用于气体分析的光谱仪的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于气体分析的光谱仪。其中提出了一种用于气体分析的光谱仪(10)，该光谱仪包括：填充有待测气体(30)的测量室(28)；用于在光路(16)上将光(14)发射到测量室(28)的光源(12)；滤波器布置(22)，其具有在光路(16)上的法布里-珀罗滤波器(24a-c)以便通过滤波器布置(22)的透射光谱来调节光(14)的频率特性；以及，检测器(36、38)，其通过测量室(28)中的气体(30)来测量光(14)的吸收。同时，滤波器布置(22)具有多个依次布置在光路(14)中的法布里-珀罗滤波器(24a-c)，并且还设置了用于滤波器布置(22)的控制器(44)，以便通过调节至少一个法布里-珀罗滤波器(24a-c)来改变透射光谱。
【专利说明】用于气体分析的光谱仪
[0001]本发明涉及根据权利要求1或15的前序部分所述的一种光谱仪和一种用于对气体进行光谱分析的方法。
[0002]已知各种红外光谱法来测量气体混合物中各组分的浓度。这些方法都基于以下基本原理，即将红外测试光发射到具有待测气体的测量室中。其中，每种气体会显示在相应频率上的特征吸收，所述频率对应于气体分子的光谱线。这种吸收会改变入射光的特性,所述入射光可用各种方式进行检测和分析。
[0003]傅里叶变换光谱法(FTIR)是以干涉仪为基础，并将干涉仪获取的干涉图通过傅里叶变换转换成光谱。但是所述系统很昂贵。光栅光谱仪通过单缝衍射产生光谱，但所述单缝会导致信号强度减弱。在非分光红外光谱法(NDIR)中，光学带通滤波器布置在检测器前面，所述检测器根据待检测的光谱线选择性地让光通过。但这种相对简单的方法不够灵活，因为必须为每种待检测的气体组分布置光学带通滤波器。
[0004]为了使弱信号也能被检测到,使用锁相法(Lock-1n-Verfahren)。因此,根据已知的调制频率脉冲发射发射光，并且接收器根据调制频率通过模拟混合过程或数字分析选择测量信号，以便抑制在其它频率范围内的干扰。发射光的调制通常通过脉冲光源或布置在其后的机械脉冲整形器(“斩波器”)来生成。但这两者都不能令人满意，因为脉冲红外发射器仅允许极低的调制频率再加上机械脉冲整形器敏感并且不灵活，因此必须要让其稳定并需要较大的安装空间。
[0005]在尚未公开的、申请号为13156530.1的欧洲专利申请中提出，通过可调谐的法布里-拍罗滤波器(Fabry-P6rot-Filter)来改变入射到测量室中光的波长带并用所述方法扫描光谱。法布里-珀罗滤波器是一种光谐振器，它由两个半透明的镜所构成。由于结构性和破坏性的干扰，只有符合谐振条件的波长能透射。因此在谐振频率产生第一透射最大值并在谐波时产生其它高次透射最大值，而中间频率几乎被消除。透射最大值之间的距离被称为自由光谱区。
[0006]若改变反射镜之间的间距或空隙，则透射最大值同时受到其宽度和其相互间隔的影响。因此，透射最大值的精细尖端决定了小的自由光谱范围，而反过来大的自由光谱范围只能以大的半值宽度的透射最大值为代价来实现。法布里-珀罗滤波器的这种特性也以所谓的精细度来记录，所述精细度被定义为自由光谱范围与半值宽度的比值。
[0007]由于这些原因，通常一种或多种气体组分的众多吸收线落在法布里-珀罗滤波器的通带内，不管是因为它们在大的半值宽度的法布里-珀罗滤波器相同的透射最大值内，还是因为小的半值宽度的法布里-珀罗滤波器的自由光谱范围太小不能选择性地将法布里-珀罗滤波器调节到吸收线上，而无需使得次最大值与其它吸收线一致。
[0008]因此，可用法布里-珀罗滤波器获得的光谱分辨率是有限的。如果想要获得较高的光谱分辨率，则通常采用上述方法如FTIR或光栅光谱法。
[0009]因此本发明的任务在于，改进用于气体分析的光谱的测量。
[0010]此任务通过根据权利要求1或15所述的光谱仪和用于对气体进行光谱分析的方法得以实现。在将光发射到具有待测气体或气体混合物的测量室中用于光谱分析之前，借助滤波器布置使光具有一些频率特性。然后对气体的吸收进行检测，从而测量气体组分的浓度。本发明的基本思想是，在滤波器布置中设置多个法布里-珀罗滤波器。通过对所述法布里-珀罗滤波器中的至少一个进行调节来改变滤波器布置的透射光谱，这样便可实现想要的光的频率特性。例如有可能的是，依次将光谱仪调到气体混合物中各种气体的吸收光谱上，或连续调节滤波器布置以便扫描更大的波长范围。
[0011]本发明示出了法布里-珀罗滤波器的优点，所述滤波器价格便宜，结构紧凑，机械简单，因此维护成本低且耐用并具有高的光学性能。入射光的可变频率特性可以非常迅速、灵活地进行调节。但同时由于法布里-珀罗滤波器的多级布置故可能实现高光谱分辨率。因此产生新的调节自由度，所述自由度例如可用于同时实现小的半值宽度和大的自由光谱范围。如果是简单的法布里-珀罗滤波器，由于这些变量的直接关系这是不可能的并且还会大大限制通常可实现的光谱分辨率。
[0012]为了调节法布里-珀罗滤波器，要特别改变滤波器的空隙或反射镜间距。由此来改变谐振频率，并从而改变透射光谱。为此例如将法布里-珀罗滤波器构造成静电或压电控制的微系统(MEMS，微机电系统)。其将鲁棒性、小的尺寸和至少在毫秒范围内这样短的反应时间结合在一起。
[0013]所述滤波器布置优选具有三个法布里-珀罗滤波器。原则上也可通过两个法布里-珀罗滤波器来获得较大的灵活性。额外设置在滤波器布置中的法布里-珀罗滤波器越多，得到的自由度就越多。三个法布里-珀罗滤波器构成优选的折中方案。
[0014]优选地，将法布里-珀罗滤波器的反射镜间距和相应的透射光谱的分配存储在控制器中。所述分配在出厂时就已确定或最初在校准测量时就已得知。控制器借助所述分配可设定期望的滤波器布置的透射光谱。至少有一个法布里-珀罗滤波器参与调节过程，但是也可以是多个的或所有的法布里-珀罗滤波器参与调节。
[0015]法布里-珀罗滤波器优选具有分级的半值宽度，特别是在有三个法布里-珀罗滤波器时分别设置了具有小的半值宽度的、中等的半值宽度的和大的半值宽度的法布里-珀罗滤波器。直观上最有可能理解的是法布里-珀罗滤波器的共同作用，其中具有最小半值宽度的法布里-珀罗滤波器决定光谱分辨率，而其余的法布里-珀罗滤波器分级地确保分辨率更精细的法布里-珀罗滤波器的较高阶被隐藏起来。但是在许多情况下也有其它组合方式，用以实现想要的透射光谱。
[0016]所述透射光谱优选在预定的频率上具有窄带最大值。另外，在所述最大值以外的优选频率分量仍被大大抑制。因此滤波器布置确保只是具有特定频率的光才能进入测量室。通过间歇性地移动最大值的频率来多次单独测量可将光谱扫描出来。
[0017]控制器是优选构造为，周期性地改变滤波器布置的透射光谱，从而调制最大值的幅度。滤波器布置通过这种方式同时还构成光学脉冲整形器。这特别是通过对法布里-珀罗滤波器进行相互一致的周期性调整来实现的。例如周期性地移动具有最大半值宽度的法布里-珀罗滤波器的最大值，使得最大值的位置不同程度地与其它法布里-珀罗滤波器的最大值一致。由此获得的效果与通过遮光板获得的效果类似，所述遮光板可选择地让光通过或将其阻挡。但是法布里-珀罗滤波器还有许多其它的位置，其透射最大值在这些位置很少重叠或不重叠，从而使得光实际上被阻止，并且还可以在中间阶段启动它们，以实现其它纯明暗调制。多个法布里-珀罗滤波器还有可能双功地扫描具有高分辨率的光谱，而同时无需额外的元件就可实现对落入测量室中的光强度进行调制。
[0018]优选地，用可预先给定的功能来调制振幅，特别是用增量脉冲、正弦波或先呈指数增长然后突然下降的脉冲来调制振幅。增量脉冲对应于纯明暗调制。正弦或余弦特别好地支持电子和数字的锁相法。但该功能几乎可以任意选择，方式是将滤波器布置移动到中间位置，该位置会导致透射最大值产生不同衰减。众多示例中的一个例子是利用脉冲来调制，所述脉冲看上去与鲨鱼鳍类似，即起初相对缓慢地呈指数增长到其最大亮度，然后突然回落到暗状态。这种调制是一个简单易推算的例子。
[0019]优选地，将控制器构造成用于根据扫描模式来改变透射光谱，根据其在扫描频率下分别生成具有最大值的透射光谱，所述最大值的振幅在所述扫描频率下通过多次循环进行调制，并且系统地改变扫描频率。用所述扫描模式在不同频率下分别根据脉冲序列依次扫描光谱。
[0020]优选地，借助已知的调制用锁相法来分析检测器的信号。这是锁相放大器的原理，其被模拟或数字调节到已知的调制频率上并从而获得更好的信噪比。最好如上所述在滤波器布置中自行对光进行所需调制，但额外的光学脉冲整形器或脉冲光源原则上也是可行的。
[0021]在光路中优选地设置额外的光学带通滤波器，以隐藏至少一个法布里-珀罗滤波器的高阶最大值，最好是隐藏具有最大自由光谱范围的法布里-珀罗滤波器的高阶最大值。具有较大自由光谱范围的法布里-珀罗滤波器在滤波器布置内实际上已实现了此功能，方式是它们对具有较小自由光谱范围的法布里-珀罗滤波器的高阶进行抑制。但这样并不足以排除所有不需要的光谱分量，并因此光学带通滤波器将频带全部限制在感兴趣的区域，所述区域最好最多与滤波器布置的合成自由光谱区一样大。所述带通滤波器也可以集成到在光路中的发送光学器件或接收光学器件中。可替代地，窄带的光源或者检测器就足以从自身排除滤波器布置的存留的较高阶。
[0022]测量室优选为光声测量室。当吸收路径短时，低的气体浓度也可在该测量室中进行测量，并且该测量室具有大的动态范围。光声测量室测量压力变化，这种压力变化是由于入射到测量室中的光被吸收时因为气体被加热而产生的。所述压力变化例如用麦克风或压力传感器来进行声学测量。优选地，调制光在这里用于确保足够的状态变化。
[0023]在光声测量室的优选实施方式中，其具有大致为硅膜形式的振动梁(悬臂)和用于通过干涉法来光学测量振动梁的偏转的干涉仪。在入射光的频率特性和气体组分吸收光谱的频率特性足够一致时进行吸收会导致非常快地加热，并从而使得气体产生脉冲式的压力变化。然后对由此引起的振动梁偏转进行干涉分析。
[0024]优选地，设置校准装置，其可引入到光路中并可从光路中移除，而且所述校准装置包括具有已知参考频率的干扰滤波器或具有参考气体的气体比色皿(GaskUvette)。虽然法布里-珀罗滤波器的谐振特征及其透射光谱理论上可以很好地预测，但实际上当控制器设置一定的反射镜间距时，会产生公差。在校准时通过与已知的参考频率进行比较来对其进行补偿，并因此可以特别精确地调节相应的透射波长和/或强度。所述参考气体也可以引入测量室。在使用参考气体时要像往常一样注意温度和压力稳定的情况。
[0025]校准装置优选具有滑块或滤光轮。因此校准起来很容易，如有必要可以重复进行。可以分别使用多种参考气体或干扰滤波器，用于校准多个校准点。
[0026]优选至少一个法布里-珀罗滤波器可从光路中移除且又可重新引入光路中。滑块也可用于此用途。用这种方式不仅可将法布里-珀罗滤波器整个作为滤波器布置来校准，而且还可单独或成组地进行校准。这会简化校准过程并导致更准确的结果。
[0027]根据本发明的方法可用类似的方式进一步改进并同时显示类似的优点。所述有利的特征是示例性的，但是并不限于隶属独立权利要求的从属权利要求所述。
[0028]下面示例性地借助实施方式并参考附图来进一步详细说明本发明的其它特征和优点。附图中的图片显示:
[0029]图1为光谱仪的概括图；
[0030]图2a示出了三个不同法布里-珀罗滤波器的透射光谱；
[0031]图2b示出了根据图2a所示的三个按顺序依次布置的法布里-珀罗滤波器的共同的透射光谱；
[0032]图3示出了 CO的示例性光谱扫描；
[0033]图4a示出了与图2a类似的三个不同法布里-珀罗滤波器的透射光谱，但具有相互失谐，由此透射最大值获得相互位移；
[0034]图4b示出了根据图4a所示的、与图2b类似的三个按顺序依次布置的法布里-珀罗滤波器的共同的透射光谱；
[0035]图5a示出了根据图2a和4a所示的透射光谱，用于阐述可能的设置更改以便对共同透射光谱中的合成最大值进行振幅调制；
[0036]图5b不出了有多个设置更改时根据图5a所不的三个按顺序依次布置的法布里-珀罗滤波器的共同的透射光谱的最大值；
[0037]图6示出了用于调制入射光的扫描模式，所述入射光的每个设定透射波长分别具有五个明暗周期；
[0038]图7示出了用于调制入射光的另一种扫描模式，所述入射光的每个设定透射波长分别具有两个鲨鱼鳍状周期；
[0039]图8示出了光谱仪另一种实施方式的概括图，其中具有可调节引入光路中的元件用于校准；以及
[0040]图9示出了光谱仪另一种实施方式的概括图，其中具有可选择性地从光路中移除的法布里-珀罗滤波器。
[0041]图1示出了光谱仪10的概括图，所述光谱仪10用于通过吸收测量来确定气体组分的浓度。光源12发出光14,该光14在其光路16上通过第一光学器件18、带通滤波器20、具有多个法布里-珀罗滤波器24a-c的滤波器布置22以及第二光学器件26，并随后入射到测量室28中。待检测的气体30或气体混合物在测量室28中，为此设置了用箭头示出的气体入口 32和气体出口 34。
[0042]检测器位于测量室28，所述检测器在这里被设计成具有(激光)干涉仪38的振动梁36用于确定振动梁36的偏转。控制和分析单元40具有用于分析干涉仪38信号的测量模块42，还具有用于调节滤波器布置22的控制器44和其它必要的控制和分析功能。控制和分析单元40的划分仅仅为了说明清楚，将其以一个或多个物理控制和分析单元进行划分也是可能的，这些单元相互交换数据和状态参数。
[0043]光源12最好是宽带的红外发射器。由此将待测气体分子光谱线的典型频率范围覆盖。第一光学器件18将光12聚焦，其中所示透镜仅代表一个或多个适合用于光束整形和光束引导的光学元件。带通滤波器20从光源12的宽频带中截选出粗糙区域，待测气体在该区域的吸收带内。例如在4.3μπι-7.4μπι的频率范围可测到气体组分CO、NO、SO2, NO2,N2O, CO2和H2O并在3μπι-3.8μπι的频率范围可测到许多的碳氢化合物。因此，在所述区域之外的频率，或具有气体光谱线的频率(这些频率用某些光谱仪应该根本测不出来)，它们从一开始就可借助带通滤波器20来抑制。带通滤波器20也可不在示出的位置而在光路16的其它位置或将它集成到其中一个光学器件18、26中。或者使用频带有点窄的光源12，例如LED，并且不必再用带通滤波器20。滤波器布置22自身至少在某种程度上可承担带通滤波器20的功能。
[0044]滤波器布置22在下面还会进行详细描述，其透射光谱可通过调节法布里-珀罗滤波器24a-c用期望的方式来指定，从而使得光14在通过滤波器布置22后具有某些频率特性。优选地，在指定频率只有窄的透射最大值仍然保留着，然后所述最大值在多次单独测量中移动通过感兴趣的频率范围。或者将透射最大值有针对性地与已知光谱线一致，以便测量相应的气体组分。第二光学器件26将被滤波的光14引入到测量室28，其中与第一光学器件18 —样将此示图纯示例性地理解成简单的透镜。此外，在滤波器布置22内，特别是在法布里-珀罗滤波器24a-c之间还可设置其它的光学元件。
[0045]只有当入射到测量室28中的光的频率特性与气体30的分子的一个或多个光谱线一致时，相应频率的光才会被吸收。这会导致气体30被加热，从而使测量室28中的压力增力口，而这又会使振动梁36与相应的一种或多种气体组分的浓度成一定比例地进行偏转。干涉仪38高精度地将所述偏转检测出来。因此用这种类型的光声测量室28进行的测量特别准确。但是也可设置另外的光声测量装置，例如通过麦克风或压力传感器来进行测量，以及设置完全不同的检测装置例如通过红外探测器来进行检测，其对透射过气体30的光14进行测量并从中推断出吸收情况。在这种情况下，具有检测器的布置在测量室28外是可以设想的，接着将通过测量单元28的光借助适当的光学元件引导至检测器。还有一种可能布置是这样的，其中光在测量室28之后反射，经过两次传输通过测量室28之后记录在检测器中，例如通过光源12和检测器之间的分束器布置来进行。
[0046]现在参照图2至图7来进一步详细说明滤波器布置22的运行方式。控制器44能够对至少一个法布里-珀罗滤波器24a_c的参数进行更改，特别是对两个半透明反射镜之间的空隙进行更改，从而更改谐振频率。例如可通过静电或压电操纵装置被构造成MEMS的法布里-珀罗滤波器来实现，所述滤波器的反应时间短而没有宏观运动。由此可指定滤波器布置22的透射光谱。
[0047]图2a以示例形式示出了三个法布里-珀罗滤波器24a_c的三个透射光谱。具有最小半值宽度的法布里-珀罗滤波器24a生成了用细线表示的、彼此紧靠的呈细针状的透射最大值。另一个中等的半值宽度的法布里-珀罗滤波器22b在所示的频率部分具有三个用粗线表示的透射最大值。第三个法布里-珀罗滤波器24c在所示的频率部分只有比较宽的用虚线表示的透射最大值。这也阐明了引言中所描述的对透射最大值的半值宽度和密度的依赖性，也就是说取决于自由光谱范围:透射最大值越窄并因此越适合较高光谱分辨率，则下一个高阶透射最大值就越近。因此法布里-珀罗滤波器24a-c中没有一个单独适用高分辨率光谱法，因为光不会被特别限制在特定的窄频率范围。
[0048]通过将三个法布里-珀罗滤波器24a_c依次布置可解决上述问题。图2b示出了相应的共同透射光谱，即最后将图2a中的三个透射光谱逐点相乘。在图2a中所有三个法布里-珀罗滤波器24a_c的透射最大值重叠的地方会产生明显的透射最大值。其余的透射最大值仍是可以识别的，只是明显被抑制了，因为具有较大自由光谱范围的每个法布里-珀罗滤波器24a_c抑制了法布里-珀罗滤波器的高阶透射最大值并且所述滤波器的半值宽度窄。同时也要遵守图2b的对数表达。如果法布里-珀罗滤波器24c具有的透射最大值最宽，则自由光谱范围不一定足够将光源12的整个带宽覆盖，为此选择性地让带通滤波器20额外地缩小频率范围，例如缩小至图中所示部分或一般缩小至通频带，所述通频带最多与一个或多个法布里-珀罗滤波器24a-c的自由光谱范围一样大。
[0049]现在通过连续改变图2b中所示区域的中心波长可扫描气体30的吸收光谱。图3示例性地显示了 CO光谱的连续扫描结果。
[0050]高分辨率光谱测定法现在可以用相同的结构扩展到调制，以便在检测中能够使用锁相法。由此在具体示出的具有光声测量室28的实施方式中周期性地偏转振动梁24并对其振动进行干涉分析。但是锁相法也有其它用途，例如用于放大红外检测器的信号。
[0051]滤波器布置22本身双功地并因此无需额外的组件就能够产生所需调制。为此法布里-珀罗滤波器24a_c周期性地彼此失谐并因此有针对性地暂时离开图2b所示出的明亮状态。图4阐明了这一点。图4a示出了与图2a类似的图，其中在这里透射最大值相对于彼此被移位，从而使得它们尽可能在任何频率下均没有重叠。对于最宽的、用虚线表示的透射最大值来说，其能够被立刻识别出来的。但用粗线表示的平均透射最大值在4.6 μ m时不再与用细线表示的针状透射最大值一致。如有必要也可以通过微调来防止在4.2 μ m时进行重叠。在根据图4b的所得共同的透射光谱中，透射最大值在4.6μπι时衰减了两个数量级。因此根据图2和图4的调节之间的周期性变换会导致在每个透射波长具有两个亮度等级的明暗调制。
[0052]但是不仅有可能进行简单的明暗调制，而且还有可能进行可选择的、随时间变化的被传输的光功率调制。为此不直接启动如图4所示的暗状态，而是启动不同强度的中间状态。
[0053]图5对所述方法进行了阐述。图5a的描述基本上与图2a —致，但其是用箭头46来指示调制模式。其原因在于，要调节具有最大半值宽度和最大自由光谱范围的法布里-珀罗滤波器24c的空隙。这只是一个特别直观的可以理解的示例，法布里-珀罗滤波器24a-c设置的其它组合形式也会获得想要的结果。
[0054]在4.6μπι时的共同透射最大值在中间状态会产生不同的幅度。这一点在图5b中示例性地通过法布里-珀罗滤波器24c的四个位置示出。
[0055]图6示出了具有扫描模式和调制模式的CO吸收线的示例性扫描的部分。在每个设定的透射波长上分别进行五次明暗循环。因此每十个数据点对应于一个透射波长。四个透射波长上的循环用箭头48表示。
[0056]循环数和每次循环的调制是任意变化的。为此，图7示出了具有其它扫描模式和调制模式的CO吸收线的另一个示例性扫描的概要。在这里每个设定的透射波长上要分别进行两次调制循环，如四次循环一样用箭头50表示。调制本身不再是简单的明暗变换，而是通过多个步骤进行，这里一共要进行十次强度调制，先是呈指数增长而随后便急剧下降(呈“鲨鱼鳍”形)。实际上用类似的方式可以实现任意扫描模式和调制模式。
[0057]因此，滤波器布置22能够将在连续改变的中心波长周围的狭窄波长范围中的光发射到测量室28，其中可以根据需要对光进行调制。
[0058]法布里-珀罗滤波器24a_c的透射光谱与控制参数有关，所述控制参数可以由控制器44来设置。要将其校准可在根据图8的光谱仪10的另一种实施方式中将额外的元件52作为校准装置引入光路16中或从光路中移除。在这种情况下元件52具有已知的光谱，所述光谱被用作参考。所述元件52的两个示例为已知与波长有关的透射干涉滤波器或闭合的参考气体比色皿，且所述比色皿的长度已知并且由已知浓度的一种或多种气体组分填充。在这种情况下应注意温度稳定性，在有参考气体的情况下也还要注意压力稳定性。在使用元件52并测量光谱时，要根据一个或多个控制参数将透射光谱校准，所述透射光谱包括法布里-珀罗滤波器24a-c的透射波长和透射强度在内。元件52的引入或取出可通过滤光轮或机械滑块来实现。一种替代性的实施方式在光路16中布置了用于校准的窄带激光光源来替代兀件52。
[0059]图9示出了光谱仪10的另一种实施方式。在此实施方式中，法布里-珀罗滤波器24a-c也可以通过滑块或类似物单独或成组地从光路16中移除或可引入其中。这也可以与根据图8的实施方式相结合。根据图9的实施方式允许单独或成组地将法布里-珀罗滤波器24a-c校准，而不只是将整个滤波器布置22校准。这会提高精度并简化程序。
[0060]要将法布里-珀罗滤波器24a_c校准也可以设想的是，用校准气体或参考气体来填充测量室28，其气体组分及其浓度是已知的。此外还有可能的是，将检测器代替测量室28引入光路16中用于校准，所述检测器将相关光谱范围内的强度测量出来，并由此可对滤波器布置22的设置进行检验或对整个光路16的特性进行检验。
【权利要求】
1.一种用于气体分析的光谱仪(10)，所述光谱仪(10)包括:测量室(28)，其填充有待测气体(30);光源(12)，其用于在光路(16)上将光(14)发射到所述测量室(28);滤波器布置(22)，其具有在所述光路(16)上的法布里-珀罗滤波器(24a-c)，以便通过所述滤波器布置(22)的透射光谱来调节光(14)的频率特性；以及，检测器(36、38)，其通过所述测量室(28)中的气体(30)来测量光(14)的吸收， 其特征在于， 所述滤波器布置(22)具有多个依次布置在所述光路(14)中的法布里-珀罗滤波器(24a-c)，并且还设置了用于所述滤波器布置(22)的控制器(44)，以便通过调节所述法布里-珀罗滤波器(24a_c)中的至少一个法布里-珀罗滤波器(24a_c)来改变透射光谱。
2.如权利要求1所述的光谱仪(10)，其中，所述滤波器布置(22)具有三个法布里-珀罗滤波器(24a-c)。
3.如权利要求1或2所述的光谱仪(10)，其中，将所述法布里-珀罗滤波器(24a-c)的反射镜间距和相应的透射光谱的分配存储在所述控制器(44)中。
4.如前述权利要求中任一项所述的光谱仪(10)，其中，所述法布里-珀罗滤波器(24a-c)具有分级的半值宽度，特别是在有三个法布里-珀罗滤波器(24a_c)时分别设置了具有小的半值宽度的、中等的半值宽度的和大的半值宽度的法布里-珀罗滤波器(24a-c)。
5.如前述权利要求中任一项所述的光谱仪(10)，其中，所述透射光谱在预定的频率上具有窄带最大值。
6.如权利要求5所述的光谱仪(10)，其中，所述控制器(44)被构造为，周期性地改变所述滤波器布置(22)的透射光谱，从而调制最大值的幅度。
7.如权利要求5或6所述的光谱仪(10)，其中，用可预先给定的功能来调制振幅，特别是用增量脉冲、正弦波或先呈指数增长然后突然下降的脉冲来调制振幅。
8.如权利要求5至7中任一项所述的光谱仪(10)，其中，所述控制器(44)被构造成，用于根据扫描模式来改变透射光谱，根据其在扫描频率下分别生成具有最大值的透射光谱，所述最大值的振幅在所述扫描频率下通过多次循环进行调制，并且随后系统地改变所述扫描频率。
9.如权利要求6至8中任一项所述的光谱仪(10)，其中，借助已知的调制用锁相法来分析所述检测器(36、38)的信号。
10.如前述权利要求中任一项所述的光谱仪(10)，其中，在所述光路(16)中设置有额外的光学带通滤波器(20)，以隐藏所述法布里-珀罗滤波器(24a-c)中的至少一个法布里-珀罗滤波器(24a_c)的高阶最大值，最好是隐藏具有最大自由光谱范围的法布里-珀罗滤波器(24a_c)的高次最大值。
11.如前述权利要求中任一项所述的光谱仪(10)，其中，所述测量室(28)为光声测量室。
12.如前述权利要求中任一项所述的光谱仪(10)，其中，设置有校准装置(52)，所述校准装置(52)可引入所述光路(16)中并可从所述光路(16)中移除，而且所述校准装置(52)包括具有已知参考频率的干扰滤波器或具有参考气体的气体比色皿。
13.如权利要求12所述的光谱仪(10)，其中，所述校准装置(52)具有滑块或滤光轮。
14.如前述权利要求中任一项所述的光谱仪(10)，其中，至少一个法布里-珀罗滤波器(24a-c)可从所述光路(16)中移除并且又可重新引入到所述光路(16)中。
15.一种用于对气体进行光谱分析的方法，其中，光源(12)的光(14)穿过具有法布里-珀罗滤波器(24a-c)的滤波器布置(22)，并且同时还通过所述滤波器布置(22)的透射光谱来调节光(14)的频率特性，紧接着将所述光(14)引到具有待测气体(30)的测量室(28)中并通过在所述测量室(28)中的气体(30)来测量光(14)的吸收， 其特征在于， 通过对所述滤波器布置(22)的多个依次布置的法布里-珀罗滤波器(24a-c)中的至少一个法布里-珀罗滤波器(24a-c)进行相应的调节，并且由此用具有不同频率特性的光来多次测量吸收。
【文档编号】G01N21/3504GK104515745SQ201410521849
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2013年10月2日
【发明者】托尔斯滕·沃尔德曼, 罗尔夫·迪施 申请人:西克股份公司