本发明涉及一种用于分析测量气体的气体分析系统中的信号检测的方法，其具有辐射源，其在第一波长范围中发射电磁辐射；具有气体测量段，在气体测量段中包含测量气体，其中气体测量段如此相对于辐射源布置，使得从辐射源发射的辐射穿过气体测量段，具有法布里-珀罗干涉仪，其具有彼此平行布置的第一和第二部分透明的镜子，和用于改变镜子之间的距离的装置，其中法布里-珀罗干涉仪如此布置，使得来自辐射源的穿过气体测量段的辐射落在法布里-珀罗干涉仪的第一镜子上，具有热传感器，其中热传感器设计成，使得落在其上的电磁辐射造成其上设置的电极之间的电压的改变，并且如此布置，使得通过法布里-珀罗干涉仪的第二镜子离开的辐射落在热传感器上。此外本发明涉及用于执行这种方法的气体分析系统。
背景技术：
从de102006045253b3已经已知具有辐射源和法布里-珀罗干涉仪的气体分析系统，其中来自辐射源的辐射穿过小管形式的气体测量段并且接着落入法布里-珀罗干涉仪。法布里-珀罗干涉仪与给定电压持续地不和谐，即镜子的距离以其电压振荡，并且由此离开的辐射由双频带探测器检测并且评估。由此确定吸收谱，其方式为由法布里-珀罗干涉仪离开的并且落到传感器上的辐射的强度根据波长确定，在其上干涉仪由于镜子的距离正好敏感。
当然在这种气体分析系统中存在该技术问题：实现传感器的可靠校准和关于波长的由传感器信号得出的测量值并且当使用具有长时间不变性的热传感器时，尤其是这样。当会检测到在长波红外区域中，也就是尤其是在5µm和12µm之间的区域中的辐射时这种热传感器如焦热电探测器当然必须经常使用。当要使用气体分析系统用于分析麻醉气体（其中确定在呼吸气体中笑气和二氧化碳的含量）尤其是要求这样。
如上提及的，热传感器具有大时间不变性，使得其对于击中其的强度的改变仅缓慢反应。在此吸收谱对于波长范围用这种传感器在法布里-珀罗干涉仪的改变的不协调的情况下并且因此在改变干涉仪对其敏感或者通过干涉仪的波长的情况下，仅在大时间花费下进行，这接着必须分析，以便进行气体浓度确定。但是这又导致，仅可困难地检测要分析的气体的浓度的短时间改变。
技术实现要素：
在此从现有技术出发本发明的任务是，如此运行具有热传感器的气体分析系统，使得尽管传感器的长时间不变性但仍实现可靠气体浓度确定，使得系统安全地对支持的气体种类不变地敏感。
根据本发明这个任务通过用于在气体分析系统中信号检测的方法解决
-具有辐射源，其在第一波长范围δλ1中发射电磁辐射，
-具有气体测量段，在所述气体测量段中包含测量气体，其中所述气体测量段如此相对于辐射源布置，使得从所述辐射源发射的辐射穿过气体测量段，
-具有法布里-珀罗干涉仪，其具有彼此平行布置的第一和第二部分透明的镜子，和用于改变镜子之间的距离的装置，其中所述法布里-珀罗干涉仪如此布置，使得来自所述辐射源的穿过气体测量段的辐射落在法布里-珀罗干涉仪的第一镜子上，
-具有热传感器，其中所述热传感器设计成，使得落在其上的电磁辐射造成其上设置的电极之间的电压的改变，并且如此布置，使得通过法布里-珀罗干涉仪的第二镜子离开的辐射落在热传感器上，
其中所述方法包括，
用来自所述辐射源的辐射照射所述气体测量段，
彼此以不变的时间上的距离产生时间信号脉冲，
在产生时间信号脉冲期间法布里-珀罗干涉仪的镜子的距离持续地放大或减小，
在产生给定数量的时间信号脉冲之后，检测热传感器的电极之间产生的电压并且作为测量信号值存储以及
在再次产生给定数量的时间信号脉冲之后，再次检测在热传感器的电极之间产生的电压并且作为测量信号值存储。
在此气体测量段在本发明的意义中仅理解为空间区域，要分析的测量气体位于该空间区域中并且由辐射源发射的辐射可通过所述空间区域或者该辐射经过所述空间区域，以便到达法布里-珀罗干涉仪。这意味着，在这种情况下气体测量段可以是由测量气体流过的小管。但是可完全一样的设想，气体测量段是生产设备中的开放区域，其中监视安全性相关气体的浓度，如在开放-路径-系统的情况下情况如此。此外本发明不限于这两个应用。
在根据本发明的方法中并行于产生时间信号脉冲法布里-珀罗干涉仪的镜子之间的距离持续地提高或减小，使得由干涉仪通过的波长或波长区间也持续地改变。通过气体测量段的辐射击中法布里-珀罗干涉仪，其中然后根据镜子的距离通过波长或者波长区间的辐射并且落入其后布置的热传感器上。
仅充分利用，在根据本发明的方法中镜子的距离和因此干涉仪对其敏感的波长或者波长区间是持续地产生并且检测的时间信号脉冲的函数。通过在给定数量的脉冲之后检测在热传感器上产生的电压并且作为测量信号值存储的方式，可对该信号分配精确波长区间，测量信号值对于其是在那检测的辐射强度的量度。通过镜子的距离持续地放大或减小的方式，波长谱还持续地通过，并且通过选择时间信号脉冲（其之后分别检测电压并且存储测量信号值），确定波长片段的宽度，对于其分别检测到击中探测器上的辐射的强度。
在方法的优选的实施方式中法布里-珀罗干涉仪的第一和第二镜子之间的距离取决于用于调节距离的装置上施加的电压，其中用于持续地放大或减小距离的电压持续地提高或持续地减小。在这种实施方式中气体分析系统的控制装置可以以简单的方式控制法布里-珀罗干涉仪或者探测器对其敏感的波长或波长区间。
在另一优选的实施方式中辐射源如此设计，使得其强度以不变的频率变化，其中该变化用于产生时间信号脉冲。这种扩展方案实现，以优选方式用热传感器检测时间信号脉冲连同测量信号。由此设备花费较少。
以另一优选的方式热传感器是焦热电传感器，其具有其上设置两个电极的晶体，其中在检测电极上的电压并且作为测量信号值的存储之后接着可以进行信号电压到限定的输出水平的电子复位。这可以例如实现，其方式为电极在时期中彼此电连接，电极因此短路，使得在时期之后电极之间的电压降到0。
在方法的该构造中这里优选使用的焦热电传感器通过短路复位，使得电极之间的电压对于连续的波长区间不集成地，而是对于每个测量区间（其对应于给定数量的时间信号脉冲），存储测量信号，其与时间上位于其前的测量区间的信号无关。
此外热传感器和尤其是焦热电探测器对于长波红外区域，也即是对于3.5µm和12µm之间的波长范围，证明为有利的。
以另一优选的方式除了第一辐射源还可以设置第二辐射源，在气体测量段中发射在第二波长范围δλ2中的电磁辐射并且其如此布置，使得从第二辐射源发射的辐射同样通过气体测量段并且落在法布里-珀罗干涉仪的第一镜子上。在此第一波长范围δλ1（发射在其中的第一辐射源辐射）和第二波长范围δλ2不同，并且第二辐射源的强度以不变的频率变化，以便产生时间信号脉冲。
这个结构实现，对于波长范围（其尤其是在呼吸气体测量的情况下是重要的）使用两个辐射源，其中辐射源可以以时间上不变的强度运行并且遮盖6µm之上的长波区域。对于2µm和6µm之间的短波区域可以使用第二辐射源，其优选构造为led。这可以以简单的方式在其强度上以不变的频率调制，以便产生时间信号脉冲。
在此特别优选的是，发光二极管具有准直光学器件，使得较大部分的由二极管产生的辐射可以聚集到不仅在气体测量段中，而且法布里-珀罗干涉仪上，使得系统又可以高效工作。
此外在方法的别的实施方式中法布里-珀罗干涉仪构造为双频带-法布里-珀罗干涉仪使得在镜子彼此距离的情况下来自第一波长范围的在关于第一波长λt1的第一波长区间中的辐射和来自第二波长范围的关于第二波长λt2的第二波长区间中的辐射通过干涉仪并且接着可由至少一个传感器检测。
这种结构实现，在法布里-珀罗干涉仪的给定设定的情况下强度在两个波长范围中检测。这可以在另一优选的实施方式中以该方式实现，即两个强度由同一个热传感器尤其是焦热电传感器检测到。此外因为在每种情况中产生时间信号脉冲并且并行地实现干涉仪的镜子的距离改变，可以使用时间信号脉冲用于校准在两个波长范围中的谱。
但是备选地还可以实现，设置第二r传感器，其如此布置，使得从第二辐射源发射的辐射（其穿过气体测量段并且落在法布里-珀罗干涉仪的第一镜子）在通过法布里-珀罗干涉仪之后撞击到第二传感器上。这实现，两个波长范围δλ1，δλ2（其中法布里-珀罗干涉仪对于分别一个波长区间敏感）分离地通过两个传感器检测。
在此还优选的是，设置分束器，其如此布置和设计，使得一部分由一个或多个辐射源发射的辐射在通过气体测量段和法布里-珀罗干涉仪之后落在第一传感器上并且另一部分的该辐射落在第二传感器上。尤其是分束器可以构造作为部分透明的镜子。
此外第二传感器可以尤其是半导体探测器，其在红外区域中并且尤其是在到6.0µm的波长范围中敏感。半导体探测器具有该优点，它具有非常短的时间不变性，使得它不成问题，还可用其检测时间信号脉冲，其通过调制辐射源之一的强度产生。
最后上述任务还根据权利要求15通过用于分析测量气体并且尤其是用于执行根据本发明的方法的气体分析系统来解决。
对于半导体探测器的活性材料可以以优选的方式使用pbse，pbs，gaas，inas或gainas。
附图说明
在下面本发明根据附图解释，附图仅示出优选实施例，其中
图1是用于执行根据本发明的方法的气体分析系统的第一实施例的示意性表示，
图2是气体分析系统的第二实施例，
图3示出在图1的实施例的运行的情况下辐射强度和信号的曲线以及
图4示出在图2的实施例的运行的情况下的辐射强度和信号的曲线。
具体实施方式
用于执行根据本发明的方法的气体分析系统1的在图1中示出的第一优选实施例具有第一热辐射源3以及第二，构造为led的辐射源5。第一辐射源3在这个实施例中发射在3.5µm和12µm之间的第一波长范围δλ1中的辐射。此外第二辐射源5（其具有在2µm到6µm的第二波长范围δλ2中的特征性的放射谱）在这个优选的实施例中配置有准直光学器件7，使得由其发射的辐射在仅一个方向上射出。当然还可以设想，使用具有其他发射波长的辐射源。
此外气体分析系统1具有测量小管9形式的气体测量段，通过它要分析的测量气体可沿着流动方向11流动。在此小管9和因此气体测量段如此布置，使得由辐射源3，5发射的辐射通过小管9。尤其是第二辐射源5的辐射通过准直光学器件7发射的方向对准小管9。在与辐射源3，5相对的小管9的侧上布置双频带-法布里-珀罗干涉仪13，其具有两个彼此平行延伸的部分透明的镜子，其中镜子之间的距离可借助于控制装置15改变，此外它与第一和第二辐射源3，5相连。对此将电压信号从控制装置15传导到干涉仪13上的用于距离改变16的装置。
此外气体分析系统1具有焦热电探测器17形式的热传感器，其如此布置，使得不但第一辐射源而且第二辐射源3，5的通过法布里-珀罗干涉仪13的第二镜子离开的辐射落在热传感器或者焦热电探测器17上。
热传感器或者焦热电探测器17具有晶体，其上设置两个电极，其中由于通过落入的电磁辐射带来的热能调节电极之间的电压改变。该电压信号可以由控制装置15检测并且传递到评估装置19，控制装置15与评估装置相连。在此焦热电探测器17不但在第一波长范围δλ1（第一辐射源3在其中发射）中而且在第二波长范围δλ2（第二辐射源5在其中发射）中敏感。
从图3给出根据本发明的方法的优选实施方式，根据其运行图1的气体分析系统1的第一实施例。
在部分a)中示出，那个时间曲线具有第二，构造为led的辐射源5的强度，而部分b)还给出第一热辐射源3的时间曲线。由此可认出，发射第二波长范围δλ2中的辐射的第二辐射源5的强度以不变的频率变化，使得以该频率发射单独脉冲。由此以彼此不变的时间距离产生时间信号脉冲。与此不同地第一辐射源3以时间接近不变的强度在第一波长范围δλ1中发射红外辐射。
在图3的部分c)中表示作为时间的函数的由焦热电探测器17在根据本发明的方法的实施方式中输出信号，其中以不变的时间距离通过调制第二辐射源产生时间信号脉冲5并且此外在此在这个实施方式中持续地放大双频带-法布里-珀罗干涉仪13的镜子的距离，其中但是还可设想，距离持续地减小。
通过改变双频带-法布里-珀罗干涉仪13的镜子的距离改变来自第一波长范围δλ1和第二波长范围δλ2的关于第一和第二波长λt1，λt2的通过干涉仪并且落到焦热电探测器17上的的波长区间。因此作为时间的函数的强度还是作为波长的函数的强度并且因此是用于两个波长范围δλ1，δλ2的发射谱。
焦热电探测器17的信号由于其较长时间不变性相对于撞击到焦热电探测器17的来自第一和第二辐射源3，5的辐射强度的实际曲线明显改变。当然该信号由于第二辐射源5的以不变的频率变化的强度还具有带正好该频率的调制。在借助于第二辐射源5的调制产生时间信号脉冲并且还通过探测器17和控制装置15检测期间，信号首先在第一片段21上升，直到给定数量的时间信号脉冲，也就是第二辐射源5的辐射脉冲之后，焦热电探测器17的两个电极对于给定时期短路，使得电压在时间点23作为限定的输出水平首先将为零。在短路前存在的电压值作为测量信号值通过控制装置15传递到评估装置19并且存储。
在这个方法中在另外的给定数量的时间信号脉冲之后重复方法，使得给出在图解c中示出的模式。
通过使用第二辐射源5的调制或者脉冲化的辐射提供时间信号脉冲，其中时间信号脉冲的数量是波长区间的量度，对于该波长区间双频带-法布里-珀罗干涉仪13可通过或者对其协调，使得因此提供可靠校准，其不但适合第一波长范围而且适合第二波长范围δλ1，δλ2。通过还对每个测量信号值分配一定数量的时间信号脉冲的方式，可以确定，对于在第一和第二波长范围δλ1，δλ2中的哪两个区间相应测量信号值表示平均值。
为了从焦热电探测器17的信号解出时间信号脉冲，在这里描述的第一实施例中探测器17的由控制装置15检测的信号借助于带通滤波器滤波，使得由带通滤波器输出信号，该信号以频率变化，第二辐射源5以该频率发射在第二波长范围δλ2中的辐射并且可以从其中提取时间信号脉冲。
图3的部分d)示意性表示用于拆开由焦热电探测器17检测的强度为第一和第二波长范围δλ1，δλ2的可能性。对于第一波长范围δλ1重要的信号部分(dc-信号)是直流电压信号，因为它退回来自第一辐射源3的辐射。与其不同的是对于第二波长范围δλ2重要的信号部分是具有频率的交流电压信号(ac-信号)，第二辐射源5用所述频率调制。通过例如形成电子带通的rc–组合24进行dc-信号与ac-信号的分离。对于第二波长范围δλ2重要的ac-信号借助于锁入方法评估，即其借助于用于参考频率的第二辐射源5的控制频率，进行ac-信号的同相整流。测量的ac-信号的幅度的改变并且因此其同相整流的值是在第二波长范围δλ2中的辐射的接收强度的量度，并且因此气体浓度的量度。相反dc-信号是在第一波长范围中的辐射的接收强度的量度。
图2示出气体分析系统1'的第二实施例，其同样具有第一和第二辐射源3，5，其中第一辐射源3构造作为热辐射源，其发射3.5µm到12µm的第一波长范围δλ1的红外-光。第二辐射源5由构造为led并且发射2µm和6µm之间的第二波长范围δλ2中的辐射。两个辐射源3，5的辐射穿过形成气体测量段的小管9并且落到双频带-法布里-珀罗干涉仪13上，其布置在小管9的与辐射源3，5相对的侧上。
双频带-法布里-珀罗干涉仪13另一方面具有第一和第二部分透明的镜子(未示出)，其距离可借助于控制装置15和在干涉仪13上设置的用于距离改变的装置16变化，其中对此电压从控制装置15施加到双频带-法布里-珀罗干涉仪13上的装置16。尤其是距离将有助于电压改变。通过双频带-法布里-珀罗干涉仪13的镜子之间的距离改变的方式，来自第一和第二波长范围δλ1，δλ2的关于波长δλt1，δλt2的波长区间也改变，其从双频带-法布里-珀罗干涉仪13通过并且从干涉仪13的第二部分透明的镜子离开。
从法布里-珀罗干涉仪13的第二，部分透明的镜子离开的辐射落到构造为部分透明的镜子的分束器25。通过分束器25未反射的穿过的辐射又落到构造成焦热电探测器17的热传感器，其具有带两个电极的晶体，在电极之间在落在焦热电探测器17上的辐射的情况下产生电压，其通过吸收辐射能量在热传感器的晶体的材料中得出。
由分束器25反射的辐射落入到构造为半导体探测器27的第二传感器，其具有非常短的时间不变性并且对于辐射在第二波长范围δλ2中，也就是在直到6µm的区域中的辐射敏感，第二辐射源5在其中发射。在半导体探测器27中可以以优选的方式使用pbse，pbs，gaas，inas或gainas作为活性材料。此外半导体探测器27与控制装置15相连，如还有第一和第二辐射源3，5。
从图4可知，如在根据本发明的方法的第二优选的实施方式中可以运行气体分析系统1'的第二实施例。
图4的部分a)示出第二辐射源5的辐射的强度的时间曲线，第二辐射源构造为led并且发射到4.5µm的第二波长范围δλ2中的辐射，其中可认出，它脉冲地以固定频率实现，使得由此持续地时间信号脉冲以固定的时间距离通过第二辐射源5产生。
与其不同的是第一辐射源3的强度的时间曲线是不变的，如部分图4的b)所示。
图4的部分c)通过用“ga”标识的线示出作为波长的函数的测量气体的吸收曲线，其中测量气体的吸收线不但在第一波长范围δλ1中而且在第二波长范围δλ2中。在此双频带-法布里-珀罗干涉仪13通过选择值区域（其可接纳镜子彼此的距离）如此调整，使得干涉仪13以该方式运行，即其具有敏感性，其通过用“s”标识的线给出。因此在第一和第二波长范围δλ1，δλ2中检测尤其是区域，测量气体的重要组成部分的吸收线位于在所述区域中，使得可以由此导出在测量气体中的该组成部分的浓度。
在图2的气体分析系统1'的运行中形成第二辐射源5的led如所述用固定频率调制，其中由此产生时间信号脉冲。此外并行于产生时间信号脉冲调整双频带-法布里-珀罗干涉仪13的镜子的距离，使得在第一波长范围δλ1中在关于第一波长λt1的第一波长区间中和在第二波长范围δλ2中在关于第二波长λt2的第二波长区间中的辐射通过并且落在分束器25上，辐射从分束器到达两个探测器17，27。焦热电探测器17然后检测关于第一波长λt1的第一波长区间中的强度，而半导体探测器27检测关于第二波长λt1的第二波长区间中的强度，其中构造为半导体探测器27的第二传感器具有充分短的时间不变性，以便可以在时间上解出第二辐射源5的脉冲。因此控制装置15也容易地可以检测时间信号脉冲。
并行于脉冲地或在强度上调制的运行第二辐射源5并且与其相连地产生时间信号脉冲还在这个实施例中持续地放大双频带-法布里-珀罗干涉仪13的镜子的距离，使得来自第一和第二波长范围δλ1，δλ2的辐射（其从干涉仪13落到分束器25上）的波长转变为较大的波长。镜子的距离的放大通过改变控制电压实现，控制电压由控制装置15输出到双频带-法布里-珀罗干涉仪13上的装置16。
通过与产生时间信号脉冲并行的镜子距离的放大，检测的时间信号脉冲的数量是探测器17，27由于调整干涉仪13敏感的波长的改变的量度，并且因此实现测量信号值的简单校准。这如下发生。
在给定数量的时间信号脉冲（其对于焦热电探测器17和半导体探测器27可以是不同的但是在每个情况下由“快速”半导体探测器27检测）之后，探测器17，27的测量信号通过评估装置19与自从测量的开始起时间信号脉冲的数量一起作为测量信号值存储。在此时间信号脉冲的一起存储数量是波长的量度，测量信号值对于其是在相应探测器17，27检测到的强度的量度。
在半导体探测器27上检测并且存储的测量信号值在图4的部分d)中示出。在部分e)中示出在焦热电探测器17上检测并且存储的测量信号值，其中首先可认识到，时间信号脉冲的数量（其之后存储在焦热电探测器17上的测量信号值）大于在半导体探测器27的情况下，这是因为具有其20-db-性能的焦热电探测器17作为集成器（integrator）工作。
此外从部分e)可认识到，构造成焦热电探测器17的热传感器的信号在时间点tx，分别在检测到设置用于焦热电探测器17的数量的时间信号脉冲之后，下降到零。由此这导致该状态，总是在给定数量的时间信号脉冲之后将焦热电探测器17的电极短路一时期，使得在电极之间形成的电压将到零。因此实现，焦热电探测器17可以复位并且总是检测在给定数量的时间信号脉冲期间构造的电压作为测量信号值。
图4的部分f)和g)分别示出用于焦热电探测器17(部分g))和半导体探测器27(部分f))的由评估装置19存储的测量信号值。
由于检测到数量的产生的时间信号脉冲（其位于检测的测量信号值之间），得出波长校准，其中用半导体探测器27检测数量的时间信号脉冲同时实现在探测器17，27上检测到的测量信号值的校准。
附图标记列表:
1，1'气体分析系统
3第一辐射源
5第二辐射源
7准直光学器件
9小管
11流动方向
13法布里-珀罗干涉仪
15控制装置
16用于距离改变的装置
17焦热电探测器
19评估装置
21片段-信号
23时间点
24rc-组合
25分束器
27半导体探测器