差最小化。該裝置還可以包括屏蔽氣體提供機(jī)構(gòu)，其被配置成提供在該裝置與由所述界面機(jī)構(gòu)限定的間隔的表面之間的體積中的屏蔽氣體，和由此去除任何干擾氣體組分。由于去除了空氣，任何可能的干擾性氣體組分均被去除，于是可以實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的測量結(jié)果。
[0021 ] 另外，根據(jù)一個實(shí)施方案，該裝置還可以配置成確定激光束的路徑長度。這有利地通過測量聚焦光斑的距離和所述激光束被發(fā)射到間隔表面(并從間隔表面反射)的角度來實(shí)施。聚焦光斑距任意基準(zhǔn)線的距離可以直接通過檢測單元的位移來測量，這是因?yàn)榫劢构獍呦鄬τ谒鰴z測單元是相對靜止的。根據(jù)實(shí)例，例如步進(jìn)電機(jī)或類似物可以用來移動所述檢測單元，因此步進(jìn)電機(jī)的輸出信號可以解釋為指示所述距離。
[0022]在所述確定中，檢測單元向間隔移動，因此當(dāng)聚焦光斑到達(dá)所述界面時，實(shí)現(xiàn)了從第一表面的前和后界面的第一反射。當(dāng)進(jìn)一步移動檢測單元(和聚焦光斑)時，由第二表面的前和后界面造成第二反射。當(dāng)間隔位于第一和第二表面之間時，待測氣體的信號(如果有任何信號)包含在從第二表面(或更準(zhǔn)確地說，它的界面)反射的光束的測量結(jié)果中。尤其要注意的是，界面(或反射界面)的距離可以基于由所述表面(或反射界面)造成的強(qiáng)度最大值并讀取檢測單元在所述最大值處的位移來確定，這是因?yàn)楫?dāng)聚焦光斑擊中所述表面(或反射界面)時達(dá)到了強(qiáng)度最大值。當(dāng)已知不同表面或界面的距離時，可以簡單地計算出表面(片層)的厚度以及間隔的厚度。另外，當(dāng)已知進(jìn)攻角度(和反射角度，與入射光束的角度相同)時，光束在間隔內(nèi)的路徑長度可以使用三角法來計算。
[0023]所述間隔中的氣體組分吸收了非常窄的、每種氣體組分特有的線寬，并且由于吸收造成的強(qiáng)度變化的量級與氣體濃度成正比。在目標(biāo)氣體組分的吸收線周圍或之上的強(qiáng)度變化是非常非線性的。在本發(fā)明中，隨后確定在目標(biāo)氣體組分的吸收線周圍或之上的反射或透射光光束的強(qiáng)度的這些非線性變化，以確定氣體組分的濃度。
[0024]根據(jù)一個實(shí)施方案，還可以在玻璃單元的對側(cè)處使用額外的反射器，其作為使聚焦光斑穿過檢測器上的玻璃單元反射回來的表面或界面。當(dāng)使用該反射器時，反射的強(qiáng)度通常比從任何其它表面的反射更加強(qiáng)烈。
[0025]有利地，在測量和校準(zhǔn)中待檢測的吸收信號是通過麗S或FMS技術(shù)來操縱的，該WMS或FMS技術(shù)例如是，基于在待確定的氣體組分的吸收特征掃描正弦頻率調(diào)制的二極管激光器，以便增強(qiáng)二階多項(xiàng)式，所述二階多項(xiàng)式針對代表所檢測的光束的強(qiáng)度和待檢測的氣體組分的濃度上的變化的非線性曲線來擬合，和/或以便使所誘發(fā)的低頻噪聲最小化。
[0026]直接吸收的性能通常被Ι/f噪聲的出現(xiàn)而降低。一種避免系統(tǒng)組件的這樣的低頻噪聲，例如Ι/f激光器過量噪聲的常規(guī)方法是將吸收信號移至更高頻率。在TDLAS技術(shù)中，這可以通過調(diào)制二極管激光器運(yùn)行電流來實(shí)現(xiàn)。這樣的調(diào)制導(dǎo)致對瞬間的激光頻率的調(diào)制。一旦與吸收線的非線性反射強(qiáng)度曲線相互作用，這將導(dǎo)致所檢測強(qiáng)度的周期性調(diào)制。這能夠在基本的調(diào)制頻率或其泛音(overtone)處檢測吸收信號。
[0027]例如，二極管激光器運(yùn)行電流的正弦調(diào)制導(dǎo)致了激光輸出的正弦波長(和振幅)調(diào)制。與依賴于波長和非線性反射信號(如吸收譜線形狀)的相互作用導(dǎo)致了周期性但是非正弦的反射信號，該反射信號由調(diào)制頻率自身及其諧波泛音(harmonic overtone)組成。這可以在一個實(shí)施方案中用來將檢測頻率移至不太受低頻噪聲(如Ι/f噪聲)影響的高頻區(qū)域，并因而改善了靈敏度。這一般是通過在將激光器調(diào)到目標(biāo)吸收線上時使鎖定放大器測量諧波組分(最常規(guī)地，第二諧波組分)的振幅來實(shí)現(xiàn)的。
[0028]本發(fā)明提供了與已知現(xiàn)有技術(shù)方法相比很多有利的特征，例如甚至在每次測量之前的容易的內(nèi)部校準(zhǔn)過程。另外，根據(jù)本發(fā)明，可以彌補(bǔ)由于激光源的溫度調(diào)節(jié)對激光發(fā)射的光束的波長影響和這對測量數(shù)據(jù)的影響所造成的不準(zhǔn)確之處。另外，本發(fā)明使得即使沒有任何對用于校準(zhǔn)的氣體組分濃度的準(zhǔn)確了解也能夠進(jìn)行確定和測量，這是因?yàn)榛旧现挥写郎y峰的一個或多個位置是要緊的。另外，本發(fā)明的裝置由于自檢而非常可靠。校準(zhǔn)過程以及自檢甚至在每次測量前都可以自動和快速地進(jìn)行。
[0029]附圖簡沐
[0030]接下來將參照根據(jù)附圖的示例性實(shí)施方案來更詳細(xì)地說明本發(fā)明，其中:
[0031]圖1A-1D示出了根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施方案的示例性裝置的原理，
[0032]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施方案的校準(zhǔn)和測量方法的示例性原理，和
[0033]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施方案的示例性測量曲線。
[0034]詳沭
[0035]圖1A-1D示出了根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施方案的示例性裝置100的原理，其中該裝置包括檢測單元I1和校準(zhǔn)單元111。檢測單元110包括激光束發(fā)射機(jī)構(gòu)101，如激光源，和檢測機(jī)構(gòu)102。另外，檢測單元110有利地包括適合的光學(xué)機(jī)構(gòu)(未顯示)，該光學(xué)機(jī)構(gòu)將發(fā)射光束101聚焦到某個聚焦光斑112以及將所述檢測機(jī)構(gòu)聚焦到所述聚焦光斑112。校準(zhǔn)單元111包括至少一個透明室103，該透明室103至少具有與間隔113內(nèi)待確定并待分析的氣體組分相同的氣體組分。
[0036]激光束發(fā)射機(jī)構(gòu)和檢測機(jī)構(gòu)(有利地，在適合的光學(xué)機(jī)構(gòu)如透鏡(未顯不)的協(xié)助下)的設(shè)置便于有利地以固定角度發(fā)射和接收光束，從而使激光光斑112的聚焦位于所述激光發(fā)射機(jī)構(gòu)101與檢測機(jī)構(gòu)102之間并位于連接所述激光發(fā)射機(jī)構(gòu)和檢測機(jī)構(gòu)的直(虛擬)線以外，例如在圖1A-1D中的情形是位于所述線下方。另外，在測量和校準(zhǔn)過程期間，聚焦光斑112被配置成位于相對于所述檢測單元110的相同位置處(距其的距離相同)，正如在圖1A-1D的不同校準(zhǔn)和測量階段中可見的。
[0037]圖1A中，為了校準(zhǔn)的目的移動(降低)檢測單元。在校準(zhǔn)階段中，激光束1la被設(shè)置成行進(jìn)穿過校準(zhǔn)室103，以使聚焦光斑112擊中校準(zhǔn)單元的反射器104。該反射器可以例如是單獨(dú)的反射器，并包括單獨(dú)一片玻璃。同時將檢測機(jī)構(gòu)102基本上聚焦到所述聚焦光斑112并配置成僅使所述經(jīng)反射的光束102a成像用于分析。
[0038]也可以如圖1B中所示完成自檢，其中測量裝置殼體114內(nèi)的體積。在自檢中，將聚焦光斑112配置成從反射器105反射，從而在測量中不涉及校準(zhǔn)室103。如果沒有從所述體積中檢測到信號，則沒有泄漏，并且殼體和殼體內(nèi)的屏蔽氣體正常工作。有利地，殼體是封裝檢測單元110和校準(zhǔn)單元111的密封殼體。
[0039]為了確定，檢測單元被配置成朝向和/或遠(yuǎn)離間隔113進(jìn)一步移動而用于確定的目的，正如圖1C和ID中可見的。在此聚焦光斑112順序地?fù)糁蟹忾]所述間隔113的不同表面。當(dāng)從后表面反射時(圖1D)，光束101a、102a也行進(jìn)穿過間隔113，于是可以檢測目標(biāo)氣體的吸收并由此可以顯示出該單元的任何泄露。
[0040]該裝置還可以包括界面機(jī)構(gòu)106例如密封件，如硅氧烷密封，該密封件被配置成在目標(biāo)間隔113的表面上被引入。另外，該裝置可以包括負(fù)壓提供機(jī)構(gòu)107，如真空泵，其被配置成在該裝置100與間隔113的表面之間的體積115中提供負(fù)壓，以便從該體積重去除干擾性空氣以及將該裝置固定到所述表面并由此有利于該裝置的定位，例如基本上垂直于所述表面和由此使由于未對齊的定位而造成的測量誤差最小化。該裝置還可以包括屏蔽氣體提供機(jī)構(gòu)108，其被配置成提供體積115中的屏蔽氣體并由此去除任何干擾性氣體組分。
[0041]另外，該裝置可以包括控制機(jī)構(gòu)109，其用于控制該裝置的運(yùn)行如檢測單元110的移動和激光束發(fā)射機(jī)構(gòu)101的運(yùn)行。作為實(shí)例