DE102005025675A1 - Radiator for non-dispersing infrared (IR) gas analyser contains light source in radiator chamber, with radiation guided through outlet window(s) - Google Patents

Radiator for non-dispersing infrared (IR) gas analyser contains light source in radiator chamber, with radiation guided through outlet window(s) Download PDF

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Abstract

Radiator for IR gas analyser has radiation chamber (1) with light source (3), whose radiation (10) is guided into radiation path of analyser through outlet window(s) (2). Radiation switching control is periodical and carried out by DMD (4) in radiation chamber for periodical electric energizing of light source for alternate guiding radiation into and out of radiation path direction.

Description

Die Erfindung betrifft eine Strahleranordnung für einen nichtdispersiven Infrarot-Gasanalysator mit einer Strahlerkammer und einer darin angeordneten Strahlungsquelle, deren Strahlung durch mindestens ein Austrittsfenster in mindestens einen Strahlengang des Gasanalysators geleitet wird, und mit Mitteln zum periodischen Ein- und Ausschalten der Strahlung in dem mindestens einen Strahlengang.The The invention relates to a radiator arrangement for a non-dispersive infrared gas analyzer with a radiation chamber and a radiation source arranged therein, their radiation through at least one exit window in at least a beam path of the gas analyzer is passed, and with means for periodically switching on and off the radiation in the at least a beam path.

Nichtdispersive Infrarot-(NDIR)-Gasanalysatoren als Ein- oder Zweistrahlgeräte mit einem Strahlengang bzw. zwei Strahlengängen sind beispielsweise aus der DE 198 41 491 A1 bekannt. Dabei wird die Strahlung einer Infrarot-Strahlungsquelle mittels einer Strahlungszerhackereinrichtung in Form eines Blendenrades moduliert und durch eine mit einem zu analysierenden Messgas gefüllte Messgasküvette zu einem Detektor geleitet. Bei dem Zweistrahlgerät wird die Strahlung mit Hilfe eines Strahlungsteilers in zwei parallele Strahlengänge durch die Messküvette und eine mit Inertgas gefüllte Vergleichsküvette aufgeteilt.Non-dispersive infrared (NDIR) gas analyzers as one or two-beam devices with one beam path or two beam paths are, for example, from DE 198 41 491 A1 known. In this case, the radiation of an infrared radiation source is modulated by means of a radiation chopper device in the form of an aperture wheel and passed through a sample gas cuvette filled with a sample gas to be analyzed to a detector. In the case of the two-beam device, the radiation is divided by means of a radiation splitter into two parallel beam paths through the measuring cuvette and a comparison cuvette filled with inert gas.

Das zur Modulation der Infrarot-Strahlung dienende Blendenrad benötigt zwischen der Strahlungsquelle und der Messküvette bzw. der Vergleichsküvette einen Luftspalt, innerhalb dessen es rotieren kann. Bei der Messung von Kohlendioxidkonzentrationen, insbesondere von sehr geringen Kohlendioxidkonzentrationen, beispielsweise in der Größenordnung von 50 ppm, kann sich der Luftspalt als sehr störend erweisen, da die Luft selbst ca. 400 ppm Kohlendioxid enthält und dieser Kohlendioxidanteil außerdem aufgrund von Umgebungseinflüssen, beispielsweise Atemluft oder in der Umgebung von Verbrennungsprozessen, stark schwanken kann.The for the modulation of the infrared radiation serving aperture wheel between the radiation source and the cuvette or the comparison cuvette a Air gap within which it can rotate. In the measurement of Carbon dioxide concentrations, in particular of very low carbon dioxide concentrations, for example, in the order of magnitude of 50 ppm, the air gap can be very disturbing as the air itself contains about 400 ppm of carbon dioxide and this carbon dioxide content Furthermore due to environmental influences, For example, breathing air or in the vicinity of combustion processes, can vary greatly.

Um eine vom Kohlendioxidgehalt der Außenluft unabhängige genaue Messung der Kohlendioxidkonzentration in dem Messgas zu ermöglichen, ist es aus der DE 101 04 556 A1 bekannt, den zwischen der Strahlungsquelle und der Messküvette liegenden Bereich des Strahlenganges mitsamt dem Blendenrad mittels eines Gehäuses zu umschließen, welches von einem kohlendioxidfreien Spülgas durchströmt wird.In order to enable an accurate measurement of the carbon dioxide concentration in the measurement gas independent of the carbon dioxide content of the outside air, it is known from US Pat DE 101 04 556 A1 It is known to enclose the area of the beam path between the radiation source and the measuring cuvette together with the aperture wheel by means of a housing through which a purge gas free of carbon dioxide flows.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative Lösung anzugeben, die mit geringerem konstruktiven Aufwand verbunden ist.Of the Invention has for its object to provide an alternative solution which is associated with less design effort.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei der Strahleranordnung der eingangs angegebenen Art die Mittel zum periodischen Ein- und Ausschalten der Strahlung eine in der Strahlerkammer angeordnete digitale Mikrospiegelanordnung nach dem DMD-Typ aufweisen, die durch elektrische Ansteuerung die Strahlung der Strahlungsquelle abwechselnd in den mindestens einen Strahlengang und eine davon abweichende Richtung leitet.According to the invention the task is solved by that in the radiator arrangement of the type specified in the Means for periodically switching on and off the radiation arranged in the radiator chamber digital micromirror arrangement have the DMD type, which by electrical control the Radiation of the radiation source alternately in the at least one Beam path and a different direction directs.

Digitale Mikrospiegelanordnungen sind in Form von Chips mit Mikrospiegeln, so genannte DMD-Chips (Digital Micromirror Device), bekannt. Ein solcher Chip weist auf seiner Oberseite ein Mikrospiegelfeld mit hunderttausenden und mehr Mikrospiegeln auf, die jeweils als Wippe auf einer CMOS-Speicherzelle gelagert sind. In Abhängigkeit von der Ladung der Speicherzelle kippt der Mikrospiegel aus einer Neutrallage nach rechts oder links, so dass sich das Reflexionsverhalten des Mikrospiegels entsprechend verändert. Der Trend geht zur Entwicklung immer kleinerer Spiegel, da sich diese schneller bewegen lassen. Durch äußerst schnelle Ansteuerung sämtlicher Mikrospiegel des Mikrospiegelfeldes kann das optische Verhalten und die Umlenkung von auf das Mikrospiegelfeld treffender Strahlung in weiten Grenzen gesteuert werden.digital Micromirror arrays are in the form of chips with micromirrors, so-called DMD chips (Digital Micromirror Device), known. One such chip has on its top with a micromirror field Hundreds of thousands and more micromirrors, each as a rocker are stored on a CMOS memory cell. In dependence of the charge of the memory cell tilts the micromirror from a neutral position to the right or left, so that the reflection behavior of the Micromirror changed accordingly. The trend is towards the development of ever smaller mirrors, since let them move faster. Due to extremely fast control all Micromirror of the micromirror field can be the optical behavior and the redirection of radiation impinging on the micromirror field be controlled within wide limits.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Strahleranordnung besteht darin, dass die Mittel zum periodischen Ein- und Ausschalten der Strahlung aus einer solchen, an sich bekannten digitalen Mikrospiegelanordnung bestehen und dass diese Mikrospiegelanordnung innerhalb der Strahlerkammer angeordnet ist. Dadurch bedarf es keines Blendenrades oder sonstiger außerhalb der Strahlerkammer und der Mess- und/oder Vergleichsküvette des Gasanalysators angeordneter Mittel zur Modulation der Strahlung, so dass die erfindungsgemäße Strahleranordnung und die Mess- bzw. Vergleichsküvette unmittelbar, d. h. ohne Zwischenraum, aneinander montiert werden können.Of the substantial advantage of the radiator arrangement according to the invention exists in that the means for periodically switching on and off the Radiation from such, known per se digital micromirror arrangement exist and that this micromirror arrangement is disposed within the radiator chamber is. This requires no aperture wheel or other outside the radiator chamber and the measuring and / or reference cuvette of Gas analyzer arranged means for modulation of radiation, so that the radiator arrangement according to the invention and the measurement or comparison cuvette directly, d. H. without space, to be mounted together can.

Die Strahlerkammer ist vorzugsweise mit einem Schutzgas gefüllt, wobei die elektrischen Leitungen zur Ansteuerung der digitalen Mikrospiegelanordnung genauso wie die Versorgungsleitungen für die Strahlungsquelle mittels gasdichter Durchführungen, z. B. Glasdurchführungen, in die Strahlerkammer geführt werden.The Radiator chamber is preferably filled with a protective gas, wherein the electrical lines for driving the digital micromirror arrangement as well as the supply lines for the radiation source by means of gas-tight bushings, z. B. glass feedthroughs, led into the radiator chamber become.

Im Weiteren wird die Erfindung beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben, wobeiin the Furthermore, the invention will be described by way of example with reference to the drawing, in which

1 eine Strahleranordnung für ein Einstrahlgerät und 1 a radiator arrangement for a Einstrahlgerät and

2 eine Strahleranordnung für ein Zweistrahlgerät zeigen. 2 show a radiator arrangement for a two-beam device.

Die in 1 gezeigte Strahleranordnung besteht aus einer Strahlerkammer 1 mit einem strahlungsdurchlässigen Fenster 2, in deren Inneren eine Strahlungsquelle 3 und eine digitale Mikrospiegelanordnung 4 in Form eines DMD-Chips angeordnet sind. Die Strahlerkammer 1 ist mit einem nichtinfrarotabsorbierenden Schutzgas gefüllt. Die elektrischen Leitungen 5 zur Ansteuerung der digitalen Mikrospiegelanordnung 4 und die Versorgungsleitungen 6 für die Strahlungsquelle 3 sind jeweils durch gasdichte Glasdurchführungen 7 bzw. 8 in die Strahlerkammer 1 geführt. Die digitale Mikrospiegelanordnung 4 weist eine Vielzahl von hier nicht gezeigten Mikrospiegeln auf, die durch Ansteuerung elektromechanisch, z. B. durch elektrische oder magnetische Felder oder piezoelektrisch, aus einer Neutrallage um einen vorgegebenen Winkelbetrag von beispielsweise 12° in die eine oder andere Richtung, d. h. nach rechts oder links, auslenkbar sind. Dementsprechend sind die Strahlungsquelle 3, das Fenster 2 und die Mikrospiegelanordnung 4 derart zueinander angeordnet, dass die von der Strahlungsquelle 3 ausgesandte und mittels einer Reflektoreinrichtung 9 zu einem parallelen Strahlenbündel ausgerichtete Strahlung 10 je nach Ansteuerung der Mikrospiegelanordnung 4 entweder zu der Strahlungsquelle 3 zurück oder durch das Fenster 2 aus der Strahlerkammer 1 hinaus reflektiert wird. Im Bereich des Fensters 2 schließt sich an die Strahlerkammer 1 unmittelbar, d. h. ohne Zwischenraum, eine Messküvette 11 und ein Detektor 12 eines nichtdispersiven Gasanalysators an.In the 1 radiator arrangement shown consists of a radiator chamber 1 with a radiation-permeable window 2 , in the interior of which a radiation source 3 and a digital micromirror arrangement 4 are arranged in the form of a DMD chip. The radiator chamber 1 is filled with a non-infrared absorbing inert gas. The electrical wires 5 for controlling the digital micromirror arrangement 4 and the supply lines 6 for the radiation source 3 are each through gas-tight glass ducts 7 respectively. 8th into the radiation chamber 1 guided. The digital micromirror arrangement 4 has a plurality of micromirrors, not shown here, by electromechanical activation, z. B. by electric or magnetic fields or piezoelectric, from a neutral position by a predetermined angle of, for example, 12 ° in one or the other direction, ie to the right or left, are deflected. Accordingly, the radiation source 3 , the window 2 and the micromirror assembly 4 arranged to each other, that of the radiation source 3 emitted and by means of a reflector device 9 Radiation directed to a parallel beam 10 depending on the control of the micromirror arrangement 4 either to the radiation source 3 back or through the window 2 from the radiator chamber 1 is reflected out. In the area of the window 2 joins the spotlight chamber 1 directly, ie without gap, a cuvette 11 and a detector 12 a non-dispersive gas analyzer.

Die in 2 gezeigte Strahleranordnung für ein Zweistrahlgerät unterscheidet sich von der Strahleranordnung nach 1 dadurch, dass die Strahlerkammer 1 ein zweites Fenster 13 aufweist und dass die Strahlungsquelle 3, die Mikrospiegelanordnung 4, das Fenster 2 und das zweite Fenster 13 derart zueinander angeordnet sind, dass die von der Strahlungsquelle 3 ausgesandte und von der Reflektoreinrichtung 9 gebündelte Strahlung 10 je nach Ansteuerung der Mikrospiegelanordnung 4 entweder durch das Fenster 2 in den Strahlengang der Messküvette 11 mit dem nachgeordneten Detektor 12 oder durch das zweite Fenster 13 in den Strahlengang einer Vergleichsküvette 14 mit nachgeordnetem Detektor 15 eingestrahlt wird. Auch hier ist die Strahlerkammer 1 mit Schutzgas gefüllt und weist für die elektrischen Leitungen 5 der Mikrospiegelanordnung 4 und die Versorgungsleitungen 6 der Strahlungsquelle 3 gasdichte Durchführungen 7 bzw. 8 auf.In the 2 shown radiator arrangement for a two-beam device differs from the radiator arrangement 1 in that the radiator chamber 1 a second window 13 and that the radiation source 3 , the micromirror arrangement 4 , the window 2 and the second window 13 are arranged to each other, that of the radiation source 3 emitted and from the reflector device 9 bundled radiation 10 depending on the control of the micromirror arrangement 4 either through the window 2 into the beam path of the measuring cuvette 11 with the downstream detector 12 or through the second window 13 in the beam path of a reference cuvette 14 with downstream detector 15 is irradiated. Again, the spotlight chamber 1 filled with protective gas and points for the electrical lines 5 the micromirror arrangement 4 and the supply lines 6 the radiation source 3 gas-tight bushings 7 respectively. 8th on.

Claims (3)

Strahleranordnung für einen nichtdispersiven Infrarot-Gasanalysator mit einer Strahlerkammer (1) und einer darin angeordneten Lichtquelle (3), deren Strahlung (10) durch mindestens ein Austrittsfenster (2, 13) in mindestens einen Strahlengang des Gasanalysators geleitet wird, und mit Mitteln zum periodischen Ein- und Ausschalten der Strahlung (10) in dem mindestens einen Strahlengang, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum periodischen Ein- und Ausschalten der Strahlung (10) eine in der Strahlerkammer (1) angeordnete digitale Mikrospiegelanordnung (4) nach dem DMD-Typ aufweisen, die durch elektrische Ansteuerung die Strahlung (10) der Strahlungsquelle (3) abwechselnd in den mindestens einen Strahlengang und eine davon abweichende Richtung leitet.Radiator arrangement for a non-dispersive infrared gas analyzer with a radiator chamber ( 1 ) and a light source ( 3 ) whose radiation ( 10 ) by at least one exit window ( 2 . 13 ) is guided in at least one beam path of the gas analyzer, and with means for periodically switching on and off the radiation ( 10 ) in the at least one beam path , characterized in that the means for periodically switching on and off the radiation ( 10 ) one in the radiator chamber ( 1 ) arranged digital micromirror arrangement ( 4 ) according to the DMD type, which by electrical control the radiation ( 10 ) of the radiation source ( 3 ) alternately in the at least one beam path and deviates a different direction. Strahleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Mikrospiegelanordnung (4) durch elektrische Ansteuerung die Strahlung (10) der Strahlungsquelle (3) entweder in den einen oder anderen von zwei Strahlungsgängen leitet.Radiator arrangement according to claim 1, characterized in that the digital micromirror arrangement ( 4 ) by electrical activation the radiation ( 10 ) of the radiation source ( 3 ) conducts either in one or the other of two radiation courses. Strahleranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlerkammer (1) mit einem Schutzgas gefüllt ist.Radiator arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the radiator chamber ( 1 ) is filled with a protective gas.
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