätzmittels), eingesetzt werden, um die Musterbildung auf der aufgebrachten Schicht leitfähigen Materials vorzunehmen, um ein Heizelement 16 und/oder ein temperaturleitendes Element 18 der gewünschten Gestaltung auszubilden.
Alternativ können das Heizelement 16 und das temperaturleitende Element 18 vorgeformte Strukturen umfassen, die auf dem Fenster 12 positioniert und an diesem befestigt werden. Als noch eine weitere Alternative kann das im Wesentlichen durchlässige leitfähige Material des Heizelements 16 das Fenster 12 oder einen Abschnitt desselben ausbilden.
Ein im Wesentlichen unbehinderter Strahlengang durch ein Fenster eines optischen Gassensors kann zusätzlich dadurch bereitgestellt werden, dass eine Heizvorrichtung über lediglich einem Abschnitt des Fensters positioniert wird. Beispielsweise kann eine Heizvorrichtung, die ein im Wesentlichen durchlässiges Heizelement einschließt, eine Gestaltung aufweisen, die im Wesentlichen der Gestaltung eines äußeren Umkreises des Fensters nahe kommt, jedoch kleinere Abmaße als der äußere Umkreis des Fensters aufweist und für einen im Wesentlichen unbehinderten Strahlengang durch zumindest einen Mittelabschnitt des Heizelements sorgt.
Alternativ kann das Heizelement eine Vielzahl von Elementabschnitten aufweisen, die zusammenwirken, um Energie zum tragenden Substrat des Fensters zu übertragen. Das Heizelement 16 kann zum Beispiel unter Bezugnahme auf 5 zwei L-förmige Abschnitte 16' aufweisen, die so positioniert sind, dass die jeweiligen Scheitelpunkte der Abschnitte sich in der Nähe von diagonal entgegengesetzten Abschnitten des Fensters 12 befinden. Bei einer weiteren Gestaltung kann das Heizelement 16 aus zwei gegenüberliegenden C-förmigen Abschnitten 16" bestehen, die so positioniert sind, dass die Mittelabschnitte derselben sich in der Nähe von gegenüberliegenden Seiten des Fensters 12 befinden, wie in 6 veranschaulicht wird, und die Öffnungen der "C" dem Mittelabschnitt des Fensters 12 zugewandt sind. Bei noch einer weiteren Ausführungsform kann das Heizelement 16 eine Vielzahl von im Wesentlichen linearen Elementabschnitten 16''' umfassen, wie in 7 gezeigt wird. Jeder Elementabschnitt 16''' kommt im Wesentlichen einer Umkreisdimension des Fensters 12 nahe, wie gezeigt wird.
Da die Heizelemente direkt auf einem Abschnitt des Fensters positioniert werden, anstatt an einem äußeren Rand desselben oder lediglich in der Nähe desselben, kann, im Gegensatz zu Vorrichtungen des Standes der Technik, die Temperatur des Abschnitts des Fensters, durch welches hindurch sich der Strahlengang erstreckt, angemessen überwacht oder gesteuert werden.
Für die Fachleute wird es verständlich und klar sein, dass jede beliebige Anzahl von Gestaltungen des Heizelements eingesetzt werden kann, um die Gestaltungen der Heizvorrichtung der vorliegenden Erfindung auszubilden, solange wie ein unbehinderter Strahlengang, der sich durch das Fenster 12 hindurch erstreckt, bereitgestellt wird. Bei jeder der Ausführungsformen von Heizelementen, die in 5 bis 7 dargestellt werden, erstreckt sich der Strahlengang durch einen im Wesentlichen zentralen Abschnitt des Heizelements. Es können jedoch ebenfalls Gestaltungen der Heizelemente zum Einsatz kommen, bei denen sich der Strahlengang außerhalb des zentralen Abschnitts befindet, zum Beispiel oberhalb oder unterhalb des zentralen Abschnitts eines solchen Heizelements. Alle diese alternativen Gestaltungen werden als innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung befindlich betrachtet.
Heizelemente 16 schließen elektrische Anschlüsse 17 ein, die so positioniert sind, dass ein jedes solches Heizelement 16 mit einer elektrischen Stromquelle 20 in Verbindung stehen kann. Wenn dem Heizelement 16 über die Anschlüsse 17 elektrischer Strom zugeführt wird, erzeugt der vom Heizelement 16 ausgehende Widerstand Wärme, deren Menge, zumindest zum Teil, von der elektrischen Widerstandsfähigkeit des Materials des Heizelements abhängt. Die Temperatur des Heizelements 16 und damit eines Substrats, wie zum Beispiel des Fensters 12, dem das Element 16 zugeordnet ist, kann ebenfalls verändert werden, indem die Menge des elektrischen Stroms, der diesem durch eine elektrische Stromquelle (nicht gezeigt) zugeführt wird, verändert wird.
Falls dies gewünscht wird, können die Heizvorrichtungen 16 ebenfalls ein temperaturleitendes Element 18 einschließen, das sich über einem Abschnitt des Fensters 12 in Nachbarschaft zum Heizelement 16 erstreckt und in thermischer Verbindung mit dem Heizelement 16 eines Abschnitts des Fensters 12 steht, der durch das Heizelement 16 beheizt wird. Ein oder mehr temperaturleitende Elemente werden jeweils in 5 bis 7 gezeigt. Die Anschlüsse 19 sind entlang der Länge des temperaturleitenden Elements 18 positioniert, um die Verbindung zwischen dem temperaturleitenden Element 18 (gezeigt an oder nahe entgegengesetzten Enden jedes Abschnitts 18') und einer Temperaturmesskomponente (nicht gezeigt), wie zum Beispiel ein Thermoelement oder eine temperaturerfassende Halbleitervorrichtung, zu ermöglichen.
Das Heizelement 16 und das temperaturleitende Element 18 können auf dem gewünschten Substrat (unbeschränkt einschließend Quarz, Saphir, Glas und Kunststoffe) durch Aufbringungsverfahren ausgebildet werden, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, zum Beispiel durch physikalische Bedampfungsverfahren. Alternativ können das Heizelement 16 und das temperaturleitende Ele ment 18 vorgeformte Strukturen umfassen, die auf dem Fenster 12 positioniert werden und an diesem befestigt werden.
Bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen können die Anschlüsse 17, 19 aus einem geeigneten, elektrisch leitfähigen Material und mit Hilfe bekannter Verfahren ausgebildet werden. Beispielsweise können die Anschlüsse 17, 19 aus dem gleichen Material wie ihr jeweiliges Heizelement 16 oder temperaturleitendes Element 18 und gleichzeitig mit deren Ausbildung ausgebildet werden. Alternativ können die Anschlüsse 17, 19 aus einem anderen Material als dem ausgebildet werden, aus welchem ihr entsprechendes Heizelement 16 oder temperaturleitendes Element 18 ausgebildet wird.
Unter Hinwendung zu 2 wird ein Abschnitt eines optischen Gassensors 30 gezeigt, der Luminiszenzauslöschungsverfahren einsetzt, wie zum Beispiel diejenigen, die in den U.S. 6,325,978 und U.S. 6,632,402 beschrieben werden. Der optische Gassensor 30 schließt ein Fenster 12 ein, auf welchem eine Heizvorrichtung 14 positioniert ist. Da das Fenster 12 eine nichtplanare Oberfläche aufweisen kann, wie zum Beispiel die gezeigte gekrümmte Oberfläche, können das Heizelement 16 (1 und/oder 5–7) und das temperaturleitende Element 18 (1 und/oder 5–7), so vorhanden, ebenfalls nichtplanar sein. Dementsprechend kann, wenn entweder das Heizelement 16 oder das temperaturleitende Element 18 ein vorgeformtes Element umfasst, das leitfähige Material derselben etwas flexibel sein, um die Übereinstimmung des Heizelements 16 oder des temperaturleitenden Elements 18 mit der Oberfläche des Fensters 12 zu ermöglichen. Ein enger Kontakt zwischen dem Heizelement 16 und dem Fenster 12 kann Energie erhalten und für eine bessere Steuerung der Temperatur des Fensters 12 und der an dieses angrenzenden Strukturen sorgen.
Der optische Gassensor 30 schließt ebenfalls ein Substrat 32 und eine Menge an lumineszierendem Material 34 ein, das vom Substrat 32 getragen wird, die einem Probenflussweg 31 und durch das Fenster 12 hindurch ausgesetzt werden, um die Analyse von einem oder mehr gasförmigen oder verdampften Mate rialien mit Hilfe von Lumineszenzauslöschungsverfahren zu ermöglichen. Die beispielhafte Positionierung des Heizelements 16 auf dem Fenster 12 ermöglicht das direktere Beheizen des Substrats 32 und somit des auf diesem befindlichen lumineszierenden Materials auf eine gewünschte Temperatur. Da sich das Heizelement 16 über dem Substrat 32 befindet, können Faktoren, die ansonsten die Temperatur des Substrats 32 und des lumineszierenden Materials 34 auf diesem ändern würden, wie zum Beispiel der Abkühleffekt von Gasen, die am Substrat 32 und dem lumineszierenden Material 34 vorbei fließen, einen verringerten Einfluss auf die Temperaturen des Substrats 32 und des lumineszierenden Materials 34 haben. Darüber hinaus kann die Positionierung des Heizelements 16 über dem Substrat 32 für eine bessere Kontrolle über die Temperaturen des Substrats 32 und des lumineszierenden Materials 34 sorgen als dies Heizvorrichtungen tun würden, die weiter entfernt positioniert sind.
Eine weitere Kontrolle über die Temperaturen des Substrats 32 und des lumineszierenden Materials 34 kann durch die Platzierung des temperaturleitenden Elements 18 über dem Fenster 12 bereitgestellt werden, da diese Positionierung des temperaturleitenden Elements 18 für eine genaue Angabe der Temperatur des Substrats 32 und somit des lumineszierenden Materials 34 auf diesem sorgen kann. Die Menge an Wärme, die dem Fenster 12 durch das Heizelement 16 zugeführt wird, kann angepasst werden (d.h. erhöht oder verringert werden), als Reaktion auf die Temperatur, die mit Hilfe eines Thermoelements, einer temperaturerfassenden Halbleiter-Vorrichtung, eines Thermistors oder einer anderen Temperaturmesskomponente 22 in Verbindung mit dem temperaturleitenden Element 18 gemessen wird. Diese Steuerung kann mit Hilfe eines Steuerelements 23 einer bekannten Art bereitgestellt werden, wie zum Beispiel ein Prozessor oder eine kleinere Gruppe von logischen Schaltungen.
Wie in 2 gezeigt wird, trägt ein Transducer 35, der für den Zusammenbau mit dem optischen Gassensor 30 gestaltet ist, eine Quelle 36 von zumindest einer Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung, welche das lumineszierende Material 34 anregt (d.h. Anregungsstrahlung) und einen Strahlungsdetektor 38, welcher zumindest eine Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung feststellt, die vom lumineszierenden Material 34 abgegeben wird (d.h. abgegebene Strahlung). Die Quelle 36 und der Strahlungsdetektor 38 werden vom Transducer 35 so getragen, dass, wenn der Transducer 35 und der optische Gassensor 30 zusammengebaut werden, die Quelle 36 und der Strahlungsdetektor 38 auf einer Seite des Fensters 12 positioniert werden, die dem lumineszierenden Material 34 entgegengesetzt ist, das so positioniert ist, um einer Probe ausgesetzt zu werden.
Der Transducer 35 kann ebenfalls erste elektrische Kontakte 37 einschließen, die in Verbindung mit der elektrischen Quelle 20 stehen und, wenn der optische Gassensor 30 ein temperaturleitendes Element 18 einschließt, zweite elektrische Kontakte 39, die mit der Temperaturmesskomponente 22 in Verbindung stehen. Die Kontakte 37 und 39 sind so auf dem Transducer 35 positioniert, dass sie in Kontakt mit entsprechenden Anschlüssen 17 bzw. 19 treten, wenn der optische Gassensor 30 und der Transducer 35 zusammengebaut worden sind. Wenn eine elektrische Verbindung zwischen den Kontakten 37 und den Anschlüssen 17 hergestellt wird, kann dem Heizelement 16 elektrischer Strom von der Quelle 20 über den Transducer 35 zugeführt werden. In ähnlicher Weise ermöglicht eine elektrische Verbindung zwischen den Kontakten 39 und den Anschlüssen 19 die Übermittlung von Signalen (zum Beispiel Wärme, elektrische Signale, etc.) vom temperaturleitenden Element 18 zur Temperaturmesskomponente 22. Das Fehlen einer geeigneten elektrischen Verbindung zwischen einem der Kontakte 37, 39 und deren entsprechendem Anschluss 17, 19 kann bewirken, dass die Heizvorrichtung 14 nicht arbeitet und kann ebenfalls anzeigen, dass die Quelle 36 und der Strahlungsdetektor 38 nicht ordnungsgemäß mit dem Fenster 12 ausgerichtet sind. Demgemäß kann ein Prozessor oder eine weniger komplexe Gruppe von logischen Schaltungen (nicht gezeigt), mit denen die verschiedenen elektronischen Komponenten des Transducers 35 in Verbindung stehen, (entweder durch Software oder Firmware) so programmiert werden, dass er ein Signal erzeugt, dass der optische Gassensor 30 und der Transducer 35 nicht ordnungsgemäß zusammengebaut sind.
Wenn die Anregungsstrahlung und die abgegebene Strahlung durch das Fenster 12 hindurch gehen, passieren sie ebenfalls jeweils das Heizelement 16. Somit ist das Material des Heizelements 16 im Wesentlichen durchlässig für die Anregungsstrahlung sowie für zumindest eine Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung, die vom lumineszierenden Material 34 abgegeben und bis zu einem Grad ausgelöscht wird, der indikativ für eine Menge einer analysierten Substanz ist, welcher das lumineszierende Material 34 ausgesetzt wurde. Wenn die Heizvorrichtung 14 ein temperaturleitendes Element 18 einschließt, durch welches eine oder beide der Anregungsstrahlung und der abgegebenen Strahlung übertragen werden können, kann das Material des temperaturleitenden Elements 18 ebenfalls im Wesentlichen durchlässig für diese Wellenlängen elektromagnetischer Strahlung sein.
Das Fenster 12 kann an einem Körper des optischen Gassensors 30 befestigt sein oder von diesem entfernbar und auf diesem wieder platzierbar sein (zum Beispiel mit Hilfe eines geeigneten Verbindungsteils, wie z.B. ein elastomeres Verbindungsteil, das einen Flussweg 31 durch den optischen Gassensor 30 angemessen versiegelt), zusammen mit einer Heizvorrichtung 14 und dem das lumineszierende Material 34 tragenden Substrat 32, das an dieser befestigt ist. Alternativ kann das Material des Heizelements 16 das Fenster 12 oder einen Abschnitt desselben ausbilden.
Als noch eine weitere Alternative kann ein Fenster 62, welches eine Heizvorrichtung 14 trägt, am optischen Gassensor 30 über dem Fenster 12 und angrenzend an dieses befestigt werden. Ein beispielhaftes Fenster 62 wird in 8A und 8B gezeigt. Das Fenster 62 kann uneingeschränkt aus optischem Glas, Quarzglas und dergleichen ausgebildet werden. Wie in 8A gezeigt wird, können das Heizelement 16 und, falls gewünscht, die temperaturleitende Komponente 18 auf der Bodenfläche des Fensters ausgebildet werden, während die Temperaturmesskomponente 22 auf der oberen Oberfläche desselben ausgebildet werden kann. Falls gewünscht, kann eine Schutzabdeckung 64, zum Bei spiel eine Polycarbonatabdeckung auf dem Fenster 62 ausgebildet werden oder mit Hilfe eines geeigneten Klebstoffs positioniert und am Fenster 62 über der Temperaturmesskomponente befestigt werden, wie in 8B gezeigt wird. Das Heizelement 16 und die temperaturleitende Komponente 18 können auf dem Fenster 62 durch Aufbringungsverfahren ausgebildet werden, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, zum Beispiel durch physikalische Bedampfungsverfahren. Alternativ können das Heizelement 16 und die temperaturleitende Komponente 18 vorgeformte Strukturen umfassen, die auf dem Fenster 62 positioniert und an diesem befestigt werden. Das Heizelelement 16 und die temperaturleitende Komponente 18 können auf dem Fenster 62 ausgebildet werden, oder sie können eine separate, an diesem zu befestigende Struktur sein.
Unter Bezugnahme auf 3 wird jetzt eine weitere Ausführungsform des optischen Gassensors 40 gezeigt. Der optische Gassensor 40 ist von Nutzen, wenn Infrarotabtastverfahren eingesetzt werden, und er schließt einen Probenflussweg 41 und Fenster 42a und 42b ein, die auf entgegengesetzten Seiten des Probenflussweges 41 positioniert sind. Jedes Fenster 42a, 42b kann eine Heizvorrichtung 14 auf demselben einschließen, welche ein Heizelement 16 (1 und/oder 5–7) einschließt und ebenfalls ein temperaturleitendes Element 18 (1 und/oder 5–7) einschließen kann.
Da die Heizvorrichtung 14 so positioniert ist, dass eine oder mehr Wellenlängen elektromagnetischer Strahlung, die beim Abtasten einer Menge von einem oder mehr gasförmigen oder verdampften Materialien in einer Probe eingesetzt werden, durch das Heizelement 16 hindurch gehen können, ist das Material dieses Elements im Wesentlichen durchlässig für die entsprechende Abtast-Wellenlänge oder Wellenlängen von Strahlung, die durch dieses hindurch gehen.
Wenn Infrarotabtastverfahren eingesetzt werden, ist die Heizvorrichtung 14 besonders geeignet für das Verhindern der Ansammlung von Feuchtigkeit auf den Fenstern 42a und 42b oder des "Beschlagens" derselben.
Wie beim Fenster 12 des optischen Gassensors 30 können die Fenster 42a und 42b des optischen Gassensors 40 an einem Körper desselben befestigt sein oder von diesem entfernbar und auf diesem wieder platzierbar sein (zum Beispiel mit Hilfe eines geeigneten Verbindungsteils, wie z.B. ein elastomeres Verbindungsteil, das einen Flussweg 41 durch den optischen Gassensor 40 angemessen versiegelt). Alternativ können zweite Fenster 42a', 42b', die eine Heizvorrichtung 14 tragen, am optischen Gassensor 40 über den Fenstern 42a und 42b befestigt werden. Als noch eine weitere Alternative kann das Material des Heizelements 16 die Fenster 42a und 42b oder einen Abschnitt derselben ausbilden.
Bei einer weiteren Ausführungsform, die in 4 gezeigt wird, kann die Heizvorrichtung 14 von einem Transducer 55 anstatt von einem Fenster 52 eines optischen Gassensors 50 getragen werden. Die Heizvorrichtung 14, einschließlich eines Heizelements 16 (1 und/oder 5–7) und optional eines temperaturleitenden Elements 18 (1 und/oder 5–7) können auf einer Heizvorrichtungsauflage 60 getragen werden. Wenn sie so positioniert ist, dass eine oder mehr Wellenlängen elektromagnetischer Strahlung, die beim Abtasten einer Menge von einem oder mehr gasförmigen oder verdampften Materialien in einer Probe eingesetzt werden, durch diese hindurch gehen, ist die Heizvorrichtungsauflage 60 im Wesentlichen durchlässig für diese Wellenlängen, dergestalt, dass ausreichende Mengen sowohl von Anregungsstrahlung als auch von abgegebener Strahlung durch diese hindurch gehen können. Die Heizvorrichtungsauflage 60 kann ein in bestimmten Maße starres Element umfassen oder, wenn es gewünscht wird, dass die Heizvorrichtung 14 mit einem Fenster 52, das eine nichtplanare Oberfläche hat, in Kontakt kommt und dieser Form entspricht, können die Heizvorrichtungsauflage 60 und die Heizvorrichtung 14 in bestimmtem Maße flexibel sein. Alternativ kann die Heizvorrichtung 14 am Transducer 55 ohne eine Heizvorrichtungsauflage 60 befestigt werden.
Beim Zusammenbau des Transducers 55 mit einem komplementären optischen Gassensor 50 wird die Heizvorrichtung 14 gegen ein Fenster 52 des optischen Gassensors 50 oder in enger Nachbarschaft zu diesem positioniert, und somit kann das Heizelement 16 dieses problemlos auf eine bestimmte Temperatur beheizen.
Natürlich kann die Heizvorrichtung 14, wenn die Heizvorrichtung 14 vom Transducer 55 anstatt vom optischen Gassensor 50 getragen wird, erneut eingesetzt werden, und die Herstellungskosten des optischen Gassensors 50 werden entsprechend verringert. In ähnlicher Weise können vorgeformte Strukturen und zweite Fenster, wie hierin beschrieben, bei vorhandenen optischen Gassensoren zum Einsatz kommen, was die Notwendigkeit der erneuten Fertigung überflüssig macht und somit die Kosten verringert.
Obwohl die vorstehende Beschreibung viele spezifische Angaben enthält, sollten diese nicht so ausgelegt werden, dass sie den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung einschränken, sondern, dass sie lediglich Veranschaulichungen einiger beispielhafter Ausführungsformen angeben. In ähnlicher Weise können andere Ausführungsformen der Erfindung entwickelt werden, welche nicht vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abgehen, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert wird.

Claims

Heizvorrichtung (14) für die Verwendung auf einem optischen Gassensor (10, 30, 40, 50), der zumindest ein Fenster (12) aufweist, umfassend: ein Heizelement (16), das so gestaltet ist, um über einem Abschnitt dieses zumindest einen Fensters (12) positioniert zu werden, wobei das Heizelement (16) so gestaltet ist, dass es für einen im Wesentlichen unbehinderten Strahlengang durch das zumindest eine Fenster (12) sorgt; dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (16) im Wesentlichen durchlässig für zumindest eine Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung ist, die bei einem optischen Abtastverfahren für das Messen von zumindest einem gasförmigen oder verdampften Material eingesetzt werden soll.
Heizvorrichtung (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (16) so gestaltet ist, dass es zumindest zum Teil in dem im Wesentlichen unbehinderten Strahlengang durch das zumindest eine Fenster (12) hindurch positioniert werden kann.
Heizvorrichtung (14) nach Anspruch 1, wobei das Heizelement (16) so gestaltet ist, dass es für den im Wesentlichen unbehinderten Strahlengang durch das zumindest eine Fenster (12) hindurch sorgt.
Heizvorrichtung (14) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gestaltung des Heizelements (16) im Wesentlichen einem äußeren Umkreis des zumindest einen Fensters (12) nahe kommt und kleinere Abmaße als der äußere Umkreis hat und wobei der im Wesentlichen unbehinderte Strahlengang durch ein Zentrum des Heizelements (16) hindurch verläuft.
Heizvorrichtung (14) nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Gassensor (10, 30, 40, 50) einen Infrarotsensor umfasst.
Heizvorrichtung (14) nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Gassensor (10, 30, 40, 50) einen Lumineszenzauslöschungssensor umfasst.
Heizvorrichtung (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (16) zumindest eines von einem leitfähigen Metalloxid, Candiumsulfid und Zinkoxyfluorid umfasst.
Heizvorrichtung (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welche weiterhin ein temperaturleitendes Element (18) für die Verwendung bei der Überwachung der Temperatur eines Abschnitts des Heizelements (16) oder einer Struktur, die vom Heizelement (16) beheizt wird, umfasst.
Heizvorrichtung (14) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das temperaturleitende Element (18) vom Heizelement (16) beabstandet ist.
Heizvorrichtung (14) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das temperaturleitende Element (18) in thermischer Verbindung mit dem Heizelement (16) steht.
Heizvorrichtung (14) nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das temperaturleitende Element (18) in thermischer Verbindung mit dem zumindest einen Fenster (12) steht.
Heizvorrichtung (14) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das temperaturleitende Element (18) ein flexibles, im Wesentlichen transparentes Element umfasst.
Heizvorrichtung (14) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gestaltung des temperaturleitenden Elements (18) im Wesentlichen einer Gestaltung des Heizelements (16) nahe kommt.
Heizvorrichtung (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (16) mit einem Transducer (55) verbunden ist, wobei der Transducer (55) nach dem Zusammenbau des Transducers (55) mit dem optischen Gassensor (50) in der Nähe des zumindest einen Fensters (12) positioniert ist.
Heizvorrichtung (14) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, welche weiterhin eine Temperaturmesskomponente (22) umfasst, die in Verbindung mit dem temperaturleitenden Element (18) steht.
Heizvorrichtung (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, welche weiterhin ein Temperatursteuerelement (20) umfasst, das in Verbindung mit dem Heizelement (16) steht.
Heizvorrichtung (14) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (16) im Wesentlichen mit zumindest einem Abschnitt des zumindest einen Fensters (12) nach dem Zusammenbau des Transducers (55) mit dem optischen Gassensor (50) ausgerichtet ist.
Heizvorrichtung (14) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (16) zumindest zum Teil einer Form einer Oberfläche von zumindest dem Abschnitt des zumindest einen Fensters (12) nach dem Zusammenbau des Transducers (55) mit dem optischen Gassensor (50) entspricht.
Optischer Gassensor (10, 30, 40, 50), umfassend: einen Körper, der einen Probenflussweg durch diesen hindurch begrenzt; zumindest ein Fenster (12) im Körper; und eine Heizvorrichtung (14), wie in einem der Ansprüche 1 bis 15 definiert, wobei das Heizelement (16) der Heizvorrichtung (14) über zumindest einen Abschnitt des zumindest einen Fensters (12) positioniert ist.
Heizvorrichtung (14) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Transducer (55) einen Transducerkörper umfasst und wobei das Heizelement (16), welches im Wesentlichen durchlässig für zumindest eine Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung ist, mit dem Transducerkörper verbunden ist.
Heizvorrichtung (14) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Transducer (55) einen Transducerkörper umfasst und wobei das Heizelement (16) mit dem Transducerkörper verbunden ist, und wobei das Heizelement (16) eine Gestaltung aufweist, welche den im Wesentlichen unbehinderten Strahlengang durch das zumindest eine Fenster (12) im optischen Gassensor (50) hindurch nach dem Zusammenbau des Transducers (55) mit dem optischen Gassensor (50) gestattet.
Verfahren für das Beheizen eines optischen Fensters (12) eines Gassensors (10, 30, 40, 50), umfassend: die Bereitstellung eines optischen Gassensors (10, 30, 40, 50) mit einem Körper, welcher einen Probenflussweg (31, 41) durch diesen hindurch begrenzt, wobei der Körper zumindest ein Fenster (12) in diesem aufweist, der optische Gassensor (10, 30, 40, 50) ebenfalls ein Heizelement (16) über zumindest einen Abschnitt des zumindest einen Fensters (12) einschließt, wobei das Heizelement (16) im Wesentlichen durchlässig für zumindest eine Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung ist, die bei einem optischen Abtastverfahren für das Messen von zumindest einem gasförmigen oder verdampften Material eingesetzt werden soll, und mit einer elektrischen Stromquelle (20) verbunden ist; das Einbringen von Strahlung durch das Heizelement (16) auf das zumindest eine Fenster (12) oder das Abtasten derselben; und die Zuführung von Energie zum Heizelement (16) für das Beheizen des zumindest einen Fensters (12).
Verfahren nach Anspruch 22, welches weiterhin umfasst: Erfassen einer Temperatur des zumindest einen Fensters (12).
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen das Erfassen der Temperatur mit einem temperaturleitenden Element (18) in thermischer Verbindung mit dem zumindest einen Fenster (12) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, welches weiterhin umfasst: Variieren einer Strommenge, die dem Heizelement (16) zugeführt wird, als Reaktion auf eine erfasste Temperatur.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, welches weiterhin umfasst: Herstellung des Kontaktes zwischen dem zumindest einen Fenster (12) und dem Heizelement (16).
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass diese Bereitstellung die Positionierung des Heizelements (16) in enger Nachbarschaft zu dem zumindest einen Fenster (12), jedoch nicht in Kontakt mit diesem, umfasst.