[發明專利]具有用于發射窄帶寬的光的LED發射體的光學氣體傳感器

在審

• 申請號: 201580060984.5
• 申請日: 2015-11-02
• 公開（公告）號: CN107148566A
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發明（設計）人: A.帕佩;A.特勒爾施
• 申請（專利權）人: 德爾格安全股份兩合公司
• 主分類號: G01N21/3504
• 分類號: G01N21/3504
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 胡莉莉,劉春元

技術領域

本發明涉及一種用于定量地測量一種或多種氣體的濃度的光學氣體傳感器。

光學氣體傳感器不僅能夠實現定性地確定一種或多種氣體的存在，而且能夠實現定量地確定一種或多種氣體的濃度。這樣的氣體傳感器例如被用在用于運送和處理可燃的和/或有毒氣體的設備中的氣體探測裝置中，以便探測不期望地逸出的氣體。

背景技術

公知具有發射體、樣品池（Küvette）以及探測器的光學氣體傳感器。在光學氣體傳感器的情況下，發射體是光源、諸如白熾燈，所述光源發射寬的光譜的光波、即具有大量不同的波長的光波。樣品池優選地是基本上封閉的空間，要測量的氣體處在所述空間內。樣品池可以向外具有開口，所述開口能夠實現樣品池與氣體傳感器的周圍環境的氣體交換。探測器是光傳感器，利用所述光傳感器能優選地測量射到所述探測器上的光的強度。為了探測確定的波長的光，帶通濾波器被連接在相對應的探測器之前。這樣的帶通濾波器可以被構造用于使一個或多個波長通過。

在運行時，要測量的氣體或氣體混合物被導入到樣品池中。為此，樣品池可以具有一個或多個開口。從光源發射的光波根據氣體混合物的組成部分的濃度以及吸收波長而被相應的氣體更強烈地或沒那么強烈地吸收，并且緊接著射到如下光傳感器上，所述光傳感器測量所述光波的強度。以這種方式能確定，哪些波長已經如何強烈地被氣體吸收。由于公知不同氣體的特定的吸收特性，從所述結果中能確定氣體混合物的組成。

從DE 202 02 694 A1中公知一種光學氣體傳感器，其具有用于容納要測量的氣體的圓柱形樣品池。在樣品池處，沿縱軸向的方向在一側布置有平面鏡，而在另一側布置有凹面鏡。凹面鏡具有多個用于容納白熾燈和光波探測器的凹陷部。從白熾燈發射的光波首先在平面鏡與凹面鏡之間多次被放射，直到這些光波射到光波探測器上。經此，延長了光波在其上可被要測量的氣體或氣體混合物吸收的光路程。因此，能更好地測量弱吸收性氣體。

這樣的光傳感器尤其是具有如下缺點，白熾燈和光波探測器在凹面鏡處的布置由于凹面鏡的彎曲的表面而僅能以高成本來制造。此外，大量被用在光學氣體傳感器中的光源具有如下缺點，發射相對寬的光波譜。因此，不僅發射了具有對于測量氣體濃度所需的波長的光波，而且發射了具有對于測量氣體濃度不重要的并且為了避免測量誤差而必須被帶通濾波器過濾出來的波長的光波。經此，使光學氣體傳感器的效率受消極影響。除此之外，白熾燈尤其是具有如下缺點，電能的大部分被轉化成熱，所述熱必須作為損耗熱被排出。這導致氣體傳感器的過多的能量消耗，而且尤其是對于通過內部電流源（諸如電池）來供電的移動應用來說是不利的。由于耗電提高，電池的壽命以及因此移動氣體傳感器的運行時長明顯被降低。

發明內容

從所述現有技術出發，本發明的所基于的任務已在于提供一種至少部分地不具有這些缺點的光學氣體傳感器。因而，本發明的任務是提供一種光學氣體傳感器，利用所述光學氣體傳感器尤其是能定量地測量弱光波吸收性氣體的濃度，并且所述光學氣體傳感器具有被改善的效率。

前述任務通過一種具有專利權利要求1的特征的用于定量地測量一種或多種氣體的濃度的光學氣體傳感器來解決。本發明的其它的特征和細節從其它的專利權利要求、說明書以及附圖中得出。

因此，該任務通過一種用于定量地測量一種或多種氣體的濃度的光學氣體傳感器來解決，所述光學氣體傳感器具有用于發射光波的輻射源、用于容納要測量的氣體的樣品池以及用于測量光強度的探測器。輻射源具有光波的至少一個發射體、諸如LED，并且被構造為同時以及彼此分開地發射至少一個第一波長的和至少一個與所述第一波長不同的第二波長的光波。發射體優選地被構造為發射如下光譜：所述光譜的半峰全寬（volle Halbswertsbreite）最大為質心波長的50%。此外，發射體優選地還被構造為發射如下離散光譜：所述離散光譜的半峰全寬最大為質心波長的20%。探測器被構造為定量地檢測所發射的第一波長和第二波長的光波的強度。發射體優選地被構造為將由發射體消耗的電能的至少80%轉化成光波。

本發明所基于的思想在于，通過使用這樣的發射體可以顯著地改善光學氣體傳感器的效率。經此，在生成光波時產生更少的熱并且因此消耗更少的電能。在通過LED將電能轉化成光波時，與例如通過如在許多傳統的氣體傳感器中所使用的白熾燈相比生成更少的熱。因此，氣體傳感器在運行時具有更少的耗電。這尤其對于移動應用來說是有利的，因為經此能明顯延長所述移動應用的蓄電池的充電循環或電池的壽命。