DD159366A1 - OPTICAL FILTER FOR A NON-DISPERSIVE ANALYSIS DEVICE WITH SOLID BODY DETECTOR - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein optisches Filter fuer ein Analysengeraet mit Festkoerperdetektor, wobei das Geraet zur Messung eines gasfoermigen oder fluessigen Bestandteils in einem Gemisch auf Grundlage der Absorption infraroter Strahlung dient. Aufgabe der Erfindung ist es, einen optischen Filter fuer einen nichtdispersiven Analysator mit Festkoerperdetektor zu schaffen, der den Einfluss der Querempfindlichkeit auf das Ausgangssignal praktisch beseitigt, ohne die Messempfindlichkeit zu verringern. Das Wesen der Erfindung wird darin gesehen, durch ein Vergleichsfilter ein dem Stoersignal aequivalentes Signal zu erzeugen und dies vom durch das Stoersignal ueberlagerten Messsignal zu subtrahieren, dies wird dadurch erreicht, dass beide Filter in ihren Durchlasskurven durch Kippen eines oder beider Filter ueberlappbar sind.The invention relates to an optical filter for an analyzer with Festkoerperdetektor, wherein the device for measuring a Gasefoermigen or liquid component in a mixture based on the absorption of infrared radiation is used. The object of the invention is to provide an optical filter for a non-dispersive solid state detector analyzer that virtually eliminates the influence of cross sensitivity on the output signal without reducing the sensitivity of the measurement. The essence of the invention is seen to produce by a comparison filter a signal equivalent to the interference signal and to subtract this from the superimposed by the interference signal measurement signal, this is achieved in that both filters are overlapped in their transmission curves by tilting one or both filters.
Description
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Optisches Filter für ein nichtdispersives Analysengerät mit Fes;bkörp_erdetektor Optical filter for a non-dispersive analyzer with Fes; bkö rp_erdetektor
Anwendungsgebiet der Erfindung, . Field of application of the invention,.
Die Erfindung betrifft ein optisches Filter für ein nichtdispersives Analysengerät mit Festkörperdetektor, wobei das Gerät zur Messung eines gasförmigen oder flüssigen Bestandteils in einem Gemisch auf Grundlage der Absorp- Γ'\ tion infraroter Strahlung dient.The invention relates to an optical filter for a non-dispersive analyzer with solid state detector, the apparatus for measuring a gaseous or liquid component in a mixture based on the absorption Γ '\ tion is infrared radiation.
Für die Messung eines gasförmigen oder flüssigen Bestandteils in einem Gemisch auf Grundlage der Absorption infraroter Strahlung ist eine Reihe von nichtdispersiven Analysengeräten bekannt. Die meisten von ihnen arbeiten mit gasgefüllten Strahlungsempfängern, in denen die Infrarotstrahlung durch ein fest eingeschlossenes Volumen der zu messenden Komponente des Gemisches oder eines Brsatzgases aufgefangen und durch einen Membrankondensator oder einen Strömungsfühler nachgewiesen wird.For the measurement of a gaseous or liquid component in a mixture based on the absorption of infrared radiation, a number of non-dispersive analyzers are known. Most of them work with gas-filled radiation receivers in which the infrared radiation is captured by a tightly enclosed volume of the component of the mixture or gas to be measured and detected by a membrane capacitor or flow sensor.
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Duron die Verwendung von Gasvolumina zum Auffangen der Infrarotstrahlung sind diese Empfänger auf die nachzuweisende Komponente sensibilisierte Die damit verbundene Sicherung der notwendigen Konstanz der Empfängergaszusammensetzung, das heißt die absolute Dichtheit der Strahlungsempfänger, läßt sich technologisch nur unvollkommen und mit hohem Aufwand verwirklichen. Deshalb sind in letzter Zeit Geräte bekannt geworden, die mit breitbandigen Festkörpsrempfängern arbeiten. Zur Sensibilisierung derartiger Empfänger werden unter anderem optische Filter verwendet. (DE-PS 1159184; DD-PS 110562).Duron the use of gas volumes to capture the infrared radiation, these receivers are sensitized to the component to be detected The associated assurance of the necessary consistency of the receiver gas composition, that is, the absolute tightness of the radiation receiver can be realized technologically only imperfect and with great effort. Therefore, devices have recently become known that work with broadband Festkörpsrempfängern. To sensitize such receivers, optical filters are used inter alia. (DE-PS 1159184; DD-PS 110562).
Enthält das zu untersuchende Gemisch Bestandteile9 deren Infrarotabsorptionsbanden sich mit den Absorptionsbanden des nachzuweisenden Bestandteils teilweise oder ganz überdecken, dann erzeugen derartige Bestandteile einen Meßeffekt, das heißt das Meßergebnis wird verfälscht. · . ' . -If the mixture to be investigated contains components 9 whose infrared absorption bands partially or completely overlap with the absorption bands of the component to be detected, then such components produce a measuring effect, that is to say the measurement result is falsified. ·. '. -
Im Zusammenhang mit gasgefüllten Strahlungsempfängern sind verschiedene Methoden zur Unterdrückung der Querempfindlichkeit bekannt geworden, die sich auf Geräte mit Festkörperdetektoren übertragen lassen, so der Einsatz von Käntenfiltern zum Unterdrücken des Einflusses der Störkomponente (DE-OS 28 27 345; DE-OS 27 43 775; DE-OS 28 03 586). Weiterhin sind Methoden angegeben worden, um die wellenlängenabhängige Hintergrundabsorption und die dadurch entstehende Querem-In connection with gas-filled radiation receivers, various methods for suppressing the cross sensitivity have become known, which can be transferred to devices with solid state detectors, so the use of Käntenfiltern for suppressing the influence of the interfering component (DE-OS 28 27 345; DE-OS 27 43 775; DE-OS 28 03 586). Furthermore, methods have been specified for determining the wavelength-dependent background absorption and the resulting transverse absorption.
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pfindlichkeit zu kompensieren (DE-OS 26 25 431). Allen diesen Methoden gemeinsam ist, daß die Verringerung der Querempfindlichkeit durch die Verringerung der Meßempfindlichkeit erkauft wird.Compensate sensitivity (DE-OS 26 25 431). Common to all these methods is that the reduction in cross-sensitivity is achieved by reducing the sensitivity of measurement.
Andere Methoden, bei denen die Durciilaßwellenlänge der Filter,auf eine Gasabsorptionslinie gelegt wird (DE-PS 11 59 184; DE-AS 23 50 004) haben eine geringe Meßempfindlichkeit und sind gegen Störkomponenten anfällig.Other methods in which the Durciilaßwellenlänge the filter is placed on a gas absorption line (DE-PS 11 59 184; DE-AS 23 50 004) have a low sensitivity and are susceptible to interference components.
Ziel der Erfindung . Aim of the invention.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines optischen Filters in einem nichtdispersiven Analysengerät, das dazu beiträgt, eine hohe Langzeitstabilität und eine verbesserte"Selektivität bei gleichbleibender Meβempfindlichkeit bei derartigen Analysengeräten zu erreichen.The aim of the invention is to provide an optical filter in a non-dispersive analyzer, which helps to achieve a high long-term stability and an improved selectivity with constant measurement sensitivity in such analyzers.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Filter in einem nichtdispersiven Analysator zu schaffen, mit dem ohne Verringerung der Meßempfindlichkeit und ohne Einsatz gasgefüllter Filterküvetten der Einfluß der Querempfindlichkeit auf das Ausgangssignal nahezu auf "Hull" abgleichbar ist.The invention has for its object to provide an optical filter in a non-dispersive analyzer, with the influence of the cross sensitivity to the output signal is almost equal to "Hull" without reducing the sensitivity and without the use of gas-filled filter cuvettes.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem nichtdispersiven Infrarotanalysator gemäß Oberbegriff des Erfindungsanspruches im Strahlengang ein geteiltes Interferenzfilter angeordnet wird, bei dem das Durchlaßmaximum des einen Halbfilters mit einem Absorptionsmaximum des nachzuweisenden Bestandteils zusammenfällt und das Durchlaßmaximum des zweiten Halbfilters nicht mit einem Absorptionsmaximum des nachzuweisenden Bestandteils zusammenfällt. Die Durchlaßkurven der Filter« überlappen sich leicht. Ausgehend von der bekannten Tatsache, daß die spektralen Eigenschaften von Interferenzfiltern durch Kippen der Filter im Strahlengang geändert werden können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das Durchlaßmaximum des Vergleichsfilters auf der, dem überlappenden Spektralbereich der Absorptionsbande des nachzuweisenden Bestandteils und der Absorptionsbande des Störbestandteils gegenüberliegenden Absorptionskante des nachzuweisenden Bestandteils zu legen und durch Kippen des Filters ein dem durch den Störbestandteil hervorgerufenen zusätzlichen Meßeffekt äquivalenten Meßeffekt zu erzeugen. Von dem dadurch verfälschten Meßsignal wird das entstehende Meßsignal subtrahiert und die Querempfindlichkeit für eine bestimmte Störbestandteilkonzentration vollständig ausgeschaltet, ohne die Meßempfindlichkeit zu verringern.According to the invention, this object is achieved in that a split interference filter is arranged in a non-dispersive infrared analyzer according to the preamble of the invention claim in the beam path, wherein the transmission maximum of a half filter coincides with an absorption maximum of the component to be detected and the transmission maximum of the second half filter not with an absorption maximum of the detected Component coincides. The transmission curves of the filters overlap slightly. Based on the known fact that the spectral properties of interference filters can be changed by tilting the filter in the beam path, the invention proposes, the transmission maximum of the comparison filter on the overlapping spectral range of the absorption band of the component to be detected and the absorption band of the Störbestandteils opposite absorption edge of the detected To create component and by tilting the filter to produce an equivalent measurement effect caused by the Störbestandteil equivalent measurement effect. From the thereby distorted measurement signal, the resulting measurement signal is subtracted and the cross sensitivity for a particular Störbestandteilkonzentration completely off without reducing the sensitivity.
Es ist erfindungsgemäß auch möglich mit zwei Strahlungsempfängern zu arbeiten, bei denen Meß- und Vergleichssignal räumlich getrennt aufgenommen werden und die Differenz beider Signale weiterverarbeitet wird·It is also possible according to the invention to work with two radiation receivers in which measuring and comparison signals are recorded spatially separated and the difference between the two signals is further processed.
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Die elektronische Weiterverarbeitung der Signale ist nicht Gegenstand der Erfindung.The electronic processing of the signals is not the subject of the invention.
AusführunasbeispieleAusführunasbeispiele
Im Folgenden wird die Erfindung an drei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigtThe invention will be explained in more detail below with reference to three exemplary embodiments. It shows
Pig. 1: einen nichtdispersiven Analysator mit geteiltem Filter vor der Küvette schematisch dargestellt,Pig. FIG. 1 is a diagrammatic representation of a split-filter non-dispersive analyzer in front of the cuvette; FIG.
Fig. 2: einen weiteren nichtdispersiven Analysator mit geteiltem Filter nach der Küvette schematisch dargestellt.Fig. 2: a further non-dispersive filter with split filter according to the cuvette shown schematically.
Fig. 3; einen nichtdispersiven Zweistrahlanalysator mit Filter schematisch dargestellt,Fig. 3; a non-dispersive two-beam analyzer with filter shown schematically,
Fig. 4: eine Darstellung der für die Querempfindliehkeitskompensation maßgebenden spektralen Verhältnisse.FIG. 4 shows a representation of the spectral ratios which determine the cross-sensitivity compensation. FIG.
Gemäß Figur 1 wird die von einer Strahlungsquelle 1 mit Reflektor 2 ausgehende Infrarotstrahlung durch eine rotierende Blende 3 periodisch unterbrochen. Dadurch gelangt die Strahlung abwechselnd durch die zur Sensibilisierung und Selektivierung verwendeten Filter A- und 5, wobei das Durchlaßmaximum des Filters 4 mit einer Absorptionswellenlänge des nachzuweisenden Bestandteils übereinstimmt (Meßkanal) und für das Durchlaßmaximum des Filters 5 ein Wert gewählt wird, bei dem das zu untersuchende Gemisch nicht absorbiert und der auf der dem Überlappungsbereich der Meßkompo-According to FIG. 1, the infrared radiation emanating from a radiation source 1 with a reflector 2 is interrupted periodically by a rotating diaphragm 3. As a result, the radiation passes alternately through the filters used for sensitization and selective A- and 5, wherein the transmission maximum of the filter 4 coincides with an absorption wavelength of the component to be detected (measuring channel) and for the transmission maximum of the filter 5, a value is selected, in which the is not absorbed by the test mixture and that
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nente und Störkomponente gelegt wird (Vergleichskanal). Die Strahlung durchdringt dann weiter die mit der Meßprobe gefüllte Küvette 7. Durch eine Sammellinse 8 wird die Strahlung auf einen Detektor 9 geleitet und einer Auswerteschaltung zugeführt« Eine Abgleichblende 6 dient der exakten Tiullpunkteinstellung durch Abgleich der Durchlässigkeiten der verwendeten Filter 4 und 5.component and interference component (comparison channel). The radiation then penetrates the cuvette 7 filled with the test sample. The radiation is directed to a detector 9 by a converging lens 8 and fed to an evaluation circuit. A calibration diaphragm 6 serves to precisely adjust the Tiullpunktin adjustment by adjusting the permeabilities of the filters 4 and 5 used.
Bei dem in Figur 2 dargestellten Analysator ist das geteilte Mlter 4; 5 hinter einer geteilten Küvette 7 angeordnet» Durch die geteilte Küvette 7 wird eine gegenseitige Beeinflussung von Meß- und Vergleichsstrahl verhindert«In the analyzer shown in FIG. 2, the divided filter is 4; 5 arranged behind a divided cuvette 7 "The divided cuvette 7 prevents a mutual influencing of measuring and comparison beam."
Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Analysators zeigt Fig. 3e Die rotierende Blende 3 ist hierbei so gestaltet, daß Meß- und Vergleichsstrahl gleichzeitig auf den Detektor 9 auftreffen-, von wo die Signale direkt auf einen Differenzverstärker 10 gegeben und der Äuswerteschaltung zugeführt werden.A further variant of the analyzer according to the invention is shown in FIG. 3e. The rotating diaphragm 3 is designed so that the measuring and reference beams impinge on the detector 9 at the same time, from where the signals are applied directly to a differential amplifier 10 and supplied to the evaluating circuit.
In Figur 4 sind die spektralen Verhältnisse für den häufig auftretenden Fall der Messung -von CO als Meßkomponente Mk im Beisein von GOp als Störkomponente Sk dargestellt. Eine Konzentration von 0 - 3 % CO2 ruft ein Meßsignal, das einer Konzentration von 0 - 10 ppm CO äquivalent ist, hervor , was bei kleinen Meßbereichen zu großen Fehlern führt. · 4 shows the spectral ratios for the frequently occurring case of measuring -from CO as measured component Mk in the presence of GOP are depicted as interference component Sk. A concentration of 0 - 3 % CO 2 causes a measurement signal, which is equivalent to a concentration of 0 - 10 ppm CO, which leads to large errors at small measuring ranges. ·
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CO hat eine ausgeprägte Absorptionsbande bei 4,4 4,9 /um, COp bei 4,2 - 4,5 /im. Bs tritt im Bereich 4,4 _ 4,5 um eine Bandenüberlappung auf, die zu einem zusätzlichen Meßeffekt führt. Das Durchlaßmaximum des Filters 5 wird auf eine Wellenlänge. 4,9/um gelegt. Durch Kippen des Filters 5 verschiebt sich das Durchlaßmaximum zu kürzeren Wellen hin. Durch definiertes Schrägstellen des Filters 5 wird erreicht, daß das im Überlappungsbereich der Filter 4 ; 5 hervorgerufene Signal genau so groß ist, wie das durch die Störkomponentenkonzentration Sk erzeugte Signal« Dadurch wird bei Differenzbildung von Meß- und Vergleichssignal der Einfluß einer bestimmten Störkomponentenkonzentration ^k kompensiert.CO has a pronounced absorption band at 4.4 4.9 / um, COp at 4.2 - 4.5 / im. Bs occurs in the range 4.4 to 4.5 around a band overlap, which leads to an additional measurement effect. The transmission maximum of the filter 5 is at a wavelength. 4.9 / um laid. By tilting the filter 5, the transmission maximum shifts towards shorter waves. By defined tilting of the filter 5 is achieved that in the overlap region of the filter 4; 5 caused signal is just as large as the signal generated by the Störkomponentenkonzentration Sk «This is compensated for difference formation of the measuring and comparison signal, the influence of a certain Störkomponentenkonzentration ^ k .
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- 1980-12-24 DD DD80226611A patent/DD159366A1/en unknown
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