專利名稱：氣體探測器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明有關氣體探測器，特別是，但不僅僅限于，用來鑒定或分析那些在氣室或空腔中的氣體樣品的成份。其中，該氣室具有塊狀結構，該空腔腔壁或部分腔壁是高反射性的(鏡面)，該空腔具有使入射光線形成光束的開口或類似的裝置，在該光束經(jīng)過至少三個相對的凹面光反射壁部分的反射，通過開口或類似的裝置而成為出射光束之前，該光束從該空腔經(jīng)過預定的次數(shù)，以形成光分析路徑。
“開口或類似的裝置”的意思是，一方面，該空腔和鏡面包括至少一個孔來接收入射光，并包括至少一個孔來使光線退出，另一方面，該光線可以從鏡面的一側退出并從鏡面的一側進入，在本發(fā)明的應用例中，該鏡面是完整的，沒有任何東西阻止光線從鏡面的一側進入，并從一個或多個孔中退出，或反之依然。
除了上述的三個相對的凹面光反射壁部分，該空腔還可以被更多的相對的光反射壁部分來確定。然而，由于這些更多的腔壁部分所反射的光無助于對本發(fā)明的更好的理解，因而該腔壁部分所起的作用，沒有在本文中述及。
該類氣室應與被分析的氣體相連接，為此，應包括入口和/或出口，并且最好是以管狀結構相連接，然而，當允許被測氣體擴散入或擴散出該空腔時，仍然可以應用本發(fā)明的原則。
該氣室與光源相連，該光源具有適合于測試被測氣體或多種氣體成份的頻率范圍，該光源最好是紅外線光源。該作為出射通道的開口或類似裝置對光線進行反射并位于氣室的腔壁部分中，該開口具有波長選擇濾波器，光譜分析裝置或類似的裝置，來分析光譜密度的頻率特性，以此來測定待測氣體的成份和/或該成份的濃度。
背景技術：
說明關于本文早期的技術觀點，參考了國際專利公告PCT/SE96/0000的有關主題內(nèi)容(對應于瑞典專利申請NO.95 04020-0)。
有關本文中所用的術語的定義也參考了該公告。
有關本發(fā)明的特性，歐洲專利公告0 647 845的學術觀點與本技術觀點有關，因為它說明和闡述了具有氣室的氣體探測器，該氣室具有環(huán)形凹面鏡，該凹面鏡定向聚焦于環(huán)形凸面鏡，光源面向該鏡面的相互吻合的中心的一側。
凸面鏡中的空隙使得由發(fā)散光線組成的呈輻射狀的出射光束，在凹面鏡和凸面鏡間交替反射，在經(jīng)過了預定的反射次數(shù)，因而經(jīng)過了指定距離的光分析路徑之后，允許該光束通過外凸面鏡中的空隙而射出。
在前一公告的圖6中，描述了一種裝置，該裝置的設計，借助分離的光線出射空隙并通過作為兩個分析路徑共有開口的光線入射開口，可以在氣室中的兩種不同的分析路徑中選擇一種。
可以假定所描述的氣體探測器的結構使得它的光接收裝置可以測量光線，這些光線一起組成由在氣室中的凸面鏡中反射的光束，和發(fā)散光束。
較早的技術觀點的組成部分是由三個部分球形的、相對的、特定的透明凹面鏡來組成的裝置。
這些鏡面通常彼此間有相對較大的距離，所用的光源通常為激光器光源。包括多個或較少的平行光線的光束，在三個相對的球形凹面鏡間反射若干次，并且當允許最后的反射光束經(jīng)過(鄰近的鏡面邊緣)鏡面時，可以通過光譜分析裝置接收光束中的光線并通過已知的方式進行測定。
較早的技術觀點的組成部分是專利公告US-A-5 009 493的學術觀點。該刊物描述了通過多重反射室中的光路徑，來測量光線在被測氣體中的吸收的裝置。在該測量裝置中，入口孔經(jīng)過入孔鏡、視角鏡、和出孔鏡而映射在出孔上。
該裝置的改善在于其在很大程度上減少了映射誤差的象散，因此，孔鏡的結構可以大致確定為橢球形，其焦距近似地等于入口孔和出孔間距離的一半。
發(fā)明概述技術問題考慮到在本技術領域中的普通技術人員，為了尋求有關分析氣體或混合氣體的一個或多個技術問題的解決辦法，而必須進行的技術考慮。一方面，必須實現(xiàn)那些測量和/或測量的順序，另一方面，實現(xiàn)這些測量所需的裝置或其它裝置的選擇與本發(fā)明設計中的下列技術問題有關。
在學習上面所提及的已知技術時，可以看出在提供包括氣體入口和/或氣體出口或類似裝置的氣室中存在技術問題，當使用發(fā)射光束的光源時也存在問題，該光源將光束射入氣體探測器的空腔或氣室中，并借助于氣室具有相對較小的外圍尺寸，使該光線在構成整個空腔或部分空腔的相對的凹面腔壁間反復反射，這樣就可以提供預定的反射次數(shù)，因而可以提供在氣室空腔中預定距離的光分析路徑。當將適合于透明鏡面的原理應用于依照本發(fā)明所修改的相對的鏡面結構時，也存在技術問題。
借助于簡單的測量，在創(chuàng)造有關凹面腔壁部分的鏡面形狀的條件中，存在著技術問題，即使光線在最初進入空腔是高度發(fā)散的，該腔壁也可以由光源發(fā)出的光線收斂和/或聚焦在開口或類似的裝置方向。
進一步的技術問題是實現(xiàn)一種優(yōu)點，該優(yōu)點的獲得是通過使所使用的三個相對鏡面的每一個都具有圓頂形形狀，該圓頂比整個橢球體的一半要小，并且該圓頂?shù)姆指钇矫媾c所選的橢圓的旋轉軸平行。
下面將要看到的技術問題是實現(xiàn)一種優(yōu)點，該優(yōu)點的獲得是通過使圓頂形狀部分的分割平面與橢圓的主軸相平行。
進一步的技術問題是實現(xiàn)一種所需的條件，該條件使用兩個基本相同的橢球體部分，并放置這些部分使它們的凹面鏡面互相面對，這樣就在該鏡面間的氣室中形成必需的空腔。
更進一步的技術問題是實現(xiàn)一種優(yōu)點，該優(yōu)點的獲得是通過將這些橢球體部分的一個分割成兩個子部分，并且實現(xiàn)這方面所需的條件，因此要么將該部分移向另一部分，要么將該部分從其它部分移開，以此來形成反射，漫射光束的三個相對的鏡面，并在空腔中形成焦點。
借助于簡單的裝置，下面將要看到的技術問題是實現(xiàn)一種條件，依靠該條件，通過其光束由發(fā)散光線組成的單獨的光源，并借助于氣室中兩個或多個光出口或類似的裝置，每個光出口分別具有光譜分析裝置或類似的裝置，氣體探測器同時在一種相同結構的氣室和空腔中，可以測定多種氣體或混合氣體的成份和/或氣體成份的濃度。
下面將要看到的技術問題存在于提供具有相對較小的外部尺寸的氣體探測器，該探測器可以在較寬的分析范圍內(nèi)測定氣體或混合氣體的濃度。
基于這種考慮，進一步的技術問題是提供可以提供所需的較寬的分析范圍的一個相同的氣室和一個相同的空腔，通過將分析范圍進行分割，使其能夠用多種不同長度的光分析路徑來表示，因而可以在氣室中一個相同的空腔中使用不同的光分析路徑或距離。
下面將要看到的技術問題是實現(xiàn)一種條件，該條件可以在空腔或氣室中配有兩個或多個光線出口或類似的裝置，并且使每個該開口裝置放置得具有預定數(shù)目的光線反射，因而從光源處有預定的光分析路徑。當氣室包括若干個光線出口時，技術問題在于允許一個開口提供不同于其它開口所提供的路徑的光分析路徑，并滿足該所需條件。另一個技術問題是提供一種有關相對的凹面鏡面的內(nèi)部結構，可以使該鏡面較易協(xié)調(diào)，因而可以在凹面大鏡面中的光發(fā)射機和開口空隙或類似空隙之間，提供預定的光分析路徑。另一個技術問題是提供一種有關相對的凹面鏡面的內(nèi)部結構，可以使該鏡面較易協(xié)調(diào)，因而可以在相關的鏡面或類似的裝置中的光發(fā)射機和開口空隙之間，從一個相同的光發(fā)射機處，提供兩個分開的，具有相同或不同長度的光分析路徑。另一個技術問題在于包括一個或多個開口或類似的裝置，并為每個這些開口或若干個該開口配備波長選擇濾波器，例如干涉濾波器和/或光譜分析裝置。另一個技術問題在于提供一個氣室，在該氣室中，每個凹面的相對的光反射壁部分構成比半個橢球體小的部分，并且使第一個該腔壁部分的長度可以使其位于第二個腔壁部分的兩個吻合部分的對面。另一個技術問題在于從兩個類似的相對的橢球體部分開始，縮小中央?yún)^(qū)域中的第二個部分和預定的部分，將該第二部分的這些可替代部分合并在一起，并且，將該部分分離開可以提供相應的較長的光分析路徑，這樣就可能通過較小的部分和/或該部分較小的錯開位移來提供較長的光分析路徑，反之亦然。另一個技術問題在于實現(xiàn)一種優(yōu)點，該優(yōu)點的獲得是在將該光線出口或類似的裝置置于該第一腔壁部分的側面的同時，將光源和/或光線入口置于第一腔壁部分的中央。一個技術問題在于調(diào)整光源的輻射角度，使其覆蓋兩個互相面對的第二腔壁部分，這樣該第二腔壁部分的每一個都可以各自反射兩個相協(xié)調(diào)的光束中的任一個，這樣每個該光束都可以在相對的腔壁部分和共用的腔壁部分間進行反射。另一個技術問題在于使第一光束從第一出口射出，使第二光束從第二出口射出，該出口位于距光源相等或不等的距離處。另一個技術問題是使從光源發(fā)射出的發(fā)散光線被收斂性地反射，這樣就不斷地發(fā)散，收斂地反射，最后光線被收斂性地反射在部分橢球體中，并且使光源映射在第一光反射壁部分中的光線出口或開口或類似的裝置上。下面將要看到的技術問題是實現(xiàn)一種優(yōu)點，該優(yōu)點的獲得是將一個或多個光源從中央平面移到側面，這樣第一光反射壁部分中的每個改變的光反射點將各自位于該中央平面的側面，因而可以使光線出口或類似的裝置位于該中央平面的側面。
解決辦法通過本發(fā)明解決一個或多個上述的技術問題，本發(fā)明的出發(fā)點是在介紹中所定義的氣體探測器，特別提出由部分橢球體結構的第一光反射壁部分，和具有也符合部分橢球體的共同結構的第二和第三光反射壁部分構成空腔或氣室。依照優(yōu)選的實施例，該橢球體部分具有一個相同的基本形狀。建議使第一光反射壁部分或鏡面的焦點位于第二或第三腔壁部分的腔壁部分的腔壁或鏡面中或其附近，使第二腔壁部分的焦點和第三腔壁部分的焦點位于第一腔壁部分的腔壁或鏡面中或其附近。特別建議第二和第三腔壁部分由橢球體部分構成，并通過將該橢球體部分分割成兩部分來獲得。在這方面，建議將分割開的部分移開，剩下的部分在旋轉軸的方向上彼此互相錯開，或者分割部分與剩下的部分分離開，這些部分在旋轉軸的方向上相隔給定的距離。依照本發(fā)明，空腔包括兩個或多個用來從光源出射光線的開口或類似的裝置，每個開口的放置使其具有預定長度光分析路徑。依照本發(fā)明概念范圍內(nèi)的優(yōu)選實施例，開口應該具有來自光源處的光分析路徑，該路徑不同于其它開口所具有的路徑。一個或多個開口最好具有波長選擇濾波器，例如干涉濾波器和/或光譜分析或光譜分析裝置。依照本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例，空腔的互相面對的光反射壁部分應包括相同或基本相同的橢球體部分，其中第一個該腔壁部分位于第二腔壁的兩個部分的對面。光源和/或光線入口位于第一腔壁部分的中央，光線出口或類似的裝置位于第一墻壁部分的側面。依照本發(fā)明的一種實施例，可以調(diào)整光源的輻射角度，使其覆蓋兩個互相面對的第二和第三腔壁部分，這樣，通過該兩個腔壁部分，兩個相協(xié)調(diào)的光束可以在相對的腔壁部分間反射預定的次數(shù)。使第一光束的光線從第一出口射出，使第二光束的光線從第二出口或類似的裝置射出。依照特別優(yōu)選的實施例，由光源發(fā)射的發(fā)散性的光線，最終通過反射成為收斂性的，并將光源映射在光線出口或類似的裝置上。依照另一種實施例，在空腔中具有開口的光源較方便地位于中央平面的側面，該第一光反射壁部分的每個間隔的反射點位于相應的中央平面的側面，光出口位于中央平面的側面。
優(yōu)點本發(fā)明的氣體探測器的那些主要的優(yōu)點是通過實現(xiàn)一些條件來獲得的，通過兩個相對的，分割成兩部分的，圓頂形橢球體凹面鏡部分，在一個相同的具有較小的外部尺寸的氣室中，提供相對較長的光分析路徑。該類氣室通過使用在單個光源和兩個或多個出口或類似的裝置間，在氣室中具有相同或不同長度的兩個光分析路徑，可以同時測定多種不同的氣體或混合氣體的成份和/或該成份的濃度。每個該出口具有相應的波長選擇濾波器和/或光譜分析裝置?？商娲缘?，有關一種相同氣體的分析范圍和/或分析靈敏度可以通過選擇第一種長度的光分析路徑作為第一分析范圍，選擇第二種長度的第二光分析路徑作為第二分析范圍，來進行擴展。另外，對于由一個或多個光源發(fā)射的光束，使發(fā)射的光線收斂，在有關該光源的光線出口或開口或類似的裝置上形成光源的映射。依照本發(fā)明的氣體探測器的氣室的主要特征，將在下面權利要求1中的特征部分中列出。
附圖簡述現(xiàn)在，將參照附圖，詳細描述氣體探測器和相關氣室的一種實施例，該氣體探測器和氣室依照現(xiàn)描述的一種實施例并具有本發(fā)明的重要特征。其中，

圖1是高度簡化的氣體探測器的示意圖，該氣體探測器具有依照本發(fā)明的氣室和在光譜分析或分析裝置中測定光譜密度的頻率特性所需的電路；圖2是該氣室外觀的第一種透視圖；圖3是圖2所示的氣室的第二種透視圖；圖4用來說明說明所選空腔的第一種凹面腔壁部分或鏡面的形狀；圖5用來說明與該第一鏡面相對的所選空腔的第一種凹面腔壁部分或鏡面的形狀；圖6是經(jīng)過中央平面(該X-Z平面)，顯示依照圖2和圖3的氣室中的三個相對的鏡面的俯視圖；圖7是與圖6相似的，具有中央平面的橫切面圖，該圖具有稍大的相對的空腔腔壁部分，在氣室中構成鏡面，該圖還顯示了相關橢圓中心的方向。圖8在中央平面中，通過簡化的方式，描述了從光源到第一出口的光分析路徑的第一種所選擇的光路徑(對于中心光束)，該圖顯示了中央放置的光源，該光源產(chǎn)生發(fā)散光束，并在一個相同的空腔中，從一個相同的光源處生成兩個相互分離的光分析路徑(如虛線的光束路徑所示)；圖9描述了位于光源側面的光束路徑(對于中央光束)，最初照亮了第二鏡面部分，構成具有五個光反射點的光分析路徑。圖10描述了與圖9相似的位于光源側面的光束路徑(對于中央光束)，最初照亮了第三鏡面部分并提供具有三個反射點的較短的光分析路徑。圖11是從圖8中的線Ⅺ-Ⅺ截得的，氣室中空腔的橫斷面圖。
優(yōu)選實施例描述圖1是高度簡化的氣體探測器“A”的示意圖，該氣體探測器包括氣室內(nèi)和在光譜分析或分析裝置11中測定光譜密度的頻率特性所需的電路10。電路10的設計使其能夠測定通過開口和/或7的光束或光線的光譜密度的頻率特性，將該測定結果與所用光源2a的光譜密度的頻率特性相比較，依照所存在的差異，對氣室1中的空腔中的氣體或混合氣體進行分析，并在需要時測定其成份的濃度。由于該類電路10，11的原理在該技術領域是已知的，在本文中將不再詳細描述該裝置。依照本發(fā)明，為了對從氣室中獲得的分析結果進行評估，所需要的對裝置10,11的修改不超出本技術領域的技術人員的一般知識范圍之外。氣體或混合氣體經(jīng)過管狀連接裝置1a進入氣室1的空腔，并經(jīng)管狀連接出口1b退出。氣室1與將一束光線射入空腔的光源2a共同工作。氣室1還包括兩個相互分離的光束的開口6,7，最好是相互分離的光分析路徑(參照圖9和10)。從光源2a發(fā)射的光束中的光線是高度發(fā)散的，該光線在經(jīng)處理構成空腔鏡面的相對的凹面腔壁部分間反射預定的次數(shù)。在經(jīng)過預定的次數(shù)的反射，從而經(jīng)過了預定的光分析路徑之后，該光線可以收斂地通過開口(6或7)。在本文中可以近似地認為光分析路徑直接與反射的數(shù)目成正比。最后的反射應該形成收斂光束，這樣光源2a可以成像在相對的鏡面和開口(6或7)中，以更加準確地評估所接收的光譜。圖2和圖3是顯示具有本發(fā)明特性的氣室外觀的兩種不同的透視圖，該氣室有關具有鏡面的相對的光反射壁部分，該氣室參考了圖1。氣體探測器A適合于分析氣室1的空腔2中所容納的氣體樣品。該氣體樣品可以經(jīng)過入口3(1a)和出口4(1b)通過空腔2。本實施例的氣室2也包括一個或多個開口1c,1d，待測氣體或混合氣體通過擴散的方式經(jīng)過該開口。所描述的該氣室1具有塊狀結構，其中空腔2的腔壁或腔壁部分通過已知的方式提供具有有關光線的高反射性的腔壁部分，其中該空腔2在氣室中包括開口5，該開口安裝有由電路10驅(qū)動的光源2a，來產(chǎn)生所需的入射光束。安裝在開口5中的光源2a適合于傳輸光束，該光束的光線的頻率在相關的頻率范圍之內(nèi)，例如在紅外頻段。在所描述的例子中，該光線具有大約120度的發(fā)散角。為了解釋得更加清楚，在圖2或圖3中沒有畫出光生成單元2a或光源2a。該光線在相對的鏡面區(qū)域間反射預定的次數(shù)，并通過開口6和/或開口7退出。每個該開口安裝有波長選擇濾波器，已知類型的光探測裝置，盡管出于上面的原因，沒有在圖2和圖3中畫出這些裝置。在那些通過開口退出的光線中還包括經(jīng)過鏡面邊緣的光線，經(jīng)管沒有在此進行描述，這也是較典型的技術。圖4描述了所選擇的空腔的第一光反射凹面腔壁部分11的形狀。該腔壁部分11,12和13具有基本相同的形狀，即通過將橢圓沿著其主軸(x軸)旋轉而產(chǎn)生的橢球體形狀(也參考了圖11C)。通過在距離其主軸為“a”處的平行平面對該橢球體進行分割，來構成橢球體的圓頂形部分。在橢球體部分11中的凹面鏡面構成其焦點11a和11b位于x軸上的鏡面。如圖5所示，以相似的方式構成腔壁部分12和13，該腔壁具有構成鏡面12A和13A的凹面鏡面，其焦點12a和13a位于x軸上。通過將第15部分移開，(在z-y平面)，并將腔壁部分12和13在x軸的方向上合并在一起，其中腔壁部分12和13在x軸上具有比腔壁11稍小的縱向長度，來在空腔2中構成腔壁部分12和13。下面將更加詳細地描述該實施例。在一種改變的實施例中，在平面“B”中引入了切口15’來將腔壁部分12和13分開。該實施例將不作詳細的描述，因為通過對所提出的第一種實施例的理解，該實施例是顯而易見的。圖6顯示了如何由腔壁部分11；12和13構成空腔2。從圖中顯然可以看出，來自光源2a的入射光線2a’構成發(fā)散光束，首先沿著各自的分析路徑被各自的鏡面12a,13a收斂性地反射，然后被各自的鏡面11A發(fā)散性地反射，然后被鏡面12A和13A收斂性地反射，等等，這樣，該光線在被腔壁部分12和13反射并收斂性地經(jīng)過開口6和開口7而成為出射光線之前，該光束在空腔中經(jīng)過預定數(shù)目的反射并構成嚴格設定的光分析路徑，該光線經(jīng)過了放置在相應的開口中的濾波器，或一些相應的裝置(參考圖9和圖10)。依照本發(fā)明，空腔2的光反射功能是通過三個相對的凹面光反射壁部分11,12,13或鏡面11A,12A和13A來實現(xiàn)的，下面將參照圖7-10更加詳細地描述該鏡面的性質(zhì)和方向。出于簡單的考慮，下面的描述僅限于顯示一個入射光束2a’的入口5和一個或兩個出射收斂光束的出口6和7，然而，可以理解，可以使用更多的入口，并且配合該入口可以使用一個或多個出口。因此，在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，應提供一些入口5，并在空腔2中提供三個，四個或多個收斂出射光束的出口，而不是僅僅兩個開口，其中每個開口應方便地放置，以表示一條預定的光分析路徑，即在相對的凹面鏡面部分11A,12A和13A之間反射預定次數(shù)的部分光束或反射相應的路徑。在鏡面11A上的每個焦點處的光線所需的測量裝置對于那些本技術領域的技術人員來說，是顯而易見的，因此，出于簡單的考慮，下面的描述僅限于兩個出口6和7。本發(fā)明所基于的概念是，通過具有相對較小的外部尺寸的氣室1，來獲得一個或多個相對較長的光分析路徑。在圖8中所述的實施例包括位于中央的光源2a(在x平面13)和距光源等距離放置的兩個出口6和7，這樣就獲得了具有對稱的鏡面12A和13A方向的兩個相似的光分析路徑。通過改變鏡面12和13的相對位置，可以獲得不同長度的光分析路徑。通過只是改變光源5在x-z平面的位置，可以獲得不同的光分析路徑?？梢酝ㄟ^使用兩種相同的分析路徑來測定或測量兩種不同氣體或混合氣體的成份，通過使用兩種相互不同的分析路徑，可以測定兩種不同的氣體或混合氣體或一種相同氣體的兩種不同的分析范圍的成份。一個開口(6)提供的位置，最好使光分析路徑與其它開口(例如7)所提供的路徑不同。在一個或多個該開口中，應配有干涉濾波器或一些相應的裝置。依照本發(fā)明，在開口5和/或其它入射光線的開口附近的光源2a應放置在第一腔壁部分11的中央，如圖8的實施例所示，或依照圖9和圖10的實施例所示，放置在一側，或反之亦然。這是在x-z平面的方向，然而，值得注意的是，本發(fā)明也允許在x-y平面有一定的自由度，這在圖11中顯示得很清楚。依照本發(fā)明，光源2a放置在同樣放置光線出口6和7的相同的鏡面11A中凹口的氣室中。參照圖6，特別是參照圖7和圖8，可以看出第一腔壁部分11(在該平面中)具有部分完全旋轉的橢球體的形狀，其焦點11a和11b位于旋轉的虛線11c(x軸)上。因此，可以考慮腔壁部分11具有其尺寸略小于半個橢球體的圓頂形狀。裝有光源2a的孔5位于腔壁部分的中央，光出口6裝在孔5的一側。該鏡面參照11A。腔壁部分11位于腔壁部分12和13的對面，腔壁部分12和13相互協(xié)調(diào)，顯示基本上與腔壁部分11相同的形狀。通過在與旋轉軸11c垂直的平面“B”，將腔壁部分分割成兩個部分12,13來構成腔壁部分12和13。第二腔壁部分12以與腔壁部分11相同的方式獲得部分旋轉橢球體的形狀，但沿著旋轉軸具有比橢圓的四分之一稍短一些的長度，其鏡面12A位于焦點11a處。第三腔壁部分13具有橢球體形狀并具有比橢球體的四分之一稍短一些的長度，其鏡面13A位于焦點11b處。因此，腔壁部分11，腔壁部分12和13的橢球體形狀是基本類似的，盡管上面參照圖5詳細解釋了其不同之處。焦點12a和焦點13a位于鏡面11A上。本發(fā)明所基于的概念是，對于類似的相對的部分橢球體鏡面，光線只是前向、后向地反射，為了使反射映象，特別是聚焦映象點，能夠偏移，需要“非對稱性”。所選擇的非對稱性越小，偏移的傾向越小，因而反射的次數(shù)越多，光分析路徑越長。另一個變化是在平面“B”(z平面)對橢球體部分(12,13)進行分割，并將這樣形成的部分12和13彼此間相互移開，這樣邊16’和17’位于腔壁部分11之外。盡管沒有在該變化中顯示光束路徑，對于在本技術領域的技術人員來說，它是顯而易見的。光源2a的角度使光束2a’至少可以覆蓋圖8中的兩個第二腔壁部分12,13。圖8顯示了光束2a’的中心光線50的光束路徑，該光束2a’直接由光源2a照射到鏡面12A上。在所描述的例子中，光束(2a’)是高度發(fā)散的，為了解釋得更加清楚，只顯示了直接照射到鏡面12A上的中心光線50。包括光線50的光束，從鏡面12A收斂性地反射到鏡面11A并包括光線51，該鏡面11A在光源2a的右側具有焦點2a”。當開口朝向該點時，可以在該焦點2a”處生成第一種短的光分析路徑。包括中心光線52的光束，發(fā)散性地反射到鏡面13A上，并從該處進行收斂性地反射，使照射到鏡面11A上的光線53在光源2a的左側具有焦點(2a”)。通過這種方式，當開口朝向該焦點時，該焦點(2a”)可以表示為較長的第二光分析路徑。值得注意的是，借助于鏡面裝置，通過每次反射，焦點(2a”,(2a”))將離光源2a越來越遠，因而將變得越來越大。該開口6將被放置在緊靠著光源2a的右側非常短的分析路徑的焦點2a”處，或者在光源2a稍左的較少的分析路徑的焦點(2a”)處。然而，在圖8所述的實施例中，在更長的光分析路徑中，光線53被反射到鏡面12A上，成為光線54，并從該處反射到鏡面11A上，形成光線55，并在該處被表示為合適的光分析路徑。然而，用所選擇的實施例來說明，光線55應進一步反射到鏡面13A上，形成光束(中心光線56)，并被該鏡面13A反射到開口6，成為收斂光束(中心光線57)。有鑒于此，光源2a的聚焦映象2a”(2a”)將從鏡面11A中的光源2a的中心位置進一步地偏移，開口6也應從邊緣17a進一步向上放置，來獲得較長的光分析路徑。開口(6,7)應放置在焦點處，在鏡面12A和13A方向上的改變將使焦點的位置發(fā)生變化，進而改變開口的位置。顯然，如果鏡面裝置11,12和13略微發(fā)生改變，焦點的位置也將改變，但始終位于鏡面11A上。從圖8所描述的實施例中，顯然可以看出，將開口6放置在光源2a的右側或左側，符合本發(fā)明的要求。這意味著，關于所描述的開口6，開口應放置在光源2a的左側(在圖8中放置在中央)，在所描述的位置稍微偏右，該光分析路徑(50-53)小于將開口移向左側(如圖所示)所獲得的光分析路徑(50-57)。這樣，在這種情況下，光源2a的聚焦映象2a”從光源2a的一側偏向另一側，并持續(xù)偏離光源2a。在第一實施例中，收斂性地聚焦在鏡面11A上的所有光線經(jīng)過開口6進行測定。然而，本發(fā)明也允許，通過在開口中安裝光濾波器(未畫出)，來使開口6僅通過給定頻段的光線，同時使剩余的光線反射更多的次數(shù)(58,59)，并經(jīng)過另一開口7，在該處測定另一頻段。這樣，借助于單個氣室中的一個單獨的光源，可以檢測不同的氣體。圖8還顯示了在空腔2中構成“8”字形狀的光束路徑(中央光線)，在鏡面11A上聚焦的映象可在分析路徑和焦點的位置上取出。光源2a的聚焦映象朝著中心(5)的方向減小并逐漸遠離該中心。如圖8所述，如果需要兩條類似的光分析路徑，應允許光線50’在鏡面13A中反射，其中光線應以上述使用適合于所選擇的光分析路徑的相同的方式進行反射。這樣，可以在依照圖8的結構的一個相同的氣室中，選擇兩種不同的光分析路徑(50,50’)，每一種都提供類似或不同的光分析路徑的可能性。最好在靠近中央(5)的位置檢測出射光線，這樣來獲得更加準確的分析值，該值受光源可能的運動和位置的影響更小。圖9和圖10描述了來自側面光源2a的改變的光束路徑(中心光束)，這樣就在光源2a和圖9中所選的開口6和圖10中所選的開口7之間，提供不同的光分析路徑。在這方面，值得注意的是，進一步的開口7的放置應與開口6距光源2a的距離不同，這樣可以在兩種不同的分析區(qū)域，檢測或分析一種相同的氣體或混合氣體，一個分析區(qū)域是光源2a和開口6(圖9)間的光分析路徑，一種分析區(qū)域是光源2a和開口7(圖10)之間的較短的光分析路徑。在圖9的實施例中，映象2a”(缺少開口6)將從光源2a向左偏移，在圖10的實施例中，映象2a”將從光源2a向右偏移。當經(jīng)過中央或光源2a時，映象2a”將再次向外偏移。圖11顯示了y-/-z平面的空腔2和沿圖8中的線Ⅺ-Ⅺ的剖視圖。在前面描述的實施例中，光源(2a)位于x-/z-平面上。然而，該圖顯示出，如果光源位于平面(2a)的左側，該第一聚焦映象2a”應位于中央平面(x-/z平面)的右側，該第二映象位于該中央平面的左側，等等，這樣可以使所使用的開口關于中心線互相偏移。顯然，對于一個相同空腔的一個或多個與光源相關的開口，可以使用一個或多個光源。
應該明白，本發(fā)明不局限于上述所例舉的實施例，可以在下面權利要求所定義的發(fā)明概念的范圍內(nèi)進行修改。
權利要求
1.用來對氣室或空腔中的氣體樣品的成份進行測定的氣體探測器，其中，該氣體探測器具有塊狀結構，該氣室或空腔的腔壁或腔壁部分具有高反射性的、指定的鏡面，其中，該空腔具有入射光線的開口，該入射光線在所述腔體中借助三個相對的，橢球體凹面反射腔壁部分進行預定次數(shù)的反射，形成光分析路徑，最后，該被腔壁部分反射的光線經(jīng)過光線的出口射出，其特征在于，該第一光反射壁部分具有比半個橢球體略小的形狀；該第二和第三光反射壁部分具有一個比半個橢球體略小的共有的部分橢球體形狀，該第一腔壁部分和該第二和第三腔壁部分彼此相互鄰近，該第二和第三腔壁部分是通過對橢球體進行適當?shù)姆指顏慝@得的。
2.依照權利要求1的氣體探測器，其特征在于該橢球體部分具有相同的基本形狀。
3.依照權利要求1或權利要求2的氣體探測器，其特征在于該第一光反射壁部分的焦點位于該第二和第三腔壁部分的鏡面上或其附近。
4.依照權利要求3的氣體探測器，其特征在于該第二腔壁部分的焦點和第三腔壁部分的焦點位于第一腔壁部分的鏡面上或其附近。
5.依照權利要求1的氣體探測器，其特征在于該第二和第三腔壁部分是由橢球體的一部分構成的，并從該橢球體部分移走一部分，該腔壁部分彼此間相互移動。
6.依照權利要求1的氣體探測器，其特征在于一個分割切口將腔壁部分相互分開，并且該腔壁部分向彼此間相互移動。
7.依照權利要求1的氣體探測器，其特征在于該空腔包括兩個或多個出射光線的開口；并且每個開口的位置使其能夠提供一條預定的光分析路徑。
8.依照權利要求7的氣體探測器，其特征在于該開口所提供的光分析路徑與其它開口所提供的路徑不同。
9.依照權利要求7或權利要求8的氣體探測器，其特征在于一個或多個開口配有波長選擇濾波器，例如干涉濾波器。
10.依照權利要求1的氣體探測器，其特征在于每個凹面光反射壁部分包括橢球體的圓頂狀部分；并且該第一腔壁部分位于其它兩個腔壁部分的對面。
11.依照權利要求7或權利要求10的氣體探測器，其特征在于光源和/或入射光線的開口位于該第一腔壁部分上。
12.依照權利要求11的氣體探測器，其特征在于出射光線的開口位于第一腔壁部分上。
13.依照權利要求7或權利要求11的氣體探測器，其特征在于該光源適合于以包括該兩個其它腔壁部分的角度發(fā)射光線。
14.依照權利要求13的氣體探測器，其特征在于該兩個其它腔壁部分使兩個交叉的光束在相對的腔壁部分間反射。
15.依照權利要求14的氣體探測器，其特征在于第一光束的光線從第一開口退出；第二光束的光線從第二開口退出。
16.依照權利要求1或權利要求7的氣體探測器，其特征在于從光源發(fā)射的發(fā)散光線通過反射收斂，并在相應的光線出口處形成光源的映象。
17.依照權利要求1或16的氣體探測器，其特征在于該第一腔壁部分具有基本上與部分橢球體相符合的形狀，然而，要比半個橢球體略?。辉摰诙偷谌槐诓糠忠簿哂胁糠謾E球體的形狀，但要比四分之一個橢球體略小。
18.依照權利要求1的氣體探測器，其特征在于出射光線和/入射光線的開口位于中央平面的側面。
19.依照權利要求1或權利要求18的氣體探測器，其特征在于兩個或多個入射光線的開口是相關的。
全文摘要
本發(fā)明有關氣體探測器(A),該氣體探測器適合于對裝在空腔(2)或氣室(1)中的氣體樣品的成份進行測量。該氣體探測器具有立體狀的結構,該結構中氣室或空腔的腔壁或腔壁部分具有高反射性,并具有特定的鏡面(11A,12A)。該空腔(2)具有入射光束的開口(2a),該入射光束在通過出射光束的開口(6)之前,在空腔中反射預定的次數(shù),以形成光分析路徑,該反射是通過三個相對的凹面光反射壁(11,12,13)來實現(xiàn)的。第一光反射壁(11)具有部分橢球體的形狀。第二(12)和第三(13)光反射壁具有相應于部分橢球體的共同形狀。第一光反射壁(11)的焦點(11a,11b)位于第二(12)和第三(13)光反射壁的鏡面(12A,13A)上或其附近。第二光反射壁(12)的焦點(12a)和第三光反射壁(13)的焦點(13a)位于第一光反射壁(11)的鏡面(11a)上或其附近。
文檔編號G01N21/31GK1228839SQ9719756
公開日1999年9月15日 申請日期1997年8月20日 優(yōu)先權日1996年8月28日
發(fā)明者漢斯·戈蘭·伊瓦爾德·馬丁 申請人:漢斯·戈蘭·伊瓦爾德·馬丁