(57)【要約】スペクトル分析装置Ａは、電磁放射線Ｓ；４に適合した赤外線送信手段１０と、光学測定距離（経路）Ｌを規定する測定セルとしての空洞型限定空間１１と、送信手段１０から検知手段１２に光学測定距離Ｌを通る電磁放射線１１Ｓ；４の検知手段１２と、検知手段１２に接続されるスペクトル分析ユニット１３とを有する。検知手段１２；３ｂ，３ｂ’は、電磁放射線４を感受すべく光電的に構成される。電磁放射線は、算出でスペクトル要素の相対放射強度を測定すべくスペクトル分析ユニット１３による選択波長成分またはスペクトル要素４ａ，４ｂの分析対象になるスペクトル領域内に含められる。電磁放射線Ｓ；４は、時間変動する過剰圧Ｐａなどの過剰圧Ｐａ１下にガス試料Ｇが存在する空間１１を、所定エネルギで通過するよう構成される。補正回路１３ｇ，１３ｈ，１３ｈ’は、仮想測定値を大気圧Ｐｏに対応すべく削減する。
2012501438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低濃度などの圧縮ガスをスペクトル分析すべく構成されたスペクトル分析装置であって、前記スペクトル分析装置は、
電磁放射線に適した赤外線送信手段（１０）と、
前記ガスに適合する測定セルとして働くと共に、前記光学測定距離すなわち光学測定経路Ｌを規定できるように意図される空洞型の限定空間（１１）と；
前記送信手段（１０）から前記光学測定距離Ｌを通過する前記電磁放射線を検知する検知手段（１２）と；
前記スペクトル分析を実行すると共に少なくとも前記検知手段（１２）に接続されるスペクトル分析ユニット（１３）と
を備え、
前記電磁放射線を検知する前記検知手段（１２）は、算出を用いることによって前記スペクトル分析ユニット（１３）において前記スペクトル要素の放射強度を測定すべく前記スペクトル分析ユニット（１３）内で選択波長成分またはスペクトル要素が、分析の対象になり得るスペクトル領域内に含まれると意図される前記電磁放射線（Ｓｂ）に感受性があるように光電的（３ｂ，３ｂ’）に構成され、
前記測定セル（１１）内の前記ガス（Ｇ）は、あらかじめ選択される過剰圧（Ｐａ）下に配置され、
前記測定セル（１１）内で吸収下にある１あるいは複数の波長に依存する送達結果は、大気圧（Ｐｏ）のような選択過剰圧に対して補正回路（１３ｈ，１３ｈ’）によって下方に補正され、
赤外線光線型の前記送信手段（１０）は、一定エネルギ値に維持されるか、または調整され、
ガスの濃度の前記圧力（Ｐａ）は、変化するように設定され、
ガスの変調濃度は、差分信号の生成または発生に適合し、それによって前記環境の静的赤外線信号は、選択信号処理技法（１３ｇ，１３ｈ）で差し引かれる
ことを特徴とする、スペクトル分析装置。
【請求項２】
外部部分システム（Ｍ）は、前記過剰圧に関して前記濃度のガスに利用される、
請求項１記載のスペクトル分析装置。
【請求項３】
吸収算出用の限定増幅係数は、ノイズ指数の影響を減らすべく利用される、
請求項１または２記載のスペクトル分析装置。
【請求項４】
前記算出は、さもなければ生じ得る零点誤差（Ｐｏ）の削減に集中される、
請求項１〜３何れか一項記載のスペクトル分析装置。
【請求項５】
前記赤外線光線型の前記送信手段は、一定に維持され、
ガスの濃度の前記圧力は、測定シーケンス中、所定値内で変化するように設定される、
請求項１〜４何れか一項記載のスペクトル分析装置。
【請求項６】
ガスの変調濃度は、２つ以上の差分信号の生成または発生に適合し、
それによって前記環境ガス濃度に基づく静的赤外線信号は、選択信号処理技法において差し引かれる、
請求項１〜５何れか一項記載のスペクトル分析装置。
【請求項７】
前記過剰圧は、選択ガスとガス混合物のうちの少なくとも一方に対して前記選択過剰圧で有効な好吸収能に応じて構成および選択される、
請求項１記載のスペクトル分析装置。
【請求項８】
前記補正回路は、選択ガスまたはガス混合物の吸収能／圧を測定する測定回路を備える補正ユニットに協調している、
請求項１〜７何れか一項記載のスペクトル分析装置。
【請求項９】
あらかじめ選択される前記過剰圧は、機械的手段を用いることによって生じ得る、
請求項１、７、および８何れか一項記載のスペクトル分析装置。
【請求項１０】
前記機械的手段（Ｍ）は、ピストン（２１）とシリンダ（２２）を含むピストン装置を備え、
前記ピストン（２１）は、前記機械的手段（Ｍ）によって関連する折返点同士の間を移動できる、
請求項９記載のスペクトル分析装置。
【請求項１１】
前記機械的手段（Ｍ）は、前記測定セルの内部に方向付けられた磁性体を備え、
前記磁性体は、周囲電気回路の揺動運動を割当てられ得る、
請求項９記載のスペクトル分析装置。
【請求項１２】
選択過剰圧変化の前記周波数は、１ヘルツ〜５０ヘルツに選択され、好適には２５ヘルツ〜３５ヘルツに選択される、
請求項１０または１１記載のスペクトル分析装置。
【請求項１３】
前記限定空間としての測定チャンバの容積は、０．５ｃｍ３〜３．０ｃｍ３に構成され、好適には０．８ｃｍ３〜１．２ｃｍ３に構成される、
請求項１〜１２何れか一項記載のスペクトル分析装置。
【請求項１４】
圧力の前記増加は、１：２〜１：１０に選択され、好適には１：４〜１：６に選択される、
請求項１〜１３何れか一項記載のスペクトル分析装置。
【請求項１５】
前記補正回路は、前記大気圧に関連するガスの前記測定濃度の送達測定値に関して削減値を算出するように構成される、
請求項１〜１４何れか一項記載のスペクトル分析装置。
【請求項１６】
前記電磁放射線は、前記送信手段と前記検知手段の間で適合される光学帯域フィルタとしての帯域フィルタを通過し得るように構成され、
前記帯域フィルタは、前記送信手段によって生じる前記電磁放射線の前記送信入射角に依存する波長を提供できるように構造化と構築のうちの少なくとも一方が行われ、
前記帯域フィルタは、個々の光電手段または検出器において受信すべく、第２選択波長成分と第２選択スペクトル要素のうちの少なくとも一方から第１選択波長成分と第１選択スペクトル要素のうちの少なくとも一方を分離するように構成され、
前記スペクトル分析ユニット（１３）は、２つ以上の受信波長成分と２つ以上のスペクトル要素のうちの少なくとも一方で生じる放射強度を検出および算出できるように構成される、
請求項１〜１５何れか一項記載のスペクトル分析装置。
【請求項１７】
前記帯域フィルタに隣接して、前記電磁放射線の分散角を限定する開口または窓が、配置される、
請求項１〜１６何れか一項記載のスペクトル分析装置。
【請求項１８】
前記開口または窓は、前記放射方向に関して前記帯域フィルタの前と後のうちの少なくとも一方に方向付けられる、
請求項１７記載のスペクトル分析装置。
【請求項１９】
関連する入射角に応じて、前記帯域フィルタは、入射電磁放射線を少なくとも１つ、好ましくは少なくとも２つの互いに異なる電磁的と光学的および所定の出射角に偏光するように構成される、
請求項１〜１６何れか一項記載のスペクトル分析装置。
【請求項２０】
互いに同一の複数の帯域フィルタは、同一の電磁放射線を受信するように構成され、
前記電磁放射線内に少なくとも２つの互いに異なるスペクトル要素が含まれる、
請求項１、１６、および１９何れか一項記載のスペクトル分析装置。
【請求項２１】
それぞれの角度またはそれぞれの選択角度に割当てられた出射光線に対して、関連スペクトル要素を分析させるべく、付属電気信号および算出によって前記スペクトル分析ユニット（１３）に適合した光電検出器が存在する、
請求項１６記載のスペクトル分析装置。
【請求項２２】
前記帯域フィルタとして、光学干渉に関して作用するフィルタが選ばれる、
請求項１６〜２１何れか一項記載のスペクトル分析装置。
【請求項２３】
前記スペクトル分析ユニット（１３）に関連する前記開口、前記帯域フィルタ、および包含チャネルのうちの少なくとも一つは、同一信号の受信手段と検知手段のうちの少なくとも一方に協調される、
請求項１６〜２２何れか一項記載のスペクトル分析装置。
【請求項２４】
二酸化炭素（ＣＯ２）濃度は、評価されると共に、グラフとして表示装置上に提示される、
請求項１６〜２３何れか一項記載のスペクトル分析装置。
【請求項２５】
前記検知手段に面する前記限定空間の端部は、送信電磁信号を１あるいは複数の光電検出器に向かって斜めに偏光させるべく電磁信号を反射する反射面部分を示す、
請求項１６〜２４何れか一項記載のスペクトル分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に電磁放射線および低濃度ガスの評価に適合したスペクトル分析装置に関する。
本発明の実際の適用は、ガスあるいはガス計量器またはこのガス計量器を用いてガスの存在を決定することを目的とする測定ユニットに適合したスペクトル分析装置を参照して以下でより具体的に記載される。前記ガスは、前記評価に適合したガス試料中において低濃度ガス状で生じる可能性がある。
【０００２】
次にこの種のガス適合型スペクトル分析装置は、電磁放射線に適合した放射または送信手段と、ガス試料の測定セルとして働くと共に、測定自体に適用する光学測定距離または経路を規定できるように意図される次の空洞型の限定空間と、前記送信手段から前記光学測定距離を通過する前記電磁放射線の検出または検知手段と、スペクトル分析を実行する、少なくとも前記検知手段に接続されたスペクトル分析ユニットとを示し得る。
【０００３】
電磁放射線を検知する前記検知手段は、このスペクトル分析ユニットにおいてスペクトル要素の相対放射強度測定を可能にするために、その選択波長成分またはスペクトル要素がスペクトル分析を実行するスペクトル分析ユニットにおいて分析の対象になり得るスペクトル領域に含まれるように意図される電磁放射線に対して光電的に感受性があるように構成される。
【０００４】
この技術分野は、ここに示されると共に利用される送信手段と、スペクトル分析を実行するスペクトル分析ユニットと共に先に公知の検知手段と、スペクトル分析ユニットに接続されて結果を提示するたとえば表示装置とを含む。したがってこれらの手段、スペクトル分析ユニット、および表示装置は、それらの構造組成に関して本出願においてより具体的な研究および例示の対象にするつもりはない。
【背景技術】
【０００５】
上記で言及した技術分野と特性に関連する方法、スペクトル分析装置および構造は、先に複数のさまざまな実施形態において公知である。
本発明が言及する技術および技術分野の背景の第１実施例として、ガス試料のスペクトル分析に適合したスペクトル分析装置が述べられ得る。前記スペクトル分析装置は、電磁放射線に適合した送信手段と、光学測定距離または経路を規定できるように意図されて測定セルとして働く空洞型の限定空間と、前記送信手段から前記光学測定距離を通過する前記電磁放射線の検知手段と、１あるいは複数の光電検出器を用いることによって、少なくとも前記検知手段に接続されてガス試料のスペクトル分析を実行するスペクトル分析ユニットとを有する。
【０００６】
電磁放射線を検知する前記検知手段は、このスペクトル分析ユニット内でスペクトル要素の関連および選択波長部分の相対放射強度を測定するために、選択波長成分またはスペクトル要素が、スペクトル分析を実行するスペクトル分析ユニット内の分析対象になり得るスペクトル範囲に含まれるように意図される電磁放射線に感受性があるように光電的に構成される。
【０００７】
先行技術（たとえば特許文献１，２，３，４を参照）について言及する。
ここに示されるガス試料を分析するスペクトル分析装置のより具体的な第１実施例として、ガスセンサに関連する検出器を製造する方法とこの方法で製造される検出器について言及する（たとえば特許文献５参照）。
【０００８】
ここに示されるスペクトル分析装置のより具体的な第２実施例について言及する（たとえば特許文献６参照）。
ここに示されるスペクトル分析装置のより具体的な第３実施例について言及する（たとえば特許文献７参照）。
【０００９】
さらに、別の実施例について言及する（たとえば特許文献８参照）。
本発明に関連する特徴を考慮するならば、関連波長部分のスペクトル要素の相対放射強度は、低濃度および非常に低濃度のガスにおいて低いことが公知であることと、得られる結果は、大きな誤差範囲を示すことが証明されていることとが言及され得る。
【００１０】
公知のスペクトル分析において、最低（高）濃度のガスは通常、一方では関連ガスの測定に必要とされ、他方ではその関連濃度の前記選択ガスまたはそのガス混合物の評価に必要とされる。
【００１１】
また、関連波長部分のスペクトル要素の相対放射強度は、関連ガスとガス混合物のうちの少なくとも一方のガス試料の圧力の増加と共に増えることも公知である。しかし、この増加は、本出願の関連ガスと関連ガス混合物のうちの少なくとも一方が、多かれ少なかれ現行圧力に依存性であるという事実によって決まる。
【００１２】
本発明に関連する特徴を考える上で、互いに異なる種類の光学的帯域フィルタを利用することも、先行技術の一部として知られ得る。
したがって、大きな波長領域を備える電磁放射線または光学的放射線を帯域フィルタに直角で供給することと、この検出器においてとスペクトル分析を行うように接続されたスペクトル分析ユニットにおいて狭いか短い波長領域の強度とその相対強度のうちの少なくとも一方を評価する光電気検出器に向かって選択短波長領域を通過するための前提条件をフィルタ内に作り出すこととが公知である。
【００１３】
そのような帯域フィルタはまた、前記垂直通過から分岐する角度領域内の電磁放射線または光学的放射線を供給されることが可能である。そのような帯域フィルタは、別の選択峡波長領域を通過するための前提条件を作り出すように構造化と構築のうちの少なくとも一方がなされている。
【００１４】
したがって、そのような帯域フィルタは、使用帯域フィルタを通る入射放射線の入射時と送信時の選択角度に依存する波長通過帯域を提供することができ得る。
また、得られた結果を示すため、特に零点かその零点近くの低濃度のガスとガス混合物のうちの少なくとも一方に対して高い測定精度が求められることも公知である。
【００１５】
また弱破砕性の光信号を集光するシステム（１００）は、内面に高反射コーティング（１０６か１１１）を備える長い中空チャンバ（１０５）によって含有される未知ガス（１０７）試料を照射するレーザ光線（１０２）を用いることも公知であると共に記載されている（たとえば特許文献９参照）。
【００１６】
この特許文献９は、レーザ光線（１０２）からの照射電磁放射線（１０３）が、長い中空チャンバ（１０５）の全長（「Ｌ」）に沿って方向付けられ、さらにチャンバまたは格納管内の未知ガスの振動分子と衝突することを開示する。
【００１７】
衝突は、入射光から分離され、次にチャンバまたは管のアパーチャ（１０８）のうちの１つを通って集光されるシフト電磁放射線（１１２）を放出させる。
散乱光子は、次に集光光学系組立体（１１６）と光子検出器（１２４）に誘導される。
【００１８】
この特許文献９は、前記格納手段（１０５）との相互作用を最小限に抑える手段と、前記電磁放射線ビーム（１０３）の非破砕部分（１０４）から前記電磁放射線ビーム（１０３）の破砕部分（１１２）を分離するための露光出口手段（１０８）と、前記格納手段（１０５）は、少なくとも０．５ｍｍの内径が割当てられ得ることとを開示する。
【００１９】
この特許文献９は、係数「２」の改善が、刺激ビームの経路に沿って分配される分子の数密度の増加を含むことを第２欄、第３１行〜第３７行において開示する。ここでは、圧力は、試料セルまたは格納手段（１０５）の内部で増加され得ることが示唆される。
【００２０】
しかし、そのような動作は通常、装置の複雑さと費用の有意な増加を伴うことが前記特許文献９において述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】米国特許第５，００９，４９３号（ＵＳ−Ａ−５００９４９３）明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第４１１０６５３号（ＤＥ−Ａ１−４１１０６５３）明細書
【特許文献３】米国特許第５，２６８，７８２号（ＵＳ−Ａ−５２６８７８２）明細書
【特許文献４】米国特許第４，０２９，５２１号（ＵＳ−Ａ−４０２９５２１）明細書
【特許文献５】国際公開第９９／４１５９２号（ＰＣＴ／ＳＥ９９／００１４５）パンフレット
【特許文献６】国際公開第９７／１８４６０号パンフレット
【特許文献７】国際公開第９８／０９１５２号パンフレット
【特許文献８】国際公開第０１／８１９０１号パンフレット
【特許文献９】欧州特許出願公開第０，５５７，６５５号（ＥＰ−０５５７６５５−Ａ１）明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
［本発明の技術的問題の陳述］
１あるいは複数の技術的な問題の解決策を提供するため、当業者が実行しなければならない技術的問題点が、一方では最初に必要な測定の知識と採用されるべき一連の手段のうちの少なくとも一方であり、他方では必要とされる１あるいは複数手段の必要な選択であるという状況を考慮するならば、以下の技術的問題が、このために本発明の主題を提示する上で関連するはずである。
【００２３】
したがって、上記されるように先行技術を考慮すると、スペクトル分析に適合したスペクトル分析装置で限定空間内のたとえば低濃度のガスなどガス試料を分析させるべく、電磁放射線または光放射線の強度をスペクトル的に分析させる簡易で費用効率が高い方法を提供するのに必要になり得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の優位性と問題点を理解できることが、技術的問題としてとらえられるべきである。
【００２４】
実際的に高い測定精度を得られるようにすべく前提条件を生じさせるのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的問題が存在する。
【００２５】
より明確な振幅の低下をもたらすために測定ガスの圧縮に適合した外部部分システムで実行される手段の修正に必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的問題が存在する。
【００２６】
所定のエネルギレベルで一定あるいは少なくとも本質的に一定に保たれるべく、ＩＲ光線（赤外線）型の前記送信手段を修正することと、ガスの変調濃度が、１あるいは複数の差分信号の生成または発生に適合できるようにガスの濃度の圧力が変化するように設定され、それによって環境の静的赤外線信号が選択信号処理において差し引かれ得ることとに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的問題が存在する。
【００２７】
ノイズ指数あるいは複数のノイズ指数の影響を限定できるようにするため、吸収の算出において増幅係数を限定できるようにするのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的問題が存在する。
【００２８】
零点と零点誤差のうちの少なくとも一方を明確にすべく前提条件を生じさせるのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的問題が存在する。
【００２９】
赤外線光源に一定の連続性パルス光線を放射させると共に、差分信号を生じさせる目的で測定ガスの圧力を変調させるのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的問題が存在する。
【００３０】
電磁放射線に適合した送信手段と、測定セルとして働くと共にガス試料を通過する光学測定距離または経路を規定できるように意図された空洞型のガス試料を包囲する限定空間と、前記送信手段から前記光学測定距離または経路を通過する前記電磁放射線の検知手段と、前記検知手段に接続される、スペクトル分析を実行する少なくとも１つのスペクトル分析ユニットとを備えるスペクトル分析装置に基づき利用するのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的問題が存在する。電磁放射線を検知する前記検知手段は、このスペクトル分析ユニットにおいてスペクトル要素の（相対）放射強度を測定すると共にこれを表示装置または対応手段上に提示するために、その選択スペクトル要素がスペクトル分析を実行するスペクトル分析ユニット内で分析対象になり得る（波長成分または）スペクトル領域内に含まれるように意図される電磁放射線に対して光電的に感受性があるように構成される。さまざまな波長の複合光線または電磁光線束の波長またはスペクトル要素の観点から、圧縮された、たとえば低濃度のガスまたは複数のガスで互いに隣接する成分の強度を簡単な方法でコスト効率よくスペクトル的に分析できるようにすることが、可能である。
【００３１】
上記で言及された前提条件下で互いに対してと特定および隣接する波長成分とスペクトル要素のうちの少なくとも一方に対してだけ、信号強度の相関性を測定するのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的問題が存在する。
【００３２】
ガス分析とガス濃度測定の範囲内での測定技術に限られたスペクトル分析を適合させるのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的問題が存在する。特定の「分光的特徴
」または「信号の印象」は、これらを少なくとも低濃度のガスにおいて物質固有の同定と含有量測定のうちの少なくとも一方に基づかせるのに必要とされる。
【００３３】
少数の波長特異的測定点またはスペクトル要素、すなわち物質当たり少なくとも１つの波長点を同定と監視のうちの少なくとも一方の対象にさせるのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点とを理解できるようにする上で技術的問題が存在する。
【００３４】
非分散型赤外線技術（非分散型赤外線または「ＮＤＩＲ」技法）の原理に従う一定の所定波長で測定信号をもたらすべく電磁帯域フィルタを利用させるのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的問題が存在する。
【００３５】
前記測定チャンバまたはセルにおいて所定の過剰圧下に前記ガスを設定させるのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的問題が存在する。
【００３６】
測定チャンバまたはセル内での吸収における１あるいは複数の波長に依存する送達結果を、大気圧での関連ガス濃度に対応する信号を送達させるべく、選択過剰圧と選択ガスまたはガス混合物の影響に対して適合補正回路によって補正させるのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的問題が存在する。
【００３７】
あらかじめ選択される過剰圧を、過剰圧での選択カスとガス混合物のうちの少なくとも一方に有効な吸収能に依存して適合および選択させるのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的問題が存在する。
【００３８】
選択ガスまたはガス混合物の吸収能／圧を決定する回路を備えた補正回路に協調して前記補正回路を設置させるのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点が理解できるようにする上で技術的問題が存在する。
【００３９】
あらかじめ設定される過剰圧を機械的手段によって生じさせるのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点が理解できるようにする上で技術的問題が存在する。
【００４０】
機械的手段をピストンとシリンダの装置から構成させるのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的問題が存在する。前記ピストンは、シリンダユニットにおいて関連する折返点同士の間を相互に移動するように構成される。
【００４１】
機械的手段を測定セルの内側か、測定セルとの関連で方向付けられる磁性体から構成させるのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的問題が存在する。前記磁性体は、磁性体を包囲する発振電気回路によって振動が提供され得る。
【００４２】
選択された過剰圧変化の周波数をたとえば約２５ヘルツ（Ｈｚ）〜３５ヘルツを好適とする１ヘルツ〜５０ヘルツに選択させるのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術
的問題が存在する。
【００４３】
測定チャンバをたとえば約０．８ｃｍ３〜１．２ｃｍ３を好適とする０．５ｃｍ３〜３．０ｃｍ３の容積に構成させるのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的問題が存在する。
【００４４】
圧力の増加をたとえば約１：４〜１：６を好適とする１：２〜１：１０に選択させるのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的問題が存在する。
【００４５】
大気圧に関連するガス濃度の信号または値を送信するように補正回路を構成させるのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的問題が存在する。
【００４６】
特に適合した光学帯域フィルタを通るように前記送信手段と前記検知手段の間の前記電磁放射線を構成させるのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的問題が存在する。
【００４７】
前記送信手段で生成および放射される波長領域が大きな電磁放射線による送信時の入射角に依存する波長を提供できるようにすべく、そのような帯域フィルタを配置、構造化または構築させるのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的な問題が存在する。
【００４８】
その時、その構築によってと共に選択された入射または類似の角度によって、同一送信電磁放射線内の第２選択スペクトル要素と第２波長成分のうちの少なくとも一方から第１選択スペクトル要素と第１波長成分のうちの少なくとも一方を分離させるようにこの帯域フィルタを構成させるのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的問題が存在する。
【００４９】
発生する放射強度を光電検出器によって検出できるように前記スペクトル分析ユニットを電気的に構成させるのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的問題が存在する。前記強度は、２つ以上の波長成分と２つ以上のスペクトル要素に有効である。
【００５０】
送信電磁放射線の発散角を限定する開口または窓を前記帯域フィルタに隣接して配置させるのに必要とされ得る技術的手段に関する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的問題が存在する。
【００５１】
前記開口または窓を利用帯域フィルタの前と後のうちの少なくとも一方に方向付けるのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的問題が存在する。
【００５２】
それぞれ１つが、狭波長成分とスペクトル要素のうちの少なくとも一方に適用できる少なくとも２つの互いに異なる光学的および所定の反射角または出射角に入射および送信光学放射線または電磁放射線を偏光させることができるように、光学（電磁）帯域フィルタを構成させるのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的問題が存在する。
【００５３】
その関連検出装置によってスペクトル分析を実行するスペクトル分析ユニットにおいて分析対象になり得る入射電磁放射線の主要角度に狭波長成分とその放射線に対する前記反射角または出射角を正確に関連させるのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的問題が存在する。
【００５４】
同一の帯域フィルタを同一の送信および入射電磁放射線を受信するように構成させるのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的問題が存在する。前記放射線において２つ（またはそれ以上）の互いに異なる選択波長成分またはスペクトル要素が、いかなる場合においても生じる。
【００５５】
個々のまたは同じ送信電磁放射線を受信するようにあらかじめ選択されるいくつかの帯域フィルタを構成させるのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的問題が存在する。前記放射線または複数の放射線において、少なくとも２つの互いに異なる波長成分またはスペクトル要素が生じる。
【００５６】
放射線のそれぞれの反射角またはそれぞれの選択反射角あるいは放射線の出射角に対して、スペクトル分析を実行するその関連するスペクトル分析ユニットにおいてその電気的に関連する波長成分またはその関連スペクトル要素を分析するように構成される光電検出器の存在を示すのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的問題が存在する。
【００５７】
前記光学的帯域フィルタとして光学干渉に作用するフィルタを選択するのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的問題が存在する。
【００５８】
スペクトル分析を実行する前記スペクトル分析ユニットに関連する前記開口または窓、前記帯域フィルタと包含チャネルのうちの少なくとも一方を前記信号の受信と検知のうちの少なくとも一方を行う手段に協調させるのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的問題が存在する。
【００５９】
前記開口または窓、前記帯域フィルタと前記チャネルを同一の離散受信装置に協調させるのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的問題が存在する。
【００６０】
瞬間的に生じるガスの濃度を二酸化炭素（ＣＯ２）として測定させるのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的問題が存在する。
【００６１】
限定空間の外側にある１あるいは複数の帯域フィルタと波長有意性検出器のうちの少なくとも一方に斜めに放射線部分を偏光させるべく、検知手段に面する限定空間の端部に電磁放射線を反射する面部分を示させるのに必要とされ得る技術的手段に関連する利点と技術的手段のうちの、少なくとも一方の有意性と問題点を理解できるようにする上で技術的問題が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００６２】
したがって、本発明は、以下の特許請求の範囲の請求項１の前文にしたがう、電磁放射線に適合する送信手段を備えたガス濃度のスペクトル分析に適合するスペクトル分析装置に基づく、導入のつもりで述べた公知の技術をその出発点として採用する。
【００６３】
前記送信手段に加えて、スペクトル分析装置は、ガス試料用に意図されると共に光学測定距離または経路を規定できるように意図される測定セルとして働く空洞型の限定空間と、前記送信手段から前記光学測定距離を通過する前記電磁放射線の検知手段と、少なくとも前記検知手段に接続されるスペクトル分析を実行するスペクトル分析ユニットとを示すガス試験分析用である。電磁放射線を検知する前記言及の検知手段は、このスペクトル分析ユニットで波長成分またはスペクトル要素の相対放射強度を測定すべく、スペクトル分析を実行するスペクトル分析ユニットにおいてその選択波長成分とスペクトル要素のうちの少なくとも一方が、分析対象になり得るスペクトル領域内に含まれるように意図される電磁放射線に感受性があるように構成される。
【００６４】
上記で言及された１あるいは複数の技術的問題を解決するために、本発明は、このように公知の技術が、あらかじめ選択された過剰圧下の前記測定チャンバ内に前記ガスを設置させることによって補われ得ることをより具体的に示す。さらに測定チャンバまたはセル内で吸収される１あるいは複数の波長に依存して獲得された結果は、たとえば大気圧に対してなど選択過剰圧に対して補正回路によって補正される。
【００６５】
しかも本発明は、一定または少なくとも本質的に一定に維持されるべく赤外線光線型の前記送信手段を変更するのに必要とされることと、ガスの濃度の圧力が変化するように設定されることと、ガスの変調濃度が、１あるいは複数の差分信号の生成または発生に適合させることによって、環境に関する静的赤外線信号が、選択信号処理において差し引かれ得ることとを開示している。
【００６６】
本発明の枠内に入る好適実施形態として、選択ガスとガス混合物のうちの少なくとも一方の選択過剰圧で有効な吸収能に応じて過剰圧が構成および選択され得ることがさらに示される。
【００６７】
補正回路は、選択ガスまたはガス混合物を測定する回路に対して吸収能／圧の公式を有する補正回路に協調する。
あらかじめ選択される過剰圧は、機械的手段によって生成され得る。前記機械的手段は、ピストンとシリンダの装置から構成されることが可能である。前記ピストンは、関連する折返点同士の間を移動自在に配置され、また前記機械的手段を測定セル内に方向付けられた磁性体から構成させ、周囲の電気回路によって前記磁性体に揺動運動が提供されることが可能である。
【００６８】
本発明にしたがって、選択過剰圧変化の周波数は、たとえば約２５ヘルツ〜３５ヘルツを好適とする、１ヘルツ〜５０ヘルツから選ばれたものとして示される。
測定チャンバは、たとえば約０．８ｃｍ３〜１．２ｃｍ３を好適とする０．５ｃｍ３〜３．０ｃｍ３の容積に適合すべきことと、圧力増加が、たとえば１：４〜１：６を好適とする１：２〜１：１０に選ばれ得ることとが、判明している。
【００６９】
より詳細には、補正回路は、瞬間的な大気圧に関連するガス濃度の補正値を提供するように構成されるべきことが示される。
本発明にしたがって、前記送信電磁放射線は、前記送信手段と前記検知手段の間で周波数と波長のうちの少なくとも一方に適合する光学帯域フィルタを通過するように構成され得ることがさらに示される。前記帯域フィルタは、前記送信手段によって生じた電磁放射線の送信時の入射角に依存する波長を提供できるように構造化および構築のうちの少なく
とも一方が行われる。
【００７０】
次にこの帯域フィルタは、送信電磁放射線内の第２選択波長成分または峡域または第２スペクトル要素から第１選択波長成分または峡域または第１選択スペクトル要素を分離するように構成され、前記スペクトル分析ユニットは、１あるいは複数の光電検出器によって２つ以上のそのようなスペクトル要素から生じる放射強度を検出できるように構成される。
【００７１】
本発明の基本概念の枠内に含まれる提案実施形態として、送信電磁放射線の分散角を限定する開口または窓が、前記帯域フィルタに隣接して配置され得ることも示される。
さらに、放射方向に考慮される前記開口または窓は、使用光学帯域フィルタの直前と直後のうちの少なくとも一方で考慮される送信方向に方向付けられるべきことが示される。
【００７２】
光学帯域フィルタは、ここでは入射電磁放射線を少なくとも２つの互いに異なる所定の反射角または出射角の電磁放射線に偏光させるように構成される。
より具体的には、同一の帯域フィルタは、同一電磁放射線を受信するように構成され得ることが示される。前記放射線の範囲内にいかなる場合でも少なくとも２つの互いに異なる波長成分またはスペクトル要素が含まれる。
【００７３】
放射線のそれぞれまたはそれぞれ選択された偏向角または出射角に対して光電検出器が存在する。前記光電検出器は、スペクトル分析を実行するそのスペクトル分析ユニット内において、スペクトル分析ユニットで受信されたその関連波長成分またはその関連スペクトル要素を分析するように構成される。
【００７４】
前記光学帯域フィルタとして、光学干渉に基づき作用するフィルタが選択されることは、利点であり得る。
前記スペクトル分析を実行する前記スペクトル分析ユニットに関連する前記開口または窓、前記光学帯域フィルタと包含チャネルのうちの少なくとも一方は、同一信号の受信と検知のうちの少なくとも一方を行う手段に協調される。
【００７５】
本発明の概念において、空気または呼気におけるように二酸化炭素（ＣＯ２）の存在および濃度の評価が含まれる。
検知手段に面する限定空間の端部は、隣接する帯域フィルタ方向に斜めに電磁放射線を偏光させるべく電磁放射線を反射する面部分を示す。
【００７６】
光線（狭い電磁放射線束型の）または光線の選択部分は、送信手段から光電検出器に向かって直角に直接向けられるようにするため、有利に構成され得る。
［利点］
主として本発明を特徴付けると考えられるべき利点と、それによって示される特定の有意な特徴は、スペクトル分析に適合したスペクトル分析装置において電磁放射線に適した送信手段、空間、および前記送信手段からの前記電磁放射線の検知手段、ならびに少なくとも前記検知手段に接続された、スペクトル分析を実行するスペクトル分析ユニットに対する前提条件が本明細書によって作り出されていることである。電磁放射線を検知する言及の検知手段は、スペクトル分析ユニット内において種々の算出によって圧縮ガス濃度に対するスペクトル要素の相対放射強度を決定するスペクトル分析を実行するこのスペクトル分析ユニットにおいて、その選択波長成分とスペクトル要素のうちの少なくとも一方が、分析対象になり得るスペクトル領域内に含まれるように意図される、フィルタを通過する電磁放射線に対して感受性があるように構成され得る。前記圧縮ガス濃度は、前記測定チャンバ内の前記ガスが、所定の過剰圧下に置かれ得ることを示し、それによって測定チャンバ内で吸収される１あるいは複数の波長に依存する送達結果が、補正回路によって選
択過剰圧に対して補正される。
【００７７】
さらに、前記送信電磁波は、前記送信手段と前記検知手段の間の適合化と構築のうちの少なくとも一方が行われた光学帯域フィルタを通過するように構成されるべきであり、前記帯域フィルタは、前記送信手段から生成および送り出された電磁放射線の送信入射角に依存する波長を提供できるように構造化されることが提案される。
【００７８】
しかも本発明は、一定か少なくとも本質的に一定として維持されるべくＩＲ光線（赤外光線）型の前記送信手段を修正することと、ガスの濃度の圧力が、変化するように設定されることと、ガスの変調濃度が、差分信号の生成または発生に適合され、それによって環境の静的赤外線信号が、選択信号処理において差し引かれ得ることとを開示している。
【００７９】
主として本発明を特徴付けると考えられ得る主題は、以下の特許請求の範囲の請求項１の特徴部分内に開示される。
低濃度ガスの測定精度の評価を可能にする基本原理と本発明に関連する有意な特徴を示す本提案実施形態は、次に添付の図面を参照して例示目的でより具体的に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】第１グラフＡは、種々の時間に関連した濃度に対する時間に関連したガス試験シーケンス。第２グラフＢは、光電ＩＲ検出器（赤外検出器）の信号配列の時間に関連した信号応答。第３グラフＣは、第２グラフＢにおいて例示される信号配列からガス計量器または測定ユニットによって算出された時間に関連した測定結果。
【図２】送信手段と、前記ガス試料に適合した限定圧力抵抗性空間と、検知手段と、その割当て表示装置と、現行の吸収能／圧を補正する補正回路とを備えたスペクトル分析を実行するスペクトル分析ユニットとを用いるＮＤＩＲ技術の利用下で、たとえば低濃度のガスなど圧縮濃度のガスまたはガス混合物に適合したスペクトル分析装置の原理。
【図３】１チャネル測定（単一光束ＮＤＩＲ技術）プロセスと２チャネル測定（二光束ＮＤＩＲ技術）プロセスの公知の受信装置または検知手段の原理。
【図４】本発明に関連する光学スペクトル分析装置。
【図５】第４グラフＤは、測定ガスを圧縮する外部部分システムが変更されているが、図１の第２グラフＢと第３グラフＣに従う赤外線ガス計測ユニットにおける赤外線検出器の時間に関連した信号応答図。第５グラフＥは、第４グラフＤにおいて例示される信号配列からガス計量器によって算出された測定結果の時間に関連した図。第６グラフＦは、赤外線光源が一定赤外線光線を放射するように構成され、かわりに測定ガスの圧力を変化させることによって、変調を暴露するように構成される赤外線ガス測定ユニットにおける赤外線検出器の時間に関連した信号応答図。第７グラフＧは、第６グラフＦにおいて例示される信号配列に基づきガス測定ユニットによって算出された時間に関連した測定結果図。
【発明を実施するための形態】
【００８１】
［公知の問題点の簡単な説明］
図１の第１グラフＡ〜第３グラフＣは、ＮＤＩＲガス計測ユニットにおいて赤外線検出器を利用するが、互いに異なる測定原理の試験ガスシーケンスを図式的に例示する目的を有する。
【００８２】
図１の第１グラフＡは、したがって予定試験ガスシーケンスを例示すると共に、測定ガス試料の濃度に関連付けて種々の測定原理の実際の測定精度を例示することを目的とする。
【００８３】
図１の第２グラフＢは、在来式の古典的ＮＤＩＲガス計測または測定ユニットにおける
赤外線検出器の信号応答を例示する。前記赤外線検出器において、利用赤外線光源は、周囲の静的赤外線光線が次の信号処理で差し引かれ得るようにするため、差分信号を生成する目的で点滅する。
【００８４】
ここではガス濃度の増加につれて、信号のほとんど目に見えない振幅低下が生じていることに注目すべきである。
図１の第３グラフＣは、第２グラフＢにしたがう信号配列の展開測定結果を例示する。この図における分解能は、システムのノイズレベルのおよそ±７ｐｐｍに限定されるので、試験ガスシーケンスにおける段階的増加を基本的に識別不可能にする。
【００８５】
これはまた、測定結果が影響を受けること、すなわち検出器の熱的変動に対する感度が大きいことによって影響を受けることを示す。
このような負の影響を最小限に抑えるため、赤外線光源は、包含成分が許容する同じ周波数ｆで点滅するように製造される（周波数ｆは通常１ヘルツ）が、残りの熱ノイズは、展開測定値に重ね合わさったノイズとして転送される。
【００８６】
ノイズを排除すべくより強力な赤外線光源を用いることによって、一般的には解決策が提供されるが、より強力なエミッタは、消費させないように質量をより大きくしなければならず、より大きな質量のより強力なエミッタは、変調可能性をより低くする。すなわち、電力の増加で得られるものは、より低い変調周波数で失われる（ノイズは、係数１／ｆ減少する）。
【００８７】
［本提案実施形態の説明］
前置きとして、指摘すべきは、添付の図面に示された図２〜図５によって明確にされる本発明に関連する有意な特徴を示す本提案実施形態の以下の説明において、我々は、主として本発明の概念自体を明確にするために用語と特有の専門用語を選んだことである。
【００８８】
しかし、これに関連して注目すべきは、ここで選ばれた用語は、ここで利用および選択された用語のみに限定されるものと理解されるべきではないことであり、このようにして選ばれたそれぞれの用語は、さらに、同じか本質的に同じ目的と技術的結果のうちの少なくとも一方を獲得するために、同じか実質的に同じ方法で機能する全ての技術的に同等なものを含め得るように解釈されるべきことは言うまでもない。
【００８９】
したがって、同封の図２〜図５をそれぞれ参照することによって、本発明の前提条件は、以下でより具体的に記載される本提案実施形態によって具体化される本発明に関する有意な特性について図式的および詳細に示される。
【００９０】
図２は、波長間隔が大きい電磁放射線Ｓに適合した送信手段１０と、過剰圧力（Ｐａ）を受けるガス試料Ｇの適合測定セルとその関連測定経路Ｌとして働くべく正確な光学測定距離または光学測定経路Ｌを規定できるように意図される空洞型の限定空間１１とを備える、スペクトル分析に適したスペクトル分析装置Ａの原理を図式的に示す。
【００９１】
さらに送信手段１０から光学測定距離Ｌを通過する電磁放射線Ｓの検知手段１２（３ｂ，３ｂ’）と、どんな状況であっても検知手段１２と、検知手段１２の内部に含まれた第１光電検出器３ｂと第２光電検出器３ｂ’ とに接続リード１２１を介して接続される、
スペクトル分析を実行するスペクトル分析ユニット１３とが例示される。
【００９２】
さらに電磁放射線Ｓを検知する言及する検知手段１２と、検知手段１２に関連する第１光電検出器３ｂと第２光電検出器３ｂ’ とは、受信スペクトル要素の相対放射強度を主
にこのスペクトル分析ユニット１３で算出および測定するスペクトル分析を実行するスペ
クトル分析ユニット１３においてその選択波長成分またはスペクトル要素が、分析対象になり得るスペクトル領域内に含められるように意図される電磁放射線に感受性があるように構成され得る。
【００９３】
送信手段１０と検知手段１２の間の放出電磁放射線Ｓは、たとえば光学帯域フィルタ１４などの選択帯域フィルタに進み、光学帯域フィルタ１４を通過するように構成される。
留意すべきは、本発明が、一定または少なくとも本質的に一定のように維持されるべく赤外線光源型の送信手段１０を変更することに基づくことと、ガスの濃度の圧力（Ｐａ）が、時間的に変化するように設定されることと、ガスの変調濃度が、差分信号の生成または発生に適合され、それによって環境の静的赤外線信号が、選択信号処理において差し引かれ得ることとである。
【００９４】
表現「一定」または「本質的に一定」に関して、パルス赤外線光線を発生させることは本発明の範囲内であり、評価段階にあるそれぞれのパルスは、測定シーケンス中、同じか本質的に同じ強度または振幅あるいは一定の赤外線光線を有する。
【００９５】
そのような帯域フィルタ１４は、送信手段１０によって生じる電磁放射線Ｓの送信時の入射角に依存する波長を提供できるようにするため図４にしたがって構造化と構築のうちの少なくとも一方が行われる。
【００９６】
次にこの帯域フィルタ１４は、選択入射角によって、第２選択スペクトル要素４ｂから第１選択スペクトル要素４ａを分離するように構成され、第１光電検出器３ｂと第２光電検出器３ｂ’は、共にスペクトル分析ユニット１３に接続される。スペクトル分析ユニット１３は、２つ以上のそのようなスペクトル要素に対して生じる放射強度を検出できるようにするため、モジュールで適合される。
【００９７】
スペクトル分析を実行するスペクトル分析ユニット１３は、中央装置１３ｂによって制御および起動される、接続リード１０１を通じた電磁放射線Ｓの送信モジュール１３ａを示し、それぞれが信号の送信と変換のうちの少なくとも一方を行う検出器として働く幾つかの信号受信モジュールとしての第１接続ピン１３ｃ、第２接続ピン１３ｄ、および第３接続ピン１３ｅも、中央ユニット１３ｂに接続されるが接続リード１２１を通じてである。
【００９８】
信号を比較する比較回路１３ｆによって、送信手段１０から送信された電磁放射線Ｓａは、受信された特定の電磁放射線Ｓｂとスペクトル分析ユニット１３において比較されることが可能である。
【００９９】
次に中央装置１３ｂにおいて評価および算出された結果は、グラフ１５ａとして表示装置１５に転送されることが可能である。
図２は、より詳細にはキュベットつまり限定空間１１内のガスＧ試料が、電磁放射線Ｓａを用いて分析されるか、放射線束４とみなして分析され得る、吸収キュベットのアプリケーションを例示する。放射線Ｓａは、エミッタユニット１０ａによって送信され、さらにたとえば第１光電検出器３ｂと第２光電検出器３ｂ’などの光電検出器によって受信される。
【０１００】
エミッタユニット１０ａは、放射線源と、光線を調整するコリメータとから構成されることが可能である。コリメータは、放射線束４を有する放出放射線Ｓａを可能な限り効率的に集光すると共に、放射線を吸収キュベット長Ｌの中を第１光電検出器３ｂと第２光電検出器３ｂ’または受信器１２に向かって方向付ける目的を有する。
【０１０１】
エミッタユニット１０ａは、ここではガスを充填するか、真空にしたガラス球内のグローワイヤ型、すなわち白熱灯、あるいはシリコン技術とマイクロ工学を用いて作り出されたセラミック基板または薄膜上の加熱抵抗またはバランスのとれた発光スペクトルを有する発光ダイオードが与えられることが可能である。
【０１０２】
本発明の指示に従って、エミッタユニット１０ａは、放射線束４の発光Ｓａを送信できる。放射線束は、強度が個々の第１光電検出器３ｂと第２光電検出器３ｂ’で光電的に検出されると共にスペクトル分析ユニット１３において評価されることになる波長の全てを少なくとも備えなければならない。
【０１０３】
次に吸収キュベットとしての限定空間１１は、選択アプリケーション、選択測定精度、測定ガスＧが過剰圧を介して集められると期待され得る方法などに依存してさまざまな方法で設計されることが可能である。
【０１０４】
特定のアプリケーションにおいて、吸収キュベットの限定空間１１は同時に、エミッタユニット１０と受信器１２が堅固に備え付けられる機械的枠を構成することが可能である。
【０１０５】
受信ユニット１２の第１光電検出器３ｂと第２光電検出器３ｂ’は、後にスペクトル分析を実行するスペクトル分析ユニット１３において算出分析の対象になり得る光電波長依存性電気信号を生成するように構成される。
【０１０６】
そのようなスペクトル分析ユニット１３は、この技術分野において周知であるため、ここでは詳細に記載されない。
スペクトル分析ユニット１３は、関連ガス濃度とガスとガス混合物のうちの少なくとも一方を示す結果を算出するように意図されている。
【０１０７】
たとえば測定距離または経路あるいは吸収距離の長さＬを増やすためなど必要な測定感度を増強できるようにするため、これは、たとえば測定セルまたは限定空間１１内を前後に多重反射通過帯域を備えるなど、いわゆるマルチパスセルを備える種々の光学スペクトル分析装置によって実現されることが可能である。
【０１０８】
さらにコリメータまたは反射器１０ｂが所望の正確な方向に完全に調整できない放出電磁放射線Ｓａを収集または集中させることができるようにするため、エミッタユニット１０ａからの光線が、たとえば導波管など受信ユニット１２に向かって前方に伝えられるように設計された反射内面と形状を備える吸収セルを公知の方法で利用することが可能である。
【０１０９】
図３は、一チャネル測定技法に適合した公知の受信ユニット１２を図式的に例示する。放出された入射光線４は、第１干渉フィルタ３ｆで光学的に濾過される。第１干渉フィルタ３ｆは、この実施例において、単に、非常に狭い明確に規定されたスペクトル間隔内の電磁放射線または光線４ａだけが、第１干渉フィルタ３ｆを通ってこの放射線に感受性がある第１光電検出器３ｂに到達できるように、封入体１２ａ内の開口（アパーチャ）３ｉに接続した受信ユニット１２の封入体１２ａ上に下方窓として備え付けられている。
【０１１０】
第１開口３ｉは、特別にフィルタリングする機能を有する。すなわち電磁放射線４，４ａを単に検出器要素としての第１光電検出器３ｂに向かわせるだけである。第１開口３ｉは、エミッタユニット１０からの方向に接続し、他の方向からの光線および放射線を抑制する。抑制しなければ、他方向からの放射線および光線は、スペクトル分析ユニット１３内での算出結果に否定的および妨害的に寄与し得ることになる。
【０１１１】
したがって、壁１ａ，１ａ’（図２）は、受信ユニット１２の構造と同様に周囲世界に対する遮蔽体を構成する。
検出器要素としての第１光電検出器３ｂは、たとえば光ダイオード、量子検出器、集電検出器または光電変換用の他の何らかの形式の熱検出器の様式からなる。
【０１１２】
第１光電検出器３ｂは、大きさと形状が、第１開口３ｉと第１フィルタ３ｆを通過する放射線４ａの強度とその周波数範囲に依存すると共に対応し得る何らかの電気信号を発生させる能力を有することが重要である。
【０１１３】
例示の電気コネクタまたはリード３ｃ，３ｃ’を用いることによって、これらの電気信号は、受信ユニット１２の第１測定プラグとしての第１接続ピン３ｄと第２測定プラグとしての第２接続ピン３ｅに転送される。受信ユニット１２からスペクトル分析ユニット１３での続く増幅器段階（表示なし）と他の電子機器／コンピュータ処理のうちの少なくとも一方は、測定信号を、たとえば表示装置１５上にグラフ１５ａとして目に見える評価され得る最終結果に高める。
【０１１４】
ガス測定が、ＮＤＩＲ技術にしたがって生じ得る場合、フィルタ透過４ａの波長は、ガス濃度が測定されるべき物質に特有の吸収波長に一致するように選ばれる。
図３は、また２チャネル測定技法に公知な受信ユニット１２を図式的に示す。この受信ユニット１２は、図示および記載されたものに加えて、後方に位置する第２干渉フィルタ３ｆ’を備えたさらに別の第２開口３ｉ’と、それに関連した第２光電検出器３ｂ’とが提供されている。
【０１１５】
第２干渉フィルタ３ｆ’は、ここでは第１干渉フィルタ３ｆとは別の第２透過波長４ｂが選ばれるので、選択される第２赤外線光線４ｂは、選択される第１赤外線光線４ａとは別の波長を有することになる。
【０１１６】
それらの波長を有する第２赤外線光線４ｂに対しては第３接続ピン３ｈと第２接続３ｅで、さらにそれらの波長を有する第１赤外線光線４ａに対しては第１接続ピン３ｄと第２接続ピン３ｅで電気的に測定可能な信号に変換される対応信号は、それによって２つの瞬間光強度が、第１赤外線光線４ａと第２赤外線光線４ｂに属する２つの選ばれた互いに異なる波長成分またはスペクトル要素の間でどの程度互いに異なるかの情報を提供する。
【０１１７】
リード１２１による測定信号の正確な評価を歪めるリスクがある、４で指定される電磁放射線Ｓまたは光束Ｓａの内側に放射される強度の短期変動は、測定チャネルのうちの１つが、選ばれた信号中立波長での強度対照に用いられる場合、完全に利用および調整されることが可能である。
【０１１８】
図２を新たに参照すると、ガス試料を圧縮すると共に、ガスの評価濃度値をより正確に分析可能な値に高めるスペクトル分析装置Ｍがより詳細に例示されている。
本発明は、その点において低濃度値のガスに関して例示され得る。
【０１１９】
測定チャンバ１１内のガスＧは、所定の過剰圧（Ｐａ）下に置かれる。測定チャンバ１１内で吸収される１あるいは複数の波長に依存する表示装置１５ａ上の放出結果は、補正回路１３ｇによって選択過剰圧（Ｐａ）の影響に対して補正される。
【０１２０】
本発明は、過剰圧（Ｐａ）が選択ガスとガス混合物のうちの少なくとも一方に対する選択過剰圧での吸収能に依存して構成および選択されることを示す。
補正回路１３ｇは、それぞれの選択ガスまたはガス混合物の吸収能／圧を測定する回路
１３ｈ’を備える補正装置１３ｈに協調する。吸収能と選択圧Ｐａの関係は、隣接するｐ／ａグラフに例示される。
【０１２１】
したがって補正回路１３ｇは、保存値または評価値の評価仮想ガス濃度を削減するように構成される。
注目すべきは、ここで例示されるＰ／ａグラフは、それらのガスまたはガス混合物に有効な幾つかのグラフの中の１つと考えられ得ることである。
【０１２２】
したがって、吸収能ａは、Ｐｏの大気圧では０であり、そして非常に不確かな結果を有する初期領域ｄ、続いてある程度不確かな結果を有する領域ｂ、引き続いて好結果を有するガス濃度領域ｃを示す。
【０１２３】
あらかじめ選択される過剰圧Ｐａは、機械的手段Ｍによって生成させることが可能である。
機械的手段Ｍは、ここでは図２においてピストン２１とシリンダ２２を有するピストン装置２０を備えるように例示される。ピストン２１は、関連する折返点同士の間に可動的に位置付けられ、上方の折返点が示されている。シリンダ２２は、この場合では測定チャンバ１１内において選択過剰圧（Ｐａ）による加圧下のガス試料Ｇを測定すべく４サイクルエンジンに協調する弁が提供されている。
【０１２４】
機械的手段Ｍは、別の方法として測定セル１１に位置付けられた磁性体または測定セルに関連する磁性体で構成され得る。磁性体は、周囲の電気回路（表示なし）によって振動が与えられる。
【０１２５】
機械的手段Ｍを介する選択選過剰圧変化の周波数は、たとえば約２５ヘルツ〜３５ヘルツなど、１ヘルツ〜５０ヘルツに選択される。
測定チャンバ１１は、たとえば約０．８ｃｍ３〜１．２ｃｍ３など、０．５ｃｍ３〜３．０ｃｍ３の容積に構成される。
【０１２６】
圧力の増加は、期待ガス濃度に依存するが、通常の場合、たとえば約１：４〜１：６など、１：２〜１：１０に選択されるべきである。
補正回路１３ｇは、大気圧に関連するガス濃度の削減値を表示装置１５とその表示１５ａにガス濃度の削減値を提示するように構成される。
【０１２７】
図４は、本発明の原理に従うさらに別の光学スペクトル分析装置Ａ’を例示する。
図２のＮＤＩＲ構造と比較すると、ここでは受信ユニット１２が、測定セル１１の上半分を（直接）通過した光束４ａによって直接照射される下方検出器要素３ｂを備えることを目的とする構造と交換されていることが示される。
【０１２８】
次に上方検出器要素３ｂ’は、測定セル１１の下方半分を（直接）通過する光線または光束４ｂによって照射されることになるが、光線または光束４ｂは、導入される小さな反射ミラー面５によって検出器３ｂ’に向かって上に曲げられている。
【０１２９】
反射ミラー面５はここでは、干渉フィルタ３ｆ’に向かう入射角が、外見的には図４の下方部分においてエミッタユニット１０’の虚像に基づいたスペクトル分析装置に要求される値αを有することができるように、光線４の最初の伝搬方向に対してα／２の角度で備え付けられる。
【０１３０】
その際、本発明に関連するスペクトル分析装置の解決策を提供するために、一方では受信ユニット１２に必要な入射角を発生させることができ、他方では互いに異なる圧力を生
成する互いに異なる手段Ｍと互いに異なる補正回路１３ｇを示し得る幾つかの可能な解決策のスペクトル分析装置Ａとその変形が、存在する。
【０１３１】
図５の第４グラフＤ〜第７グラフＧは、それぞれ図２〜図４において示される実施形態にしたがう本発明をさらに例示する。
図５の第４グラフＤは、したがって、測定ガスＧを圧縮する外部部分システムＭによって修正されるが、先行する図１の第２グラフＢと図１の第３グラフＣにおける１つと同じ方式の赤外線ガス測定ユニットにおける赤外線検出器の時間に関連した信号応答を例示する。
【０１３２】
ここで注目すべきは、ガス濃度の増加につれてこの圧縮ガス混合物の信号の振幅がより明らかに低下していくことである。
図５の第５グラフＥは、図５の第４グラフＤの信号シーケンスのガス測定ユニットの算出測定結果を例示する。
【０１３３】
試験ガスの濃度の関数としてこの場合においてより明白に振幅が変化した結果として、吸収算出の増幅係数は、最初の場合よりもずっと低く維持されることが可能であり、この場合におけるノイズ指数は、対応程度に小さくなり、さまざまな段階が、より明確に出現する。
【０１３４】
しかし、ここで明確に認められ得るゼロ点誤差、この場合、約７ｐｐｍに注目する。
零点誤差は、古典的ＮＤＩＲ技術に典型的な精度制限のうちの１つである。
図５の第６グラフＦにおいて、本発明に従って構造化される赤外線ガス測定ユニットにおける赤外線検出器の信号応答が例示される。赤外線光源は、「一定の」赤外線光線を発光すべく作動され、代わりに、環境の静的赤外線光線が次の信号処理で差し引かれ得るように、差分信号を生成させる目的で所望の変調が、測定ガスの圧力によって生じる。
【０１３５】
図５の第７グラフＧは、図５の第６グラフＦにおける信号シーケンスに基づくガス測定の算出測定結果を例示する。
注目すべきは、零点誤差が、この場合には無いことである。ＡＣ信号によって生じた結果は、フィルタリングされている。
【０１３６】
吸収成分が、圧力変調によって変調されるだけなので、赤外線光源と他の光学系の可能な経年劣化は、ＤＣレベルの信号を生じさせるだけである。
光学測定中にガスを圧縮することによって、ガス吸収ａは、図２のＰ／ａグラフに従って増加する。
【０１３７】
この作用は、分子が推し進められ、長い測定距離Ｌを通過すると、ますます多くの分子が赤外線光線と相互に作用し得ることに依存する。
このプロセスの有効性は、分子の相互衝突のために増加し、さらに圧力によって非直線的に増加する、つまり好ましい高圧測定である。
【０１３８】
光学測定中にガス圧縮を変調することによって、ガスの吸収は、零点安全性が完全に確保されると同時に増幅される。何故ならこの場合の検出器のＡＣ成分が、ガス濃度に正比例することになるからである。
【０１３９】
これらの光源はこのとき、電力変調せずに機能することが可能なので、いっそう強力な赤外線エミッタを利用することにより、信号／ノイズ比は、この方法によってさらに改善されることが可能である。
【０１４０】
さらに、いっそう高い空気圧変調周波数で動作することによって、１／ｆノイズを減らす可能性が存在する。
本発明は、言及された技術的問題の解決策に関して、測定セル中のガスが、あらかじめ選択された過剰圧下に配置され得ることと、測定セル内で吸収下にある１あるいは複数の波長に依存する送達結果が、たとえば大気圧など選択過剰圧に対して補正回路によって下方に補正されることとを提供している。
【０１４１】
赤外線光線型の送信手段は、たとえパルス赤外線光線中であっても、一連の補正中に一定エネルギ値に維持または調整されることができる。
ガスの濃度の圧力は、ガスの所定濃度内で変化するように設定され、ガスの変調濃度は、差分信号の生成または発生に適合されることによって、環境の静的赤外線信号が、選択信号処理技法において差し引かれることが可能である。
【０１４２】
本発明はもちろん、実施例として上記に開示された実施形態に限定されず、下記の請求項において例示される本発明の概念の枠内で変調を受けることが可能である。
特に注目すべきは、所望の技術的機能を得ることが可能なその構造内でスペクトル分析ユニットと回路のうちの少なくとも一方を例示するそれぞれのスペクトル分析ユニットと回路のうちの少なくとも一方は、互いに組み合わされ得ることである。
【０１４３】
本発明は、主として低濃度のガスで適用されるように意図されるが、より高濃度のガスへの本発明原理の適用を阻むものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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