[发明专利]具有用于发射窄带宽的光的LED发射体的光学气体传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于定量地测量一种或多种气体的浓度的光学气体传感器。

光学气体传感器不仅能够实现定性地确定一种或多种气体的存在，而且能够实现定量地确定一种或多种气体的浓度。这样的气体传感器例如被用在用于运送和处理可燃的和/或有毒气体的设备中的气体探测装置中，以便探测不期望地逸出的气体。

背景技术

公知具有发射体、样品池（Küvette）以及探测器的光学气体传感器。在光学气体传感器的情况下，发射体是光源、诸如白炽灯，所述光源发射宽的光谱的光波、即具有大量不同的波长的光波。样品池优选地是基本上封闭的空间，要测量的气体处在所述空间内。样品池可以向外具有开口，所述开口能够实现样品池与气体传感器的周围环境的气体交换。探测器是光传感器，利用所述光传感器能优选地测量射到所述探测器上的光的强度。为了探测确定的波长的光，带通滤波器被连接在相对应的探测器之前。这样的带通滤波器可以被构造用于使一个或多个波长通过。

在运行时，要测量的气体或气体混合物被导入到样品池中。为此，样品池可以具有一个或多个开口。从光源发射的光波根据气体混合物的组成部分的浓度以及吸收波长而被相应的气体更强烈地或没那么强烈地吸收，并且紧接着射到如下光传感器上，所述光传感器测量所述光波的强度。以这种方式能确定，哪些波长已经如何强烈地被气体吸收。由于公知不同气体的特定的吸收特性，从所述结果中能确定气体混合物的组成。

从DE 202 02 694 A1中公知一种光学气体传感器，其具有用于容纳要测量的气体的圆柱形样品池。在样品池处，沿纵轴向的方向在一侧布置有平面镜，而在另一侧布置有凹面镜。凹面镜具有多个用于容纳白炽灯和光波探测器的凹陷部。从白炽灯发射的光波首先在平面镜与凹面镜之间多次被放射，直到这些光波射到光波探测器上。经此，延长了光波在其上可被要测量的气体或气体混合物吸收的光路程。因此，能更好地测量弱吸收性气体。

这样的光传感器尤其是具有如下缺点，白炽灯和光波探测器在凹面镜处的布置由于凹面镜的弯曲的表面而仅能以高成本来制造。此外，大量被用在光学气体传感器中的光源具有如下缺点，发射相对宽的光波谱。因此，不仅发射了具有对于测量气体浓度所需的波长的光波，而且发射了具有对于测量气体浓度不重要的并且为了避免测量误差而必须被带通滤波器过滤出来的波长的光波。经此，使光学气体传感器的效率受消极影响。除此之外，白炽灯尤其是具有如下缺点，电能的大部分被转化成热，所述热必须作为损耗热被排出。这导致气体传感器的过多的能量消耗，而且尤其是对于通过内部电流源（诸如电池）来供电的移动应用来说是不利的。由于耗电提高，电池的寿命以及因此移动气体传感器的运行时长明显被降低。

发明内容

从所述现有技术出发，本发明的所基于的任务已在于提供一种至少部分地不具有这些缺点的光学气体传感器。因而，本发明的任务是提供一种光学气体传感器，利用所述光学气体传感器尤其是能定量地测量弱光波吸收性气体的浓度，并且所述光学气体传感器具有被改善的效率。

前述任务通过一种具有专利权利要求1的特征的用于定量地测量一种或多种气体的浓度的光学气体传感器来解决。本发明的其它的特征和细节从其它的专利权利要求、说明书以及附图中得出。

因此，该任务通过一种用于定量地测量一种或多种气体的浓度的光学气体传感器来解决，所述光学气体传感器具有用于发射光波的辐射源、用于容纳要测量的气体的样品池以及用于测量光强度的探测器。辐射源具有光波的至少一个发射体、诸如LED，并且被构造为同时以及彼此分开地发射至少一个第一波长的和至少一个与所述第一波长不同的第二波长的光波。发射体优选地被构造为发射如下光谱：所述光谱的半峰全宽（volle Halbswertsbreite）最大为质心波长的50%。此外，发射体优选地还被构造为发射如下离散光谱：所述离散光谱的半峰全宽最大为质心波长的20%。探测器被构造为定量地检测所发射的第一波长和第二波长的光波的强度。发射体优选地被构造为将由发射体消耗的电能的至少80%转化成光波。

本发明所基于的思想在于，通过使用这样的发射体可以显著地改善光学气体传感器的效率。经此，在生成光波时产生更少的热并且因此消耗更少的电能。在通过LED将电能转化成光波时，与例如通过如在许多传统的气体传感器中所使用的白炽灯相比生成更少的热。因此，气体传感器在运行时具有更少的耗电。这尤其对于移动应用来说是有利的，因为经此能明显延长所述移动应用的蓄电池的充电循环或电池的寿命。