专利名称：气体探测器的制作方法
技术领域：
本发明有关气体探测器，特别是，但不仅仅限于，用来鉴定或分析那些在气室或空腔中的气体样品的成份。其中，该气室具有块状结构，该空腔腔壁或部分腔壁是高反射性的(镜面)，该空腔具有使入射光线形成光束的开口或类似的装置，在该光束经过至少三个相对的凹面光反射壁部分的反射，通过开口或类似的装置而成为出射光束之前，该光束从该空腔经过预定的次数，以形成光分析路径。
“开口或类似的装置”的意思是，一方面，该空腔和镜面包括至少一个孔来接收入射光，并包括至少一个孔来使光线退出，另一方面，该光线可以从镜面的一侧退出并从镜面的一侧进入，在本发明的应用例中，该镜面是完整的，没有任何东西阻止光线从镜面的一侧进入，并从一个或多个孔中退出，或反之依然。
除了上述的三个相对的凹面光反射壁部分，该空腔还可以被更多的相对的光反射壁部分来确定。然而，由于这些更多的腔壁部分所反射的光无助于对本发明的更好的理解，因而该腔壁部分所起的作用，没有在本文中述及。
该类气室应与被分析的气体相连接，为此，应包括入口和/或出口，并且最好是以管状结构相连接，然而，当允许被测气体扩散入或扩散出该空腔时，仍然可以应用本发明的原则。
该气室与光源相连，该光源具有适合于测试被测气体或多种气体成份的频率范围，该光源最好是红外线光源。该作为出射通道的开口或类似装置对光线进行反射并位于气室的腔壁部分中，该开口具有波长选择滤波器，光谱分析装置或类似的装置，来分析光谱密度的频率特性，以此来测定待测气体的成份和/或该成份的浓度。
背景技术：
说明关于本文早期的技术观点，参考了国际专利公告PCT/SE96/0000的有关主题内容(对应于瑞典专利申请NO.95 04020-0)。
有关本文中所用的术语的定义也参考了该公告。
有关本发明的特性，欧洲专利公告0 647 845的学术观点与本技术观点有关，因为它说明和阐述了具有气室的气体探测器，该气室具有环形凹面镜，该凹面镜定向聚焦于环形凸面镜，光源面向该镜面的相互吻合的中心的一侧。
凸面镜中的空隙使得由发散光线组成的呈辐射状的出射光束，在凹面镜和凸面镜间交替反射，在经过了预定的反射次数，因而经过了指定距离的光分析路径之后，允许该光束通过外凸面镜中的空隙而射出。
在前一公告的图6中，描述了一种装置，该装置的设计，借助分离的光线出射空隙并通过作为两个分析路径共有开口的光线入射开口，可以在气室中的两种不同的分析路径中选择一种。
可以假定所描述的气体探测器的结构使得它的光接收装置可以测量光线，这些光线一起组成由在气室中的凸面镜中反射的光束，和发散光束。
较早的技术观点的组成部分是由三个部分球形的、相对的、特定的透明凹面镜来组成的装置。
这些镜面通常彼此间有相对较大的距离，所用的光源通常为激光器光源。包括多个或较少的平行光线的光束，在三个相对的球形凹面镜间反射若干次，并且当允许最后的反射光束经过(邻近的镜面边缘)镜面时，可以通过光谱分析装置接收光束中的光线并通过已知的方式进行测定。
较早的技术观点的组成部分是专利公告US-A-5 009 493的学术观点。该刊物描述了通过多重反射室中的光路径，来测量光线在被测气体中的吸收的装置。在该测量装置中，入口孔经过入孔镜、视角镜、和出孔镜而映射在出孔上。
该装置的改善在于其在很大程度上减少了映射误差的象散，因此，孔镜的结构可以大致确定为椭球形，其焦距近似地等于入口孔和出孔间距离的一半。
发明概述技术问题考虑到在本技术领域中的普通技术人员，为了寻求有关分析气体或混合气体的一个或多个技术问题的解决办法，而必须进行的技术考虑。一方面，必须实现那些测量和/或测量的顺序，另一方面，实现这些测量所需的装置或其它装置的选择与本发明设计中的下列技术问题有关。
在学习上面所提及的已知技术时，可以看出在提供包括气体入口和/或气体出口或类似装置的气室中存在技术问题，当使用发射光束的光源时也存在问题，该光源将光束射入气体探测器的空腔或气室中，并借助于气室具有相对较小的外围尺寸，使该光线在构成整个空腔或部分空腔的相对的凹面腔壁间反复反射，这样就可以提供预定的反射次数，因而可以提供在气室空腔中预定距离的光分析路径。当将适合于透明镜面的原理应用于依照本发明所修改的相对的镜面结构时，也存在技术问题。
借助于简单的测量，在创造有关凹面腔壁部分的镜面形状的条件中，存在着技术问题，即使光线在最初进入空腔是高度发散的，该腔壁也可以由光源发出的光线收敛和/或聚焦在开口或类似的装置方向。
进一步的技术问题是实现一种优点，该优点的获得是通过使所使用的三个相对镜面的每一个都具有圆顶形形状，该圆顶比整个椭球体的一半要小，并且该圆顶的分割平面与所选的椭圆的旋转轴平行。
下面将要看到的技术问题是实现一种优点，该优点的获得是通过使圆顶形状部分的分割平面与椭圆的主轴相平行。
进一步的技术问题是实现一种所需的条件，该条件使用两个基本相同的椭球体部分，并放置这些部分使它们的凹面镜面互相面对，这样就在该镜面间的气室中形成必需的空腔。
更进一步的技术问题是实现一种优点，该优点的获得是通过将这些椭球体部分的一个分割成两个子部分，并且实现这方面所需的条件，因此要么将该部分移向另一部分，要么将该部分从其它部分移开，以此来形成反射，漫射光束的三个相对的镜面，并在空腔中形成焦点。
借助于简单的装置，下面将要看到的技术问题是实现一种条件，依靠该条件，通过其光束由发散光线组成的单独的光源，并借助于气室中两个或多个光出口或类似的装置，每个光出口分别具有光谱分析装置或类似的装置，气体探测器同时在一种相同结构的气室和空腔中，可以测定多种气体或混合气体的成份和/或气体成份的浓度。
下面将要看到的技术问题存在于提供具有相对较小的外部尺寸的气体探测器，该探测器可以在较宽的分析范围内测定气体或混合气体的浓度。
基于这种考虑，进一步的技术问题是提供可以提供所需的较宽的分析范围的一个相同的气室和一个相同的空腔，通过将分析范围进行分割，使其能够用多种不同长度的光分析路径来表示，因而可以在气室中一个相同的空腔中使用不同的光分析路径或距离。
下面将要看到的技术问题是实现一种条件，该条件可以在空腔或气室中配有两个或多个光线出口或类似的装置，并且使每个该开口装置放置得具有预定数目的光线反射，因而从光源处有预定的光分析路径。当气室包括若干个光线出口时，技术问题在于允许一个开口提供不同于其它开口所提供的路径的光分析路径，并满足该所需条件。另一个技术问题是提供一种有关相对的凹面镜面的内部结构，可以使该镜面较易协调，因而可以在凹面大镜面中的光发射机和开口空隙或类似空隙之间，提供预定的光分析路径。另一个技术问题是提供一种有关相对的凹面镜面的内部结构，可以使该镜面较易协调，因而可以在相关的镜面或类似的装置中的光发射机和开口空隙之间，从一个相同的光发射机处，提供两个分开的，具有相同或不同长度的光分析路径。另一个技术问题在于包括一个或多个开口或类似的装置，并为每个这些开口或若干个该开口配备波长选择滤波器，例如干涉滤波器和/或光谱分析装置。另一个技术问题在于提供一个气室，在该气室中，每个凹面的相对的光反射壁部分构成比半个椭球体小的部分，并且使第一个该腔壁部分的长度可以使其位于第二个腔壁部分的两个吻合部分的对面。另一个技术问题在于从两个类似的相对的椭球体部分开始，缩小中央区域中的第二个部分和预定的部分，将该第二部分的这些可替代部分合并在一起，并且，将该部分分离开可以提供相应的较长的光分析路径，这样就可能通过较小的部分和/或该部分较小的错开位移来提供较长的光分析路径，反之亦然。另一个技术问题在于实现一种优点，该优点的获得是在将该光线出口或类似的装置置于该第一腔壁部分的侧面的同时，将光源和/或光线入口置于第一腔壁部分的中央。一个技术问题在于调整光源的辐射角度，使其覆盖两个互相面对的第二腔壁部分，这样该第二腔壁部分的每一个都可以各自反射两个相协调的光束中的任一个，这样每个该光束都可以在相对的腔壁部分和共用的腔壁部分间进行反射。另一个技术问题在于使第一光束从第一出口射出，使第二光束从第二出口射出，该出口位于距光源相等或不等的距离处。另一个技术问题是使从光源发射出的发散光线被收敛性地反射，这样就不断地发散，收敛地反射，最后光线被收敛性地反射在部分椭球体中，并且使光源映射在第一光反射壁部分中的光线出口或开口或类似的装置上。下面将要看到的技术问题是实现一种优点，该优点的获得是将一个或多个光源从中央平面移到侧面，这样第一光反射壁部分中的每个改变的光反射点将各自位于该中央平面的侧面，因而可以使光线出口或类似的装置位于该中央平面的侧面。
解决办法通过本发明解决一个或多个上述的技术问题，本发明的出发点是在介绍中所定义的气体探测器，特别提出由部分椭球体结构的第一光反射壁部分，和具有也符合部分椭球体的共同结构的第二和第三光反射壁部分构成空腔或气室。依照优选的实施例，该椭球体部分具有一个相同的基本形状。建议使第一光反射壁部分或镜面的焦点位于第二或第三腔壁部分的腔壁部分的腔壁或镜面中或其附近，使第二腔壁部分的焦点和第三腔壁部分的焦点位于第一腔壁部分的腔壁或镜面中或其附近。特别建议第二和第三腔壁部分由椭球体部分构成，并通过将该椭球体部分分割成两部分来获得。在这方面，建议将分割开的部分移开，剩下的部分在旋转轴的方向上彼此互相错开，或者分割部分与剩下的部分分离开，这些部分在旋转轴的方向上相隔给定的距离。依照本发明，空腔包括两个或多个用来从光源出射光线的开口或类似的装置，每个开口的放置使其具有预定长度光分析路径。依照本发明概念范围内的优选实施例，开口应该具有来自光源处的光分析路径，该路径不同于其它开口所具有的路径。一个或多个开口最好具有波长选择滤波器，例如干涉滤波器和/或光谱分析或光谱分析装置。依照本发明的一种优选实施例，空腔的互相面对的光反射壁部分应包括相同或基本相同的椭球体部分，其中第一个该腔壁部分位于第二腔壁的两个部分的对面。光源和/或光线入口位于第一腔壁部分的中央，光线出口或类似的装置位于第一墙壁部分的侧面。依照本发明的一种实施例，可以调整光源的辐射角度，使其覆盖两个互相面对的第二和第三腔壁部分，这样，通过该两个腔壁部分，两个相协调的光束可以在相对的腔壁部分间反射预定的次数。使第一光束的光线从第一出口射出，使第二光束的光线从第二出口或类似的装置射出。依照特别优选的实施例，由光源发射的发散性的光线，最终通过反射成为收敛性的，并将光源映射在光线出口或类似的装置上。依照另一种实施例，在空腔中具有开口的光源较方便地位于中央平面的侧面，该第一光反射壁部分的每个间隔的反射点位于相应的中央平面的侧面，光出口位于中央平面的侧面。
优点本发明的气体探测器的那些主要的优点是通过实现一些条件来获得的，通过两个相对的，分割成两部分的，圆顶形椭球体凹面镜部分，在一个相同的具有较小的外部尺寸的气室中，提供相对较长的光分析路径。该类气室通过使用在单个光源和两个或多个出口或类似的装置间，在气室中具有相同或不同长度的两个光分析路径，可以同时测定多种不同的气体或混合气体的成份和/或该成份的浓度。每个该出口具有相应的波长选择滤波器和/或光谱分析装置。可替代性地，有关一种相同气体的分析范围和/或分析灵敏度可以通过选择第一种长度的光分析路径作为第一分析范围，选择第二种长度的第二光分析路径作为第二分析范围，来进行扩展。另外，对于由一个或多个光源发射的光束，使发射的光线收敛，在有关该光源的光线出口或开口或类似的装置上形成光源的映射。依照本发明的气体探测器的气室的主要特征，将在下面权利要求1中的特征部分中列出。
附图简述现在，将参照附图，详细描述气体探测器和相关气室的一种实施例，该气体探测器和气室依照现描述的一种实施例并具有本发明的重要特征。其中，
图1是高度简化的气体探测器的示意图，该气体探测器具有依照本发明的气室和在光谱分析或分析装置中测定光谱密度的频率特性所需的电路；图2是该气室外观的第一种透视图；图3是图2所示的气室的第二种透视图；图4用来说明说明所选空腔的第一种凹面腔壁部分或镜面的形状；图5用来说明与该第一镜面相对的所选空腔的第一种凹面腔壁部分或镜面的形状；图6是经过中央平面(该X-Z平面)，显示依照图2和图3的气室中的三个相对的镜面的俯视图；图7是与图6相似的，具有中央平面的横切面图，该图具有稍大的相对的空腔腔壁部分，在气室中构成镜面，该图还显示了相关椭圆中心的方向。图8在中央平面中，通过简化的方式，描述了从光源到第一出口的光分析路径的第一种所选择的光路径(对于中心光束)，该图显示了中央放置的光源，该光源产生发散光束，并在一个相同的空腔中，从一个相同的光源处生成两个相互分离的光分析路径(如虚线的光束路径所示)；图9描述了位于光源侧面的光束路径(对于中央光束)，最初照亮了第二镜面部分，构成具有五个光反射点的光分析路径。图10描述了与图9相似的位于光源侧面的光束路径(对于中央光束)，最初照亮了第三镜面部分并提供具有三个反射点的较短的光分析路径。图11是从图8中的线Ⅺ-Ⅺ截得的，气室中空腔的横断面图。
优选实施例描述图1是高度简化的气体探测器“A”的示意图，该气体探测器包括气室内和在光谱分析或分析装置11中测定光谱密度的频率特性所需的电路10。电路10的设计使其能够测定通过开口和/或7的光束或光线的光谱密度的频率特性，将该测定结果与所用光源2a的光谱密度的频率特性相比较，依照所存在的差异，对气室1中的空腔中的气体或混合气体进行分析，并在需要时测定其成份的浓度。由于该类电路10，11的原理在该技术领域是已知的，在本文中将不再详细描述该装置。依照本发明，为了对从气室中获得的分析结果进行评估，所需要的对装置10,11的修改不超出本技术领域的技术人员的一般知识范围之外。气体或混合气体经过管状连接装置1a进入气室1的空腔，并经管状连接出口1b退出。气室1与将一束光线射入空腔的光源2a共同工作。气室1还包括两个相互分离的光束的开口6,7，最好是相互分离的光分析路径(参照图9和10)。从光源2a发射的光束中的光线是高度发散的，该光线在经处理构成空腔镜面的相对的凹面腔壁部分间反射预定的次数。在经过预定的次数的反射，从而经过了预定的光分析路径之后，该光线可以收敛地通过开口(6或7)。在本文中可以近似地认为光分析路径直接与反射的数目成正比。最后的反射应该形成收敛光束，这样光源2a可以成像在相对的镜面和开口(6或7)中，以更加准确地评估所接收的光谱。图2和图3是显示具有本发明特性的气室外观的两种不同的透视图，该气室有关具有镜面的相对的光反射壁部分，该气室参考了图1。气体探测器A适合于分析气室1的空腔2中所容纳的气体样品。该气体样品可以经过入口3(1a)和出口4(1b)通过空腔2。本实施例的气室2也包括一个或多个开口1c,1d，待测气体或混合气体通过扩散的方式经过该开口。所描述的该气室1具有块状结构，其中空腔2的腔壁或腔壁部分通过已知的方式提供具有有关光线的高反射性的腔壁部分，其中该空腔2在气室中包括开口5，该开口安装有由电路10驱动的光源2a，来产生所需的入射光束。安装在开口5中的光源2a适合于传输光束，该光束的光线的频率在相关的频率范围之内，例如在红外频段。在所描述的例子中，该光线具有大约120度的发散角。为了解释得更加清楚，在图2或图3中没有画出光生成单元2a或光源2a。该光线在相对的镜面区域间反射预定的次数，并通过开口6和/或开口7退出。每个该开口安装有波长选择滤波器，已知类型的光探测装置，尽管出于上面的原因，没有在图2和图3中画出这些装置。在那些通过开口退出的光线中还包括经过镜面边缘的光线，经管没有在此进行描述，这也是较典型的技术。图4描述了所选择的空腔的第一光反射凹面腔壁部分11的形状。该腔壁部分11,12和13具有基本相同的形状，即通过将椭圆沿着其主轴(x轴)旋转而产生的椭球体形状(也参考了图11C)。通过在距离其主轴为“a”处的平行平面对该椭球体进行分割，来构成椭球体的圆顶形部分。在椭球体部分11中的凹面镜面构成其焦点11a和11b位于x轴上的镜面。如图5所示，以相似的方式构成腔壁部分12和13，该腔壁具有构成镜面12A和13A的凹面镜面，其焦点12a和13a位于x轴上。通过将第15部分移开，(在z-y平面)，并将腔壁部分12和13在x轴的方向上合并在一起，其中腔壁部分12和13在x轴上具有比腔壁11稍小的纵向长度，来在空腔2中构成腔壁部分12和13。下面将更加详细地描述该实施例。在一种改变的实施例中，在平面“B”中引入了切口15’来将腔壁部分12和13分开。该实施例将不作详细的描述，因为通过对所提出的第一种实施例的理解，该实施例是显而易见的。图6显示了如何由腔壁部分11；12和13构成空腔2。从图中显然可以看出，来自光源2a的入射光线2a’构成发散光束，首先沿着各自的分析路径被各自的镜面12a,13a收敛性地反射，然后被各自的镜面11A发散性地反射，然后被镜面12A和13A收敛性地反射，等等，这样，该光线在被腔壁部分12和13反射并收敛性地经过开口6和开口7而成为出射光线之前，该光束在空腔中经过预定数目的反射并构成严格设定的光分析路径，该光线经过了放置在相应的开口中的滤波器，或一些相应的装置(参考图9和图10)。依照本发明，空腔2的光反射功能是通过三个相对的凹面光反射壁部分11,12,13或镜面11A,12A和13A来实现的，下面将参照图7-10更加详细地描述该镜面的性质和方向。出于简单的考虑，下面的描述仅限于显示一个入射光束2a’的入口5和一个或两个出射收敛光束的出口6和7，然而，可以理解，可以使用更多的入口，并且配合该入口可以使用一个或多个出口。因此，在本发明的范围之内，应提供一些入口5，并在空腔2中提供三个，四个或多个收敛出射光束的出口，而不是仅仅两个开口，其中每个开口应方便地放置，以表示一条预定的光分析路径，即在相对的凹面镜面部分11A,12A和13A之间反射预定次数的部分光束或反射相应的路径。在镜面11A上的每个焦点处的光线所需的测量装置对于那些本技术领域的技术人员来说，是显而易见的，因此，出于简单的考虑，下面的描述仅限于两个出口6和7。本发明所基于的概念是，通过具有相对较小的外部尺寸的气室1，来获得一个或多个相对较长的光分析路径。在图8中所述的实施例包括位于中央的光源2a(在x平面13)和距光源等距离放置的两个出口6和7，这样就获得了具有对称的镜面12A和13A方向的两个相似的光分析路径。通过改变镜面12和13的相对位置，可以获得不同长度的光分析路径。通过只是改变光源5在x-z平面的位置，可以获得不同的光分析路径。可以通过使用两种相同的分析路径来测定或测量两种不同气体或混合气体的成份，通过使用两种相互不同的分析路径，可以测定两种不同的气体或混合气体或一种相同气体的两种不同的分析范围的成份。一个开口(6)提供的位置，最好使光分析路径与其它开口(例如7)所提供的路径不同。在一个或多个该开口中，应配有干涉滤波器或一些相应的装置。依照本发明，在开口5和/或其它入射光线的开口附近的光源2a应放置在第一腔壁部分11的中央，如图8的实施例所示，或依照图9和图10的实施例所示，放置在一侧，或反之亦然。这是在x-z平面的方向，然而，值得注意的是，本发明也允许在x-y平面有一定的自由度，这在图11中显示得很清楚。依照本发明，光源2a放置在同样放置光线出口6和7的相同的镜面11A中凹口的气室中。参照图6，特别是参照图7和图8，可以看出第一腔壁部分11(在该平面中)具有部分完全旋转的椭球体的形状，其焦点11a和11b位于旋转的虚线11c(x轴)上。因此，可以考虑腔壁部分11具有其尺寸略小于半个椭球体的圆顶形状。装有光源2a的孔5位于腔壁部分的中央，光出口6装在孔5的一侧。该镜面参照11A。腔壁部分11位于腔壁部分12和13的对面，腔壁部分12和13相互协调，显示基本上与腔壁部分11相同的形状。通过在与旋转轴11c垂直的平面“B”，将腔壁部分分割成两个部分12,13来构成腔壁部分12和13。第二腔壁部分12以与腔壁部分11相同的方式获得部分旋转椭球体的形状，但沿着旋转轴具有比椭圆的四分之一稍短一些的长度，其镜面12A位于焦点11a处。第三腔壁部分13具有椭球体形状并具有比椭球体的四分之一稍短一些的长度，其镜面13A位于焦点11b处。因此，腔壁部分11，腔壁部分12和13的椭球体形状是基本类似的，尽管上面参照图5详细解释了其不同之处。焦点12a和焦点13a位于镜面11A上。本发明所基于的概念是，对于类似的相对的部分椭球体镜面，光线只是前向、后向地反射，为了使反射映象，特别是聚焦映象点，能够偏移，需要“非对称性”。所选择的非对称性越小，偏移的倾向越小，因而反射的次数越多，光分析路径越长。另一个变化是在平面“B”(z平面)对椭球体部分(12,13)进行分割，并将这样形成的部分12和13彼此间相互移开，这样边16’和17’位于腔壁部分11之外。尽管没有在该变化中显示光束路径，对于在本技术领域的技术人员来说，它是显而易见的。光源2a的角度使光束2a’至少可以覆盖图8中的两个第二腔壁部分12,13。图8显示了光束2a’的中心光线50的光束路径，该光束2a’直接由光源2a照射到镜面12A上。在所描述的例子中，光束(2a’)是高度发散的，为了解释得更加清楚，只显示了直接照射到镜面12A上的中心光线50。包括光线50的光束，从镜面12A收敛性地反射到镜面11A并包括光线51，该镜面11A在光源2a的右侧具有焦点2a”。当开口朝向该点时，可以在该焦点2a”处生成第一种短的光分析路径。包括中心光线52的光束，发散性地反射到镜面13A上，并从该处进行收敛性地反射，使照射到镜面11A上的光线53在光源2a的左侧具有焦点(2a”)。通过这种方式，当开口朝向该焦点时，该焦点(2a”)可以表示为较长的第二光分析路径。值得注意的是，借助于镜面装置，通过每次反射，焦点(2a”,(2a”))将离光源2a越来越远，因而将变得越来越大。该开口6将被放置在紧靠着光源2a的右侧非常短的分析路径的焦点2a”处，或者在光源2a稍左的较少的分析路径的焦点(2a”)处。然而，在图8所述的实施例中，在更长的光分析路径中，光线53被反射到镜面12A上，成为光线54，并从该处反射到镜面11A上，形成光线55，并在该处被表示为合适的光分析路径。然而，用所选择的实施例来说明，光线55应进一步反射到镜面13A上，形成光束(中心光线56)，并被该镜面13A反射到开口6，成为收敛光束(中心光线57)。有鉴于此，光源2a的聚焦映象2a”(2a”)将从镜面11A中的光源2a的中心位置进一步地偏移，开口6也应从边缘17a进一步向上放置，来获得较长的光分析路径。开口(6,7)应放置在焦点处，在镜面12A和13A方向上的改变将使焦点的位置发生变化，进而改变开口的位置。显然，如果镜面装置11,12和13略微发生改变，焦点的位置也将改变，但始终位于镜面11A上。从图8所描述的实施例中，显然可以看出，将开口6放置在光源2a的右侧或左侧，符合本发明的要求。这意味着，关于所描述的开口6，开口应放置在光源2a的左侧(在图8中放置在中央)，在所描述的位置稍微偏右，该光分析路径(50-53)小于将开口移向左侧(如图所示)所获得的光分析路径(50-57)。这样，在这种情况下，光源2a的聚焦映象2a”从光源2a的一侧偏向另一侧，并持续偏离光源2a。在第一实施例中，收敛性地聚焦在镜面11A上的所有光线经过开口6进行测定。然而，本发明也允许，通过在开口中安装光滤波器(未画出)，来使开口6仅通过给定频段的光线，同时使剩余的光线反射更多的次数(58,59)，并经过另一开口7，在该处测定另一频段。这样，借助于单个气室中的一个单独的光源，可以检测不同的气体。图8还显示了在空腔2中构成“8”字形状的光束路径(中央光线)，在镜面11A上聚焦的映象可在分析路径和焦点的位置上取出。光源2a的聚焦映象朝着中心(5)的方向减小并逐渐远离该中心。如图8所述，如果需要两条类似的光分析路径，应允许光线50’在镜面13A中反射，其中光线应以上述使用适合于所选择的光分析路径的相同的方式进行反射。这样，可以在依照图8的结构的一个相同的气室中，选择两种不同的光分析路径(50,50’)，每一种都提供类似或不同的光分析路径的可能性。最好在靠近中央(5)的位置检测出射光线，这样来获得更加准确的分析值，该值受光源可能的运动和位置的影响更小。图9和图10描述了来自侧面光源2a的改变的光束路径(中心光束)，这样就在光源2a和图9中所选的开口6和图10中所选的开口7之间，提供不同的光分析路径。在这方面，值得注意的是，进一步的开口7的放置应与开口6距光源2a的距离不同，这样可以在两种不同的分析区域，检测或分析一种相同的气体或混合气体，一个分析区域是光源2a和开口6(图9)间的光分析路径，一种分析区域是光源2a和开口7(图10)之间的较短的光分析路径。在图9的实施例中，映象2a”(缺少开口6)将从光源2a向左偏移，在图10的实施例中，映象2a”将从光源2a向右偏移。当经过中央或光源2a时，映象2a”将再次向外偏移。图11显示了y-/-z平面的空腔2和沿图8中的线Ⅺ-Ⅺ的剖视图。在前面描述的实施例中，光源(2a)位于x-/z-平面上。然而，该图显示出，如果光源位于平面(2a)的左侧，该第一聚焦映象2a”应位于中央平面(x-/z平面)的右侧，该第二映象位于该中央平面的左侧，等等，这样可以使所使用的开口关于中心线互相偏移。显然，对于一个相同空腔的一个或多个与光源相关的开口，可以使用一个或多个光源。
应该明白，本发明不局限于上述所例举的实施例，可以在下面权利要求所定义的发明概念的范围内进行修改。
权利要求
1.用来对气室或空腔中的气体样品的成份进行测定的气体探测器，其中，该气体探测器具有块状结构，该气室或空腔的腔壁或腔壁部分具有高反射性的、指定的镜面，其中，该空腔具有入射光线的开口，该入射光线在所述腔体中借助三个相对的，椭球体凹面反射腔壁部分进行预定次数的反射，形成光分析路径，最后，该被腔壁部分反射的光线经过光线的出口射出，其特征在于，该第一光反射壁部分具有比半个椭球体略小的形状；该第二和第三光反射壁部分具有一个比半个椭球体略小的共有的部分椭球体形状，该第一腔壁部分和该第二和第三腔壁部分彼此相互邻近，该第二和第三腔壁部分是通过对椭球体进行适当的分割来获得的。
2.依照权利要求1的气体探测器，其特征在于该椭球体部分具有相同的基本形状。
3.依照权利要求1或权利要求2的气体探测器，其特征在于该第一光反射壁部分的焦点位于该第二和第三腔壁部分的镜面上或其附近。
4.依照权利要求3的气体探测器，其特征在于该第二腔壁部分的焦点和第三腔壁部分的焦点位于第一腔壁部分的镜面上或其附近。
5.依照权利要求1的气体探测器，其特征在于该第二和第三腔壁部分是由椭球体的一部分构成的，并从该椭球体部分移走一部分，该腔壁部分彼此间相互移动。
6.依照权利要求1的气体探测器，其特征在于一个分割切口将腔壁部分相互分开，并且该腔壁部分向彼此间相互移动。
7.依照权利要求1的气体探测器，其特征在于该空腔包括两个或多个出射光线的开口；并且每个开口的位置使其能够提供一条预定的光分析路径。
8.依照权利要求7的气体探测器，其特征在于该开口所提供的光分析路径与其它开口所提供的路径不同。
9.依照权利要求7或权利要求8的气体探测器，其特征在于一个或多个开口配有波长选择滤波器，例如干涉滤波器。
10.依照权利要求1的气体探测器，其特征在于每个凹面光反射壁部分包括椭球体的圆顶状部分；并且该第一腔壁部分位于其它两个腔壁部分的对面。
11.依照权利要求7或权利要求10的气体探测器，其特征在于光源和/或入射光线的开口位于该第一腔壁部分上。
12.依照权利要求11的气体探测器，其特征在于出射光线的开口位于第一腔壁部分上。
13.依照权利要求7或权利要求11的气体探测器，其特征在于该光源适合于以包括该两个其它腔壁部分的角度发射光线。
14.依照权利要求13的气体探测器，其特征在于该两个其它腔壁部分使两个交叉的光束在相对的腔壁部分间反射。
15.依照权利要求14的气体探测器，其特征在于第一光束的光线从第一开口退出；第二光束的光线从第二开口退出。
16.依照权利要求1或权利要求7的气体探测器，其特征在于从光源发射的发散光线通过反射收敛，并在相应的光线出口处形成光源的映象。
17.依照权利要求1或16的气体探测器，其特征在于该第一腔壁部分具有基本上与部分椭球体相符合的形状，然而，要比半个椭球体略小；该第二和第三腔壁部分也具有部分椭球体的形状，但要比四分之一个椭球体略小。
18.依照权利要求1的气体探测器，其特征在于出射光线和/入射光线的开口位于中央平面的侧面。
19.依照权利要求1或权利要求18的气体探测器，其特征在于两个或多个入射光线的开口是相关的。
全文摘要
本发明有关气体探测器(A),该气体探测器适合于对装在空腔(2)或气室(1)中的气体样品的成份进行测量。该气体探测器具有立体状的结构,该结构中气室或空腔的腔壁或腔壁部分具有高反射性,并具有特定的镜面(11A,12A)。该空腔(2)具有入射光束的开口(2a),该入射光束在通过出射光束的开口(6)之前,在空腔中反射预定的次数,以形成光分析路径,该反射是通过三个相对的凹面光反射壁(11,12,13)来实现的。第一光反射壁(11)具有部分椭球体的形状。第二(12)和第三(13)光反射壁具有相应于部分椭球体的共同形状。第一光反射壁(11)的焦点(11a,11b)位于第二(12)和第三(13)光反射壁的镜面(12A,13A)上或其附近。第二光反射壁(12)的焦点(12a)和第三光反射壁(13)的焦点(13a)位于第一光反射壁(11)的镜面(11a)上或其附近。
文档编号G01N21/31GK1228839SQ9719756
公开日1999年9月15日 申请日期1997年8月20日 优先权日1996年8月28日
发明者汉斯·戈兰·伊瓦尔德·马丁 申请人:汉斯·戈兰·伊瓦尔德·马丁