Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Absorptionsmessung von Gasen, wobei die Messvorrichtung eine Strahlungs ^¬ quelle, ein erstes Detektorelement, ein zweites Detektorele ^¬ ment und eine Reflektoranordnung, die einen ersten optischen Pfad zwischen der Strahlungsquelle und dem ersten Detektorele ^¬ ment und einen zweiten optischen Pfand zwischen der Strahlungsquelle und dem zweiten Detektorelement definiert, um- fasst .

Zur quantitativen Bestimmung von Gaskonzentrationen von z. B. Kohlendioxid oder Methan in Luft werden Gassensoren genutzt, die die Absorption elektromagnetischer Strahlung in dem jeweiligen Gas bestimmen. Auf Basis der Menge und der Wellenlänge der absorbierten elektromagnetischen Strahlung kann auf die Art des Gases und auf dessen Konzentration geschlossen werden. Die Gassensoren können dabei optische Gassensoren sein, die eine Lichtquelle aufweisen, eine optische Küvette, in der sich das Messgas befindet, und einen oder mehrere Detektoren, die durch optische Bandpassfilter Licht der Mess- und der Referenzwellenlängen detektieren. Mittels des Vergleiches zwischen der Referenzstrahlung und der Messstrahlung, die die absorbierten Anteile der elektromagnetischen Strahlung erfasst, kann die Gaskonzentration bestimmt werden.

Bekannt sind Gassensoren, die Glühlampen als Lichtquellen verwenden. US 6,469,303 Bl sowie die US 6,989,549 B2 beschreiben einen Sensor in einem zylinderförmigen metallischen Gehäuse. Eine Lichtquelle und Detektoren sind innerhalb des Gehäuses angeordnet. Das Gas wird von dem Licht der Lichtquelle durchstrahlt. Über die Reflexion an den metallischen Wänden des Zylinders wird die Strahlung danach auf die Detektoren geführt.

BESTÄTIGUNGSKOPIE Nachteil der oben genannten Vorrichtungen ist, dass Glühlampen sehr energieintensiv zu betreiben sind und nur langsam modu ^¬ lierbar sind. Daher können sie nur bei kleinen Frequenzen betrieben werden. Glühlampen haben weiter den Nachteil, dass sie empfindlich gegenüber mechanischen Erschütterung sind, da dann der Glühwendel zerreißen kann.

Aus US 9,234,837 B2 ist bekannt, eine LED als Lichtquelle zu nutzen, wobei die Strahlung der LED über mehrere Hohlspiegel und mehrere Planspiele durch eine Messküvette und auf einen Detektor geleitet wird. Die Planspiegel und die Hohlspiegel sind dabei jeweils einander gegenüberliegend auf verschiedenen Seiten der Messküvette angeordnet, so dass die Lichtstrahlen einen zick-zack-förmigen Weg durch die Messküvette zurücklegen .

Aus der US 2009/0235720 AI ist eine Sensoranordnung bekannt, die eine LED als Lichtquelle benutzt. Das Licht durchquert das Messgas und trifft dann auf einen halbkugelförmigen Spiegel, der das Licht dann auf einen Detektor fokussiert.

Alle oben genannten Vorrichtungen haben den Nachteil, dass die jeweils eingesetzte Optik ineffizient ist, da bei schwach absorbierenden Gasen sehr große Sensoren nötig sind, um die nötigen Absorptionsweglängen zu erreichen.

Aus der DE 2504300 AI und der DE 10124055 AI sind Anordnungen bekannt, bei denen durch Mehrfachreflexionen längere Absorptionswege realisiert werden, sodass auch schwach absorbierende Gase mit kleineren Sensoren detektiert werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es eine alternative Messvorrichtung zur Absorptionsmessung von Gasen bereitzustellen, die eine geringe Baugröße aufweist und einen geringen Energieverbrauch hat, wobei sie mechanisch robust aufgebaut ist. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Bei einer Messvorrichtung zur Absorptionsmessung von Gasen, wobei die Messvorrichtung eine Strahlungsquelle, ein erstes Detektorelement, ein zweites Detektorelement und eine Reflek ^¬ toranordnung umfasst, definiert die Reflektoranordnung einen ersten optischen Pfad zwischen der Strahlungsquelle und dem ersten Detektorelement und einen zweiten optischen Pfad zwischen der Strahlungsquelle und dem zweiten Detektorelement. Dabei weist der erste optische Pfad mindestens zwei Schnittpunkte mit sich selbst auf. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das zweite Detektorelement außerhalb einer durch die Strahlungsquelle und zwei Schnittpunkte des ersten optischen Pfades definierten ersten Ebene angeordnet ist.

Dadurch, dass das zweite Detektorelement außerhalb der durch die Strahlungsquelle und zwei Schnittpunkte des ersten optischen Pfades definierten ersten Ebene angeordnet ist, ergibt sich eine größere Flexibilität bei der Anordnung der Detektorelemente und der Strahlungsquelle beispielsweise auf einer gemeinsamen Leiterplatte. Dies unterstützt eine kompakte Bauweise der Messvorrichtung, insbesondere, wenn mehr als zwei Detektorelemente zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann ein drittes Detektorelement zusammen mit dem ersten Detektorelement und der Strahlungsquelle in der ersten Ebene angeordnet werden. Das zweite und dritte Detektorelement können dann wahlweise für Referenzmessungen verwendet werden. Darüber hinaus ermöglicht diese Anordnung des zweiten Detektorelements die klare Trennung der Detektorelemente, so dass im Wartungsbzw. Fehlerfall das betreffende Detektorelement leicht zugänglich ist.

Die Reflektoranordnung ist so ausgelegt, dass zumindest mittels des ersten optischen Pfades ein mehrfaches Durchstrahlen desselben Gasvolumens mit der Messstrahlung bewirkt wird. Dabei wird unter einem Schnittpunkt des optischen Pfades eine Kreuzung unterschiedlicher Abschnitte des optischen Pfades verstanden, die einen von 0° bzw. 360° und deren ganzzahligen Vielfachen verschiedenen Winkel aufweist. Dabei wird das Mess ^¬ gasvolumen insgesamt mehrfach von der Messstrahlung durchlau ^¬ fen, bevor die Messstrahlung auf das erste Detektorelement trifft. Dadurch wird die Absorptionsweglänge in schwach absorbierenden Gasen vervielfacht. Durch das Schneiden des optischen Pfades mit sich selbst wird dabei das benötigte Messgasvolumen auf ein Minimum beschränkt. Der gesamte optische Pfad wird dadurch auf einem sehr kleinen Volumen bereitgestellt. Der optische Pfad wird in dem Messvolumen durch die Reflektoranordnung sich selbst schneidend gefaltet. Durch die Faltung des optischen Pfades sind die Einfallswinkel der Messstrahlung an der Reflektoranordnung klein. Die Messvorrichtung ist damit extrem kompakt und kann weiter effizient betrieben werden, da Wasserfilme auf den Optiken durch die kleinen Einfallswinkel nur einen minimalen Einfluss auf die Intensität der elektrischen Strahlung haben. Weiter ist die Vorrichtung gegenüber Erschütterungen sehr unempfindlich, da die optischen Elemente einfach aufgebaut und auf kleinem Raum zusammenge- fasst sind.

Vorteilhafterweise umfasst der erste optische Pfad mindestens drei, vorzugsweise mindestens vier, vorzugsweise mindestens fünf, besonders vorzugsweise sechs, Schnittpunkte mit sich selbst. Je höher die Anzahl der Schnittpunkte ist, desto häufiger wird das Messvolumen durch die Messstrahlung durchlaufen. Weiter bedeutet eine höhere Anzahl von Schnittpunkten, dass die Messvorrichtung kleinere Abmessungen aufweisen kann als mit einer niedrigeren Anzahl von Schnittpunkten. Die Kompaktheit der Messvorrichtung sowie der Vorteil der günstigeren Herstellung der Messvorrichtung kann auf diese Weise weiter vergrößert werden. Der zweite optische Pfad kann ebenso wie der erste optische Pfad zwei oder mehr Schnittpunkte mit sich selbst aufweisen. Es gilt dann für ihn das zum ersten optischen Pfad gesagte entsprechend .

Zweckmäßigerweise umfasst die Messvorrichtung eine Messkammer mit einem die Messkammer umschließenden Wandelement, wobei die Strahlungsguelle , das erste Detektorelement, das zweite Detektorelement und die Reflektoranordnung an dem Wandelement angeordnet sind. Dies ermöglicht eine einfache Bauform und vereinfacht die Bereitstellung kleiner Einfallswinkel an der Reflektoranordnung .

Es ist weiter vorteilhaft, wenn der zweite optische Pfad keinen Schnittpunkt mit sich selbst aufweist.

Der zweite optische Pfad ist damit kürzer als der erste optische Pfad. Damit weist der zweite optische Pfad einen kurzen Absorptionsweg in dem Messgas auf, mit dem stark absorbierende Gase gemessen werden können. Die Kombination des ersten und zweiten optischen Pfades in der Messvorrichtung ermöglicht die gleichzeitige Messung von schwach und stark absorbierenden Gasen. Schwach absorbierende Gase werden dann mittels des ersten optischen Pfads ausgewertet und stark absorbierende Gase mittels des zweiten optischen Pfads. Mit der Messvorrichtung können gleichzeitig zwei verschieden absorbierende Gase in einem kompakten Gasvolumen durchgeführt werden. Beispielsweise können gleichzeitig Methan und Kohlendioxid gemessen werden. Weiter können unterschiedliche Konzentrationsbereiche desselben Gases vermessen werden. Der erste optische Pfad kann in diesem Fall zum Messen von z. B. Methan im Konzentrationsbereich von 0 Vol.-% bis 5 Vol.-% und der zweite optische Pfad zum Messen von Methan von 5 Vol.-% bis 100 Vol.-% verwendet werden. Dies spart Platz und Kosten, da für mehrere Gase ein und dieselbe Messvorrichtung genutzt werden kann. Das erste und das zweite Detektorelement können dabei einstückig ausgeführt sein, wobei unterschiedliche Bereiche eines Gesamtdetektors das erste und das zweite Detektorelement definieren können.

Mit Vorteil weist die Reflektoranordnung für den ersten opti ^¬ schen Pfad zwei Spiegelelemente sowie ein erstes und ein zwei ^¬ tes Hohlspiegelelement auf, wobei ein erster Fokus der Reflek ^¬ toranordnung auf der Strahlungsquelle und ein zweiter Fokus der Reflektoranordnung auf dem erstem Detektorelement angeordnet ist, wobei das erste und das zweite Hohlspiegelelement vorzugsweise parabolisch sind. Die Spiegelelemente sind dabei so angeordnet, dass sie Licht von einem Hohlspiegelelement auf das jeweilig andere Spiegelelement reflektieren. Auf diese Weise können die optischen Elemente der Reflektoranordnung aus einfachen Komponenten bestehen, die kostengünstig hergestellt werden können. Weiter kann mit diesen Elementen der optische Pfad vergleichsweise einfach berechnet und festgelegt werden.

Vorteilhafterweise weist die Reflektoranordnung im zweiten optischen Pfad ein drittes Hohlspiegelelement auf, das die

Strahlungsquelle auf das zweite Detektorelement abbildet. Mit dem dritten Hohlspiegelelement wird der zweite optische Pfad definiert, der beispielsweise von der Strahlungsquelle zum dritten Hohlspiegelelement und von dem dritten Hohlspiegelele ^¬ ment zum zweiten Detektorelement verläuft. Schnittpunkte kommen in diesem Fall im zweiten optischen Pfad nicht vor, sodass das Messgasvolumen auf dem zweiten optischen Pfad lediglich zwei Mal von der Messstrahlung durchlaufen wird. Mit einem derartigen zweiten optischen Pfad können stark absorbierende Gase vermessen werden.

Mit Vorteil ist das dritte Hohlspiegelelement zwischen dem ersten und dem zweiten Hohlspiegelelement angeordnet. Um aus der ersten Ebene heraus zu reflektieren, kann das dritte Hohlspiegelelement gegenüber der ersten Ebene geneigt sein. Alternativ oder zusätzlich kann das dritte Hohlspiegelelement asymmetrisch geformt sein. Das dritte Hohlspiegelelement kann für die Messung an stark absorbierenden Gasen vorzugsweise kleiner als das erste und zweite Hohlspiegelelement ausgebildet sein, da der zweite optische Pfad auf Grund der starken Absorption auch bei nur einer einzigen Reflexion lediglich einen kleinen Strahlquerschnitt benötigt. Diese Anordnung spart Platz, so dass eine weitere Erhöhung der Kompaktheit der Messvorrichtung erreicht wird.

In einer alternativen Ausführungsform sind das dritte Hohlspiegelelement, das erste Hohlspiegelelement und das zweite Hohlspiegelelement in einem Dreieck angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht einen modularen Aufbau der Messvorrichtung. Dabei kann ein Modul mit dem zweiten Detektorelement und dem dritten Hohlspiegelelement mit einer Messvorrichtung verbunden werden, die den ersten optischen Pfad definiert und zur Messung beispielsweise eines schwach absorbierenden Gases geeigneten ist. Mittels des Moduls können dann weitere Gase bzw. Gaskonzentrationen erfasst werden.

Zweckmäßigerweise ist ein optisches Filterelement zwischen der Messkammer und dem ersten und/oder zweiten Detektorelement angeordnet. Mittels des Filterelements wird ein Ausschnitt aus dem von der Strahlungsquelle emittierten Spektrum für die Bestimmung der Gaskonzentration gewählt. Das Filterelement ist dabei auf das jeweilig zu messende Gas abgestimmt.

Vorteilhafterweise ist die Messkammer zwischen 3 mm und 12 mm, vorzugsweise 6 mm, hoch und weist einen Durchmesser von zwischen 9 mm und 36 mm, vorzugsweise 18 mm, auf. Diese Abmessungen sind sehr kompakt bei hoher Stabilität.

Es ist weiter vorteilhaft, wenn das Wandelement in einer

Ebene, in der der erste optische Pfad verläuft, einen fünfeckigen oder sechseckigen Innenquerschnitt aufweist. Mittels dieses Querschnittes wird die Montage der Reflektoranordnung, der Strahlenquelle und der Detektorelemente vereinfacht. Wei ^¬ ter wird durch diesen Querschnitt die Festlegung von optischen Pfaden erleichtert.

Die Erfindung wird anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele mittels der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Figur la,b, c: eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Messvorrichtung zur Absorptionsmessung von mindestens einem schwach absorbierenden Gas und einem stark absorbierenden Gas ;

Figur 2a,b,c: schematische Darstellungen einer zweiten Ausführungsform der Messvorrichtung zur Absorptionsmessung von mindestens einem schwach absorbierenden und mindestens einem stark absorbierenden Gas .

Eine Messvorrichtung zur Absorptionsmessung von Gasen wird im Folgenden in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 referen- ziert. Gemäß Figur 1 umfasst die Messvorrichtung 1 ein Wandelement 8, das eine im Querschnitt sechseckige Messkammer 7 begrenzt. Das Wandelement 8 bildet dabei ein Rohr mit einem sechseckigen Innenquerschnitt.

An dem Wandelement 8 ist eine Strahlungsquelle 2 sowie ein erstes Detektorelement 3 und ein zweites Detektorelement 9 angeordnet. Dabei sind die Strahlungsquelle 2, das erste Detektorelement 3 und das zweite Detektorelement 9 an einer Seite des sechseckigen Innenquerschnitts des Wandelements 8 angeordnet. Die Strahlungsquelle 2 emittiert elektromagnetische

Strahlung in die Messkammer 7. Das erste Detektorelement 3 und das zweite Detektorelement 9 detektieren elektromagnetische Strahlung, die aus der Messkammer 7 gestrahlt wird. An den weiteren fünf Seiten des Innenquerschnitts des Wandelements 8 sind ein erstes Spiegelelement 11 und ein zweites Spiegelelement 12 sowie ein erstes Hohlspiegelelement 13, ein zweites Hohlspiegelelement 14 und ein drittes Hohlspiegelelement 15 angeordnet. Das dritte Hohlspiegelelement 15 ist zwischen dem ersten Hohlspiegelelement 13 und dem zweiten Hohlspiegelelement 14 angeordnet.

Zwischen der Messkammer 7 und dem ersten Detektorelement 3 ist ein erstes optisches Filterelement 16 angeordnet, das lediglich einen bestimmten Wellenlängenbereich der elektromagnetischen Strahlung durchlässt. Zwischen der Messkammer 7 und dem zweiten Detektorelement 9 ist ein zweites optisches Filterelement 18 angeordnet, das ebenfalls lediglich einen bestimmten Wellenlängenbereich der elektromagnetischen Strahlung durchlässt. Das erste optische Filterelement 16 kann dabei einen anderen Bereich aus der Messstrahlung filtern als das zweite optische Filterelement 18. Der Übersichtlichkeit halber ist das zweite optische Filterelement 18 in den Figuren la und lb nicht dargestellt.

Die Strahlungsquelle emittiert breitbandig und ist hinter einem Transparentelement 17 angeordnet, das zumindest in den vom ersten und zweiten Detektorelement 3, 9 zu detektierenden Wellenlängenbereichen keine Filterwirkung aufweist.

Das Wandelement 8 kann in einer nicht dargestellten Ausführungsform auf der der Strahlungsquelle 2 und den Detektorelementen 3, 9 zugewandten Seite der optischen Filterelemente 16, 18 und des Transparentelements 17 abgeflacht, vorzugsweise im Wesentlichen plan ausgeführt sein. Auf diese Weise können Strahlungsquelle 2 und Detektorelemente 3, 9 auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet und hinter den optischen Filterelementen 16, 18 und dem Transparentelement 17 am Wandelement 8 angeordnet werden. Das Wandelement 8 weist dann im Bereich der optischen Filterelemente 16, 18 und des Transparentelements 17 eine gemeinsame oder jeweils eine Öffnung für die 0 elektromagnetische Strahlung auf. Die optischen Filterelemente 16, 18 sowie das Transparentelement 17 können auch zusammen mit den Detektorelementen 3, 9 und der Strahlungsquelle 2 auf der Leiterplatte befestigt und in der Öffnung bzw. den Öffnungen angeordnet sein.

Wie insbesondere aus Figur lb ersichtlich ist, ist die Messvorrichtung 1 in einer ersten Ebene spiegelsymmetrisch aufgebaut. Die erste Ebene wird dabei durch die Strahlungsquelle 2 und zwei Schnittpunkte 6 eines von der Strahlungsquelle 2 zum ersten Detektorelement 3 verlaufenden ersten optischen Pfades 5 definiert. Die Symmetrieebene verläuft so, dass die Strahlungsquelle 2 auf das erste Detektorelement 3, das Transparentelement 17 auf das erste optische Filterelement, das erste Spiegelelement 11 auf das zweite Spiegelelement 12, das erste Hohlspiegelelement 13 auf das zweite Hohlspiegelelement 14 und das dritte Hohlspiegelelement 15 auf sich selbst abgebildet werden .

Das Transparentelement 17 und das erste optische Filterelement 16 sind Bestandteil einer Seite des Sechsecks. Die beiden dem Transparentelement 17 bzw. dem ersten optischen Filterelement 16 benachbarten Seiten des Sechsecks sind durch das Spiegelelement 11 bzw. das Spiegelelement 12 belegt. Dem Transparentelement 17 bzw. dem ersten optischen Filterelement 16 jeweils gegenüberliegend sind das zweite Hohlspiegelelement 14 bzw. das erste Hohlspiegelelement 13 angeordnet.

Das erste Hohlspiegelelement 13 ist auf die Strahlungsquelle 2 fokussiert. Das heißt, dass elektromagnetische Strahlung, die von der Strahlungsquelle 2 emittiert wird und auf das Hohlspiegelelement 13 trifft, durch das Hohlspiegelelement 13 kol- limiert wird. Das heißt, dass das Hohlspiegelelement 13 die von der Strahlungsquelle 2 ausgehende Strahlung paralleli- siert . Der Fokus des zweiten Hohlspiegelelements 14 ist auf das erste Detektorelement 3 ausgerichtet. Elektromagnetische Strahlung, die parallel zur optischen Achse des zweiten Hohlspiegelele ^¬ ments 14 auf das zweite Hohlspiegelelement 14 trifft, wird daher auf das erste Detektorelement 3 fokussiert.

In Figur lb ist der in der ersten Ebene verlaufende erste optischer Pfad 5 für einen Strahl aus der Strahlungsquelle 2 dargestellt. Die Spiegelelemente 11, 12 sowie die Hohlspiegelelemente 13, 14, 15 bilden dabei eine Reflektoranordnung 4. Die Reflektoranordnung 4 leitet elektromagnetische Strahlung aus der Strahlungsquelle 2 auf mindestens dem ersten optischen Pfad 5 zu dem ersten Detektorelement 3. Dabei startet der erste optische Pfad 5 an der Strahlungsquelle 2 und trifft dann auf das erste Hohlspiegelelement 13. Von dem ersten Hohlspiegelelement 13 wird die elektromagnetische Strahlung auf das erste Spiegelelement 11 reflektiert. Das erste Spiegelelement 11 reflektiert die elektromagnetische Strahlung weiter auf das zweite Spiegelelement 12 und von dort aus auf das zweite Hohlspiegelelement 14. Das zweite Hohlspiegelelement 14 reflektiert die Strahlung in das erste Detektorelement 3. Dabei wird die Messkammer 7 fünfmal durch die elektromagnetische Strahlung durchlaufen. Der erste optische Pfad 5 schneidet sich dabei selbst sechs Mal an den Schnittpunkten 6.

Dadurch, dass die elektromagnetische Strahlung auf dem ersten optischen Pfad 5 die Messkammer fünfmal durchläuft, ist es möglich mit dem ersten Detektorelement 3 ein schwach absorbierendes Gas wie beispielsweise Methan zu detektieren.

Das dritte Hohlspiegelelement 15 ist so ausgebildet und angeordnet, dass es die Strahlungsquelle 2 auf das zweite Detektorelement 9 abbildet. Das heißt, dass elektromagnetische Strahlung auf einem zweiten optischen Pfad 10 von der Strahlungsquelle 2 über das Hohlspiegelelement 15 auf das zweite Detektorelement 9 reflektiert wird, wobei sich der zweite optische Pfad 10 in diesem Ausführungsbeispiel nicht mit sich selbst schneidet. Das zweite Detektorelement 9 ist außerhalb der ers ^¬ ten Ebene angeordnet. Dies kann beispielsweise erreicht wer ^¬ den, indem das dritte Hohlspiegelelement 15 wie in Figur lc gezeigt asymmetrisch ausgebildet und/oder gegenüber der ersten Ebene geneigt angeordnet und ausgerichtet ist. Der Übersichtlichkeit halber sind in Figur lc der erste optische Pfad 5, das zweite Detektorelement 3 und das Transparentelement 17 nicht dargestellt.

Dadurch, dass das zweite Detektorelement 9 außerhalb der durch die Strahlungsquelle 2 und zwei Schnittpunkte 6 des ersten optischen Pfades 5 definierten ersten Ebene angeordnet ist, ergibt sich eine größere Flexibilität bei der Anordnung der Detektorelemente 3, 9 und der Strahlungsquelle 2 insbesondere auf einer gemeinsamen Leiterplatte. Dies unterstützt eine kom ^¬ pakte Bauweise der Messvorrichtung, insbesondere, wenn mehr als zwei Detektorelemente 3, 9 zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann ein drittes Detektorelement zusammen mit dem ersten Detektorelement 3 und der Strahlungsquelle 2 in der ersten Ebene angeordnet werden. Das zweite und dritte Detektorelement können dann wahlweise für Referenzmessungen verwendet werden. Darüber hinaus ermöglicht diese Anordnung des zweiten Detektorelements 9 eine klare Trennung der Detektorelemente, so dass im Wartungs- bzw. Fehlerfall das betreffende Detektorelement leicht zugänglich ist.

In einer nicht dargestellten Ausführungsform ist der zweite optische Pfad so festgelegt, dass die Messkammer 7 mehrfach durchlaufen wird und sich der zweite optische Pfad mit sich selbst schneidet. Hierzu werden weitere Spiegel- und Hohlspiegelelemente zwischen dem ersten Spiegelelement 11 und dem zweiten Hohlspiegelelement 14 und/oder zwischen dem zweiten Spiegelelement 12 und dem ersten Hohlspiegelelement 13 und/oder zwischen dem Transparentelement 17 und dem ersten opti- sehen Filterelement 16 und/oder dem zweiten optischen Filterelement 18 angeordnet. Durchläuft auch der zweite optische Pfad die Messkammer 7 mehrfach und schneidet sich dabei ggf. mit sich selbst, kann mit einer sehr kompakten Messanordnung auch mittels des zweiten Detektorelements 9 ein weiteres schwach absorbierendes Gas detektiert werden.

Die Spiegelelemente 11, 12 sind in der dargestellten Ausführungsform plan ausgebildet. In einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform weisen die Spiegelelemente 11, 12 einen Krümmungsradius auf, der vorzugsweise kleiner Null ist, so dass die Spiegelelemente 11, 12 konkav ausgebildet sind. Dadurch kann einem Divergieren der elektromagnetischen Strahlung entgegengewirkt werden.

Weiter kann die elektromagnetische Strahlung, die von der Strahlungsquelle 2 emittiert wird, zuerst auf eines der Spie ^¬ gelelemente 11, 12 treffen. Die Reflektoranordnung 4 kann dabei so ausgebildet sein, dass diese elektromagnetische Strahlung nicht auf das Detektorelement 3 trifft. Alternativ kann die Reflektoranordnung 4 so ausgestaltet sein, dass auch diese elektromagnetische Strahlung auf einem weiteren, nicht darge ^¬ stellten optischen Pfad auf das Detektorelement 3 trifft.

Die optischen Pfade 5, 10 können natürlich auch anders verlau ^¬ fen, als in den Figuren dargestellt, wobei beim zweiten opti ^¬ schen Pfad 10 die Strahlung, die von der Strahlungsquelle 2 direkt auf das dritte Hohlspiegelelement 15 trifft, den Bereich definiert, in dem der zweite optische Pfad 10 verlaufen muss. Entsprechend kann der erste optische Pfad 5 nur außerhalb dieses Bereichs von der Strahlungsquelle 2 aus verlaufen.

Das zweite Detektorelement 9 kann auch unmittelbar angrenzend zum ersten Detektorelement 3 angeordnet sein. In diesem Fall können das erste Detektorelement 3 und das zweite Detektorele ^¬ ment 9 auf einem gemeinsamen Detektor einstückig zusammenge- fasst sein. Das zweite Hohlspiegelelement 14 und das dritte 4

Hohlspiegelelement 15 fokussieren in diesem Fall die elektromagnetische Strahlung auf verschiedene Bereiche des gemeinsamen Detektors.

In Figur 2 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, mit der ein schwach absorbierendes und ein stark absorbieren ^¬ des Gas untersucht werden können. Der in Figur 2a und 2c jeweils oben dargestellte Teil der Messvorrichtung 1 entspricht dabei der Anordnung der Komponenten in der ersten Ebene gemäß Figur 1 unter Weglassen des dritten Hohlspiegelelements 15. Dabei definiert die derart modifizierte Anordnung eine erste Messebene mit einem ersten Messvolumen, das einen fünfeckigen Querschnitt aufweist. In der ersten Messebene gelangt wie zuvor anhand von Figur 1 erläutert und in Figur 2b dargestellt, elektromagnetische Strahlung auf dem ersten optischen Pfad 5 in das erste Detektorelement 3 und ein schwach absorbierendes Gas kann detektiert werden. Der Übersichtlichkeit halber sind der zweite optische Pfad 10, das zweite Detektorelement 9 und das dritte Hohlspiegelelement 15 in Figur 2b nicht gezeigt.

Unterhalb der ersten Messebene ist eine zweite Messebene mit einem zweiten Messvolumen angeordnet. In der zweiten Messebene sind das zweite Detektorelement 9, das zweite optische Filterelement 18 sowie das dritte Hohlspiegelelement 15 angeordnet. Das zweite Detektorelement 9, das zweite optische Filterelement 18 und das dritte Hohlspiegelelement 15 sind dabei in einem Erweiterungsmodul 19 angeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist das zweite optische Filterelement in den Figuren 2a und 2b nicht gezeigt.

Das zweite Detektorelement 9 ist gemäß Figur 2 nicht auf der gleichen Ebene in Bezug zum Querschnitt der Messvorrichtung wie die Strahlungsquelle 2, die Schnittpunkte 6 und ggf. das erste Detektorelement 3 angeordnet. Figur 2c zeigt den zweiten optischen Pfad 10. Dabei wird die elektromagnetische Strahlung aus der Strahlungsquelle 2 durch die erste Messebene auf das dritte Hohlspiegelelement 15, das in der zweiten Messebene angeordnet ist, gestrahlt und von dort auf das zweite Detektorelement 9 fokussiert. Der Über ^¬ sichtlichkeit halber sind in Figur 2c der erste optische Pfad 5, das zweite Detektorelement 3 und das Transparentelement 17 nicht dargestellt.

Eine Messvorrichtung mit einer ersten Messebene gemäß Figur 2 kann als separates Bauteil gefertigt und ohne Erweiterungsmodul 19 betrieben werden. Das Erweiterungsmodul 19 kann bei Bedarf mit dieser Messvorrichtung verbunden werden. Die Messvorrichtung und das Erweiterungsmodul 19 bilden dabei ein System 20 zur Absorptionsmessung von Gasen. Erstes, zweites und drittes Hohlspiegelelement 13, 14, 15 sind in diesem modularen Aufbau in einem Dreieck angeordnet.

Ein Beispiel für die Messung von zwei Gasen mit unterschiedlichen Absorptionseigenschaften kann zum Beispiel die simultane Messung von Methan und Kohlendioxid sein. Methan absorbiert Infrarotstrahlung nur schwach. Daher muss Methan mittels des längeren ersten optischen Pfades 5 vermessen werden. Kohlendioxid absorbiert hingegen deutlich mehr Infrarotstrahlung, sodass Kohlendioxid mittels des kürzeren zweiten optischen Pfades 10 vermessen wird.

Die Detektorelemente 3, 9 können für das jeweils andere Detektorelement 3, 9 eine Referenzmessung durchführen. Wenn die beiden zu messenden Gase verschiedene Absorptionswellenlängen aufweisen, ist auf diese Weise die Referenzmessung besonders einfach durchführbar.

Alternativ oder zusätzlich wird in einer nicht dargestellten Ausführungsform das dritte Hohlspiegelelement 15 in Figur 1 durch zwei übereinander liegende Hohlspiegelelemente ersetzt. Eines dieser Hohlspiegelelemente bildet dabei wie zuvor anhand von Figur 1 erläutert die Strahlung der Strahlungsquelle auf das zweite Detektorelement ab, während das andere Hohlspiegelelement die Strahlung auf ein zusätzliches viertes Detekto ^¬ relement abbildet, das vorzugsweise in der ersten Ebene angeordnet ist, aber selbstverständlich auch oberhalb der ersten Ebene angeordnet sein kann, und beispielsweise als Detektor für Referenzmessung dient.

Auf diese Weise kann die als Multireflexionszelle ausgebildete Messvorrichtung mit deutlich weniger Bauteilen und damit deutlich günstiger hergestellt und betrieben werden.

BEZUGSZEICHENLISTE

Messvorrichtung zur Absorptionsmessung von Gasen

Strahlungsquelle

erstes Detektorelement

Reflektoranordnung

erster optischer Pfad

Schnittpunkt

Messkammer

Wandelement

zweites Detektorelement

zweiter optischer Pfad

erstes Spiegelelement

zweites Spiegelelement

erstes Hohlspiegelelement

zweites Hohlspiegelelement

drittes Hohlspiegelelement

erstes optisches Filterelement

ransparentelement

zweites optisches Filterelement

Erweiterungsmodul

System zur Absorptionsmessung von Gasen