JP6195947B2 - 光学式測定システムおよび気体検出方法 - Google Patents
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Description
|SScatter−SMain|=ΔS>λ0 2/Δλである。
Claims (15)
- 気体検出のための光学式測定システム(1)であって、前記光学式測定システムは、
少なくとも1つのハウジング(2)内に配置されている光学部品(20)を形成する光源(4)と、
少なくとも1つのハウジング(6)内に配置されている光学部品(20)を形成する少なくとも1つの光検出器(8)と、
前記ハウジング(2、6)に設けられている、光学機械部品(15)および/または他の光学機械部品(15)を形成するハウジングウィンドウ(3、7)と、
を有しており、
前記光学機械部品(15)は、光学的に作用する境界表面を含んでおり、
前記光源(4)は、変調スパンΔλと平均波長λ0とを有する、変調された主要光線(9)を放射し、
少なくとも1つの光学機械部品(15)の少なくとも1つの光学的に作用する境界表面で前記主要光線(9)から前記光源(4)の方向および/または前記光検出器(8)の方向に部分的に反射/散乱された少なくとも1つの散乱光線(11)が、前記主要光線(9)との干渉によって、前記光源(4)における自己混合および/または前記光検出器(8)でのエタロンを生じさせ、
前記干渉は干渉された主要光線(9)を生じさせるので、前記光検出器の測定信号は、干渉信号の部分と主要信号の部分とを含み、
前記干渉信号は、前記光検出器(8)の復調された測定信号に影響を与え、
前記光学部品(20)および/または前記光学機械部品(15)のうちの少なくとも1つは、他の光学部品(20)および/または光学機械部品(15)に対して配置されているので、前記光学部品および/または前記光学機械部品の光学的に作用する境界表面同士の空間配向および/または距離(L)によって、前記主要光線(9)と前記散乱光線(11)とに対する光路長差ΔSが生じ、
前記光路長差ΔSは、前記主要光線(9)の光路長SSMainと、前記散乱光線(11)の光路長SScatterと、の間の差によって決定され、前記光路長差ΔSは、前記平均波長λ0を有する前記主要光線(9)の選択された変調スパンΔλで、全ての位相に対して、復調された測定信号に対して、前記主要信号への前記干渉信号の作用を消去する、または、低減させ、
前記復調された測定信号の周期Λを有する自由スペクトル領域Λは、前記光路長差ΔSから結果として生じ、
前記周期Λは、前記主要信号との干渉によって、前記少なくとも1つの光学部品または光学機械部品(15)によって生じる前記干渉信号によって生じ、
前記主要光線(9)の前記変調にはあらゆる周期的な波形が与えられ、前記変調スパンΔλは、前記平均波長λ0の前記主要光線(9)を変調するのに使用された変調信号のピークピーク振幅である、
光学式測定システム。 - 前記光路長差ΔSは、0.5×ΔX×(m+1)を上回り、
ここで、使用されている測定信号の次数2f、4f、6f、・・・に従って、m=2、4、6、・・・、であり、
ここで、ΔXは、復調された前記測定信号のフーリエ成分が、最も高い振幅ピークに隣接して、繰り返して最小になる距離である、
請求項1記載の光学式測定システム。 - 前記光路長差ΔSは、n×ΔXの0.7倍を上回り、または、n×ΔXの1.3倍を下回り、
ここで、n=1、2、3、・・・、であり、かつ、n≠m/2であり、かつ、使用されている測定信号の次数2f、4f、6f、・・・に従って、m=2、4、6・・・、であり、
ここで、ΔXは、復調された前記測定信号のフーリエ成分が、最も高い振幅ピークに隣接して、繰り返して最小になる距離である、
請求項1記載の光学式測定システム。 - 前記光路長差ΔSは、n×ΔXの0.8倍を上回る、または、n×ΔXの1.2倍を下回る、
請求項3記載の光学式測定システム。 - 前記光路長差ΔSは、n×ΔXに等しい、
請求項3記載の光学式測定システム。 - 前記主要光線(9)は、三角波形によって変調されている、
請求項1から5までのいずれか1項記載の光学式測定システム。 - ΔXは、λ0 2/Δλである、
請求項6記載の光学式測定システム。 - 前記光源(4)からの、前記光源(4)の、設けられているハウジングウィンドウ(3)の内側面(12)の距離(L)、および/または、前記光検出器(8)からの、前記光検出器(8)の、設けられているハウジングウィンドウ(7)の内側面(12)の距離(L)は、少なくとも8mmであり、有利には少なくとも10mmであり、さらに有利には少なくとも15mmである、
請求項1から7までのいずれか1項記載の光学式測定システム。 - 光学式測定システム(1)を用いた気体検出のための方法であって、前記光学式測定システム(1)は、
少なくとも1つのハウジング(2)内に配置されている光学部品(20)を形成する光源(4)と、
少なくとも1つのハウジング(6)内に配置されている光学部品(20)を形成する少なくとも1つの光検出器(8)と、
前記ハウジング(2、6)に設けられている、光学機械部品(15)および/または他の光学機械部品(15)を形成するハウジングウィンドウ(3、7)と、
を有しており、
前記光学機械部品(15)は、光学的に作用する境界表面を含んでおり、
前記方法は、
前記光源(4)から、変調スパンΔλと平均波長λ0とを有する、変調された主要光線(9)を放射するステップと、
前記主要光線(9)が気体または気体混合気(10)を通過した後に、前記少なくとも1つの光検出器(8)において、前記主要光線(9)を受光するステップと、
前記主要光線(9)との干渉によって、少なくとも1つの前記光学機械部品(15)の少なくとも1つの光学的に作用する境界表面で前記主要光線(9)から前記光源(4)の方向および/または前記光検出器(8)の方向に部分的に反射/散乱された少なくとも1つの散乱光線(11)によって、前記光源(4)における自己混合および/または前記光検出器(8)でのエタロンを生じさせるステップと、
前記干渉によって、干渉された主要光線(9)を形成し、前記光検出器(8)が、干渉信号の部分と主要信号の部分とを含む測定信号を形成するステップと、
前記干渉信号によって、前記光検出器(8)の復調された測定信号に悪影響を与えるステップと、
を有しており、
前記光学部品(20)および/または前記光学機械部品(15)のうちの少なくとも1つは、他の光学部品(20)および/または光学機械部品(15)に対して配置されているので、前記光学部品および/または前記光学機械部品の光学的に作用する境界表面同士の空間配向および/または距離(L)によって、前記主要光線(9)と前記散乱光線(11)とに対する光路長差ΔSが生じ、
前記光路長差ΔSは、前記主要光線(9)の光路長SSMainと、前記散乱光線(11)の光路長SScatterと、の間の差によって決定され、前記光路長差ΔSは、前記平均波長λ0を有する前記主要光線(9)の選択された変調スパンΔλで、全ての位相に対して、復調された測定信号に対して、前記主要信号への前記干渉信号の作用を消去する、または、低減させ、
前記復調された測定信号の周期Λを有する自由スペクトル領域Λは、前記光路長差ΔSから結果として生じ、
前記周期Λは、前記主要信号との干渉によって、前記少なくとも1つの光学部品または光学機械部品(15)によって生じる前記干渉信号によって生じ、
前記主要光線(9)の前記変調にはあらゆる周期的な波形が与えられ、前記変調スパンΔλは、前記平均波長λ0の前記主要光線(9)を変調するのに使用された変調信号のピークピーク振幅である、
方法。 - 前記光路長差ΔSは、0.5×ΔX×(m+1)を上回り、
ここで、使用されている測定信号の次数2f、4f、6f、・・・に従って、m=2、4、6、・・・、であり、
ΔXは、復調された前記測定信号のフーリエ成分が、最も高い振幅ピークに隣接して、繰り返して最小になる距離である、
請求項9記載の方法。 - 前記光路長差ΔSは、n×ΔXの0.7倍を上回り、または、n×ΔXの1.3倍を下回り、
ここで、n=1、2、3、・・・、であり、かつ、n≠m/2であり、かつ、使用されている測定信号の次数2f、4f、6f、・・・に従って、m=2、4、6、・・・、であり、
ここで、ΔXは、復調された前記測定信号のフーリエ成分が、最も高い振幅ピークに隣接して、繰り返して最小になる距離である、
請求項9記載の方法。 - 前記光路長差ΔSは、n×ΔXの0.8倍を上回る、または、n×ΔXの1.2倍を下回る、
請求項11記載の方法。 - 前記光路長差ΔSは、n×ΔXに等しい、
請求項11記載の方法。 - 前記主要光線(9)は、三角波形によって変調されている、
請求項9から13までのいずれか1項記載の方法。 - ΔXはλ0 2/Δλである、
請求項14記載の方法。
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