DE2700422A1

DE2700422A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung einer gasmolekuelart

Info

Publication number: DE2700422A1
Application number: DE19772700422
Authority: DE
Inventors: Joseph J Barrett
Original assignee: Allied Chemical Corp
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 1976-01-08
Filing date: 1977-01-07
Publication date: 1977-08-18
Also published as: GB1570899A; FR2337881A2; JPS5289978A; CA1074148A; FR2337881B2

Description

Dr. Hans-Heinrich Willrath t

Dr. Dieter Weber Dipl.-Phys. Klaus Seiffert

PATENTANWÄLTE

D-62 WIESBADEN 4. Jan. 1977 Postfach ■■ 6145

Gustav-Freyug-Stra&e IS We/Wh

« (06ItI) 37I7JO

Telegrammadresse: WILLPATENT Telex : 4-186 247

7OOO-1235

Allied Chemical Corporation, Morris town, New Jersey 07960, USA

Verfahren und Vorrichtung rtli die In

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Priorität; Serial No. 647 388 vom 8. Januar 1976 in USA

Zusatzanmeldung zu P 23 40 862.O

(Patent ) und P 25 25 787.8

(Patent )

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Die Erfindung betrifft das Gebiet der Infrarotgasanalyse und spezieller ein Verfahren und eine Vorrichtung, mit Hilfe derer Licht durch eine Gasprobe bei diskreten bzw. vereinzelten Frequenzen durchgelassen bzw. übertragen wird, die mit dem Absorp-

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tionsspektrum eines Gasbestandteils in Beziehung stehen, um den Bestandteil zu erfassen und quantitativ zu messen.

Bei der für die nichtdispersive Infrarotgasanalyse herkömmlich benutzten Vorrichtung wird ein Strahl einer Infrarotstrahlung mit einem Emissionsspektrum, welches das Absorptionsspektrum des zu analysierenden Gases umfaßt, durch eine Gasprobe zu einem übertrager gerichtet. Das Ausgangssignal vom übertrager wird verglichen mit jenem Signal, welches beim Durchlauf des Strahles durch die Reihenkombination der Probe und eines Bezugsgases der für die Analyse ausgewählten Art erzeugt wird. Ein Signalintensitätsdifferential, welches durch die Absorption in der Probe erzeugt ist, wird zu einem erfaßbaren Signal umgewandelt und dargestellt.

Eines der Hauptprobleme bei solchen Analysatoren ist die Schwierigkeit, Mengen von Gasbestandteilen zu analysieren, die in dem unteren Millionstel Bereich zugegen sind. Das Signalintensitätsdifferential stellt eine relativ kleine Änderung in einem großen Signal dar und wird häufig durch die Spektralinterferenz zwischen Absorptionsspektren des zu analysierenden Bestandteiles und Absorptionsspektren zugleich vorhandener Bestandteile verdunkelt bzw. verwischt. Ein anderes Problem bei solchen Analysatoren ist die Verminderte, sich ergebende Empfindlichkeit, außer wenn die Temperatur und der Druck des Bezugsgases sorgfältig gesteuert sind. Zur Verminderung dieser Probleme war es notwendig, die Analysatoren mit äußerst empfindlichen Formen und Kombinationen von Detektoren, Quellen, Filtern, Steuersystemen und dergleichen zu versehen, die relativ teuer sind. Aus den vorstehend erwähnten Gründen haben die Gasanalysatoren der

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beschriebenen Art niedrige Empfindlichkeit und hohe Betriebskosten.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung, bei welcher Licht vom infraroten Frequenzbereich durch eine Gasprobe bei diskreten Frequenzen übertragen bzw. durchlassen wird, die mit dem Absorptionsspektrum einer Molekülart des Gases in Beziehung stehen, um die Arten zu erfassen und quantitativ zu messen. Kurz gesagt, weist die Vorrichtung eine Lichtquelle zur Erzeugung inkohärenter, infraroter Strahlung auf. Eine Lichtkonditioniereinrichtung sammelt, kollimiert und überträgt das Licht zu einer ersten Filtereinrichtung. Diese ist so eingestellt, daß sie das Licht empfängt und selektiv Licht überträgt bzw. durchläßt, das einen Frequenzbereich im Bereich einer Absorptionsbande für die zu erfassenden Molekülarten aufweist. Eine zweite Filtereinrichtung ist zum Empfang des gefilterten Lichtes einger-ichtet und überträgt das Licht bei einer Vielzahl diskreter Frequenzen unter Bildung mehrerer Streifen, die ein erfaßbares Signal vorsehen. Die zweite Filtereinrichtung hat interferenzerzeugende Einrichtungen zur Schaffung mehrerer Übertragungsfenster, die bezüglich der Frequenz in regelmäßigem Abstand angeordnet sind. Der Frequenzabstand zwischen benachbarten Fenstern wird so eingestellt, daß er im wesentlichen gleich dem Produkt der Frequenzdifferenz zwischen benachbarten Spektrallinien des Absorptionsspektrums für die zu erfassende

η ^ist
Molekülart und des Faktors —j-, worin η und n¹ ganze Zahlen sind und η nicht gleich n¹ ist. Unter diesen Umständen bildet die interferenzerzeugende Einrichtung einen Kammfilter. Die zweite Filtereinrichtung weist auch Abtasteinrichtungen auf, um die

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" ' ' 27ΠΠΑ22

übertragungspeaks für benachbarte n-te Ordnungen zu veranlassen, im wesentlichen mit den Spektrallinien eines solchen Absorptionsspektrums zusammenzufallen. Einrichtungen sind vorgesehen für die Übertragung bzw. zum Durchlassen des erfaßbaren Signals durch das Gas, wobei sich die Intensität des erfaßbaren Signals im Verhältnis zur Konzentration der Molekülart ändert. Die Intensitätsveränderung des erfaßbaren Signals wird in eine meßbare Form durch eine Signalkonditioniereinrichtung umgewandelt, und deren Größe wird durch eine Detektoreinrichtung aufgezeigt.

Ferner liefert die Erfindung ein Verfahren zur Erfassung und quantitativen Messung einer Molekülart eines gasförmigen Materials in einer zu analysierenden Probe, und dieses Verfahren besteht darin, daß Licht in der Form inkohärenter Infrarotstrahlung erzeugt, das Licht gesammelt, kollimiert und übertragen wird, das Licht derart gefilter wird, daß selektiv Licht mit einem Frequenzbereich im Bereich einer Absorptionsbande für die zu erfassende Molekülart übertragen wird, dieses gefilterte Licht interferometrisch gefiltert und Licht mit einer Vielzahl diskreter Frequenzen übertragen wird, wobei sich mehrere Strei-

erfen bilden, die ein faßbares Signal liefern, indem das Licht durch mehrere Ubertraungsfenster geschickt wird, die bezüglich der Frequenz in regelmäßigem Abstand angeordnet sind, wobei der Frequenzabstand zwischen einander benachbarten Fenstern im wesentlichen gleich dem Produkt der Frequenzdifferenz zwischen benachbarten Spektrallinien des Absorptionsspekrums für die zu erfassende Molekülart und des Faktors -^- ist, worin η und n' ganze Zahlen sind und η nicht gleich n¹ ist, und das

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Licht derart abgetastet wird, daß man die Ubertragungspeaks benachbarter n-ter Ordnungen veranlaßt, im wesentlichen mit den Spektrallinien dieses Absorptionsspektrums zusammenzufallen, wobei dieses erfaßbare Signal eine Intensität im wesentlichen gleich der Summe dieser Streifen hat, das erfaßbare Signal durch das gasförmige Material geschickt wird, wobei die Intensität des erfaßbaren Signals sich in Proportion zu der Konzentration der Molekülart ändert, und die Intensitätsveränderung des Signals erfaßt und aufgezeichnet wird.

Verschiedene bekannte Filtereinrichtungen können zur Verwendung mit der oben beschriebenen Vorrichtung angepaßt werden. Vorzugsweise ist die zweite Filtereinrichtung ein Fabry-Perot-Interferometer (FPI) mit einer Spiegeltrennung d, die so eingestellt ist, daß gefiltertes Licht bei einer Vielzahl diskreter Frequenzen übertragen bzw. durchgelassen wird, die mit dem Abhen. Diese Bedingung erhält man, wenn gilt d — , wo d die

sorptionsspektrum einer Molekülart des Gases in Beziehung ste

Spiegeltrennung bzw. Separation des FPI ist, ,u der Brechungsindex des Mediums zwischen den Spiegeln ist, B die molekulare Drehkonstante der Art ist, η und n¹ ganze Zahlen sind und η nicht gleich n' ist. Für eine gegebene Molekülart ist die Drehkonstante B eine einzigartige Größe. Somit ist die Identifikation der Art mit einem besonderen Absorptionsspektrum dadurch gut, daß man die Spiegeltrennung des FPI derart einstellt, daß die übertragenen bzw. durchgelassenen diskreten Frequenzen im wesentlichen mit den Absorptionslinien der zu erfassenden Molekülart zusammenfallen. In vorteilhafter Weise wird die Intensität des erfaßbaren Signals nicht durch andere Molekülarten als

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27ΠΠ422 AO

die für die Erfassung und Darstellung ausgesuchten Arten beeinflußt oder gestört, und das Intensitätsdifferential stellt eine relativ große Änderung in einem kleinen Signal dar. Spektralinterferenz ist minimal gehalten, und kein Bezugsgas ist notwendig. Die Empfindlichkeit der Vorrichtung ist erhöht, und sehr empfindliche Formen und Kombinationen von Detektoren, Quellen, Filtern und Steuersystemen sind nicht notwendig. Folglich gestatten das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung eine genauere Erfassung gasförmiger Bestandteile bei geringerem Aufwand als Systeme, bei denen das Emissionsspektrum von durch die Probe durchgehendem Licht Frequenzen kontinuierlich enthält.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der vorliegenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigen Fig. 1 ein Blockdiagramm unter Darstellung der Vorrichtung zur

Erfassung und quantitativen Messung einer Gasmolekülart, Fig. 2 ein schematisches Diagramm der Vorrichtung der Fig. 1, Fig. 3 eine Seitenansicht, die teilweise abgeschnitten ist, unter Darstellung einer Einrichtung zum Modulieren des Sekundärfilters der Fig. 1 und 2,

Fig. 4 ein schematisches Diagramm unter Darstellung einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung der Fig. 1 und Fig. 5 das Absorptionsspektrum einer speziellen Molekülart.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. In Fig. 1 ist eine bevorzugte Vorrichtung für die Erfassung und quantitative Messung einer Gasmolekülart gezeigt. Die allgemein bei 10 gezeigte Vorrichtung hat eine Lichtquelle 12 zur Erzeugung von Licht 15 mit inkohärenter Infrarotstrahlung. Eine Lichtkonditioniereinrichtung 14 sammelt, kollimiert und

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überträgt das Licht 15 zu einer ersten Filtereinrichtung 16. Diese ist so eingerichtet, daß sie Licht 15 empfängt und selektiv Licht 17 mit einem Frequenzbereich im Bereich einer Absorptionsbande für die zu erfassende Molekülart überträgt bzw. durchläßt. Eine sekundäre Filtereinrichtung 18 ist zur Aufnahme des gefilteren Lichts 17 einger-ichtet und läßt Licht bei einer Vielzahl diskreter Frequenzen durch, welche eine Vielzahl von Streifen bilden, die für ein erfaßbares Signal 30 sorgen. Letzteres wird durch ein Gas in der Probe 20 durchgelassen. Eine Sxgnalkonditxoniereinrichtung 22 wandelt Intensitätsveränderungen in meßbare Form um, die in dem Signal 3O durch die Molekülart in der Probe 20 hervorgerufen sind. Die Größe der Intensitätsveränderung wird durch die Detektoreinrichtung 24 aufgezeigt.

Insbesondere ist gemäß der Darstellung in Fig. 2 die primäre Filtereinrichtung 16 ein schmaler Bandpaßfilter, der aus einer Vielzahl von Schichten dielektrischer dünner Filme besteht, und die zweite Filtereinrichtung 18 hat eine interferenzerzeugende Einrichtung zur Schaffung mehrerer Übertragungsfenster, die in der Frequenz in regelmäßigen Abständen angeordnet sind. Außerdem hat die zweite Filtereinrichtung 18 eine Abtasteinrichtung zur veränderlichen Steuerung der Frequenz jeder Ordnung. Die interferenzerzeugende Einrichtung wird so eingestellt, daß der Frequenzabstand zwischen benachbarten Fenstern im wesentlichen gleich dem Produkt der Frequenzdifferenz zwischen benachbarten Spektrallinien des Absorptionsspektrums der zu erfassenden Molekülart und des Faktors -^V ist, worin η und n¹ ganze Zahlen sind und η nicht gleich n¹ ist. Unter diesen Umständen hat das erfaßbare Signal 30, welches von der zweiten Filtereinrichtung

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18 durchgelassen wurde, eine Intensität, die im wesentlichen gleich der Summe der Streifen ist. Ferner wird die Intensität des Signals 30 nicht durch eine andere Molekülart als die speziell für die Erfassung ausgesuchte beeinflußt oder gestört, die im Folgenden als die vorgewählte Art bezeichnet wird.

Nach Durchlaß des erfaßbaren Signals 30 durch das Gas in der Probe 20 verändert sich die Intensität proportional zur Konzentration der vorgewählten Art. Dieser Intensitätswechsel wird durch die Signalkonditioniereinrichtung 22 in meßbare Form umgewandelt. Die Konditioniereinrichtung 22 weist eine Einrichtung 26 zum Modulieren der Phasendifferenz zwischen interferierenden Strahlen des Lichts auf, welches von der zweiten Filtereinrichtung 18 durchgelassen ist, um die Frequenz jedes dadurch durchgelassenen Streifens zu wechseln. Die Signalkonditioniereinrichtung 22 hat auch eine synchrone (d.h. phasenempfindliche) Detektoreinrichtung 28 zur Erfassung der Intensitätsveränderung des Signals 30, wodurch die Größe der Intensitätsveränderung durch die Detektoreinrichtung 24 identifiziert werden kann.

Verschiedene bekannte Filtereinrichtungen können als zweite Filtereinrichtung bei der Vorrichtung 10 verwendet werden. Vorzugsweise ist die zweite Filtereinrichtung ein Fabry-Perot-Interferometer mit einer Spiegelseparation bzw. -trennung d, die zum übertragen bzw. Durchlassen gefilterten Lichtes von der primären Filtereinrichtung 16 bei mehreren diskreten Frequenzen eingestellt ist, welche mit dem Absorptionsspektrum der vorgewählten Art in Beziehung stehen. Die übertragungsfunktion eines FPI (I.) kann gegeben werden durch die Airy-Formel:

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" * ' 27Π0422

I = Τ²/ΐ + R² - 2COS0/"¹ · I_Q, wo T + R + A = 1, I_Q die Intensität des einfallenden Lichtes und die Phasendifferenz 0 ist, ausgedrückt als 0 = 4 1TuWd für Strahlen, die normal zu den FPI-Spiegeln liegen. Die Symbole A, R bzw. T stellen den Absorptionsgrad, Reflektionsgrad und die Durchlässigkeit der FPI-Spiegel dar, ,u ist die Brechzahl des Mediums zwischen den FPI-Spiegeln, d ist die FPI-Spiegeltrennung und LO ist die Frequenz des einfallenden Lichtes, ausgedrückt in Wellenzahlen. Wenn cos0 = 1 ist, treten für I Durchlaßmaxima auf. Folglich gilt 0 = 2ifm, wo m ganze Größen annimmt und die Interferenzordnung darstellt. Die Durchlässigkeits- bzw. Übertragungsmaxima für I, werden in der Beschreibung und in den Ansprüchen als Durchlässigkeitsfenster bezeichnet. Für einen speziellen Wert der Spiegeltrennung d sorgt das FPI für mehrere Ubertragungsfenster, die in der Frequenz gleichmäßig im Abstand angeordnet sind. Der Frequenzabstand Af zwischen benachbarten Fenstern (oder Spektralbereich) des FPI ist Δί = (2,ud) . Für ein einfaches zweiatomiges Molekül, wie Kohlenmonoxid, ist der Frequenzabstand zwischen benachbarten Absorptionslinien des Infrarot-Rotations-Vibrationsabsorptionsspektrums etwa gleich 2B. Durch Veränderung des Spiegelabstandes d des FPI kann Af so eingestellt werden, daß es im wesentlichen gleich der Frequenzdifferenz zwischen benachbarten Spektrallinien des Teils oder des ganzen Absorptionsspektrums für die ausgewählte Art ist. Das heißt, die kontinuierliche Abtastung des FPI in der Nachbarschaft von d — -:—~ erzeugt ein Absorptionsinterf erogramm mit mehreren Streifen, welches einer überlagerung von im wesentlichen allen Absorptionslinien der vorausgewäshlten Art enspricht.

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Wenn Af = 2B ist, fallen die Übertragungs- bzw. Durchlaßpeaks benachbarter Ordnungen im wesentlichen mit benachbarten Spektrallinien des Absorptionsspektrums zusammen, um eine 1 : 1-übereinstimmung mit diesem zu erzeugen, und die Amplitude des Signals von der Gasprobe 20 ist ein Minimum. Für Werte von Δί, die etwas anders als 2B sind, fallen die Durchlaßpeaks benachbarter Ordnungen nicht genau mit den Absorptionslinien zusammen, und die Amplitude des Signals von der Gasprobe 20 wird erhöht.

Andere Absorptionsinterferogramme werden für Werte des Interfe-

n'
rometerspiegelabstandes d - -.—5— produziert, worin η und n¹ ganze Zahlen sind und η nicht gleich n' ist. Diese Absorptionsinterferogramme werden erzeugt, wenn Δί = bestimmten Vielfachen der Rotationskonstanten B ist. Die Hauptinterferogramme werden erzeugt, wenn jede Absorptionslinie mit einem anderen Übertragungsfenster des FPI zusammenfällt. Solche Hauptinterferogramme erhält man für Werte einer Interferometerspiegeltrennung ■w η'

1 worin η = 1 ist und n' eine ganze Zahl größer als 1

ist. Spezieller für Werte des Interferometerspiegelabstandes d = n'/(4,uB), worin n¹ eine ganze Zahl größer als 1 ist, werden die Hauptinterferogramme erhalten. Beispielsweise mit n' = 3 wird Strahlung durch das Interferometer nicht nur bei Frequenzen entsprechend jener benachbarter Absorptionslinien der zu erfassenden Molekülart, sondern auch bei zwei diskreten Frequenzen jeweils zwischen einem Paar der Absorptionslinien übertragen. Sekundärinterferogramme erhält man, wenn jede weitere Absorptionslinie oder jede dritte Absorptionslinie (usw.) mit den Ubertragungspeaks des FPI zusammenfällt. Solche sekundären

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Interferogranune erhält man für Werte des Interferometerspiegelabstandes d ^ ₍worin η eine ganze Zahl größer als 1 und η¹ = 1 ist. Spezieller für Werte des Interferometerspiegelab-—=-

standes d = -j—=- , worin η eine ganze Zahl größer als 1 ist.

erhält man die sekundären Interferogramme. Beispielsweise mit η = 3 wird von dem Interferometer Strahlung bei Frequenzen entsprechend jenen jeder dritten Absorptionslinie der zu erfassenden Molekülart übertragen.

Die Verwendung der Vorrichtung 10 für die Infrarotgasanalyse kann in Verbindung mit der Erfassung eines zweiatomigen Moleküls erläutert werden, wie z.B. Kohlenmonoxid. Kohlenmonoxid (CO) hat eine Vibrations-Rotations-Absorptionsbande im Wellenlängenbereich von etwa 4,5 bis 4,9 ,u, wobei die Bandenmitte etwa bei 4,66 ,u liegt. Diese Absorptionsbande entspricht Übergängen von dem Grundschwingungszustand (v = 0) zum ersten Schwingungszustand (v = 1). Wie in Fig. 5 gezeigt ist, besteht die Absorptionsbande aus zwei Zweigen: Einem "R-Zweig" entsprechend den Drehschwingungsübergängen, für welche die Drehquantenzahl J sich um +1 ändert, und einem "P-Zweig", welcher Drehschwingungsübergängen entspricht, für die die Drehquantenzahl J sich um -1 ändert. Die Frequenzen, in Einheiten von Wellenzahlen, der Rotationsübergänge für die R- und P-Zweige werden durch folgende Formeln gegeben: <*>_R = U_Q + 2B₁ + (3B₁ - B_Q)J + (B₁ - B_Q)J², wobei J = O, 1, 2... und ίθ_ρ = CJ_Q - (B₁ + B_Q)J + (B₁ -B_Q)J², wobei J = 1, 2, 3... Die Größenordnung «J , B_Q und B₁ stellen die Absorptionsbandmittelfrequenz, die Grundzustandsdrehkonstante bzw. die Drehkonstante für den ersten Schwingungszustand dar. Die Drehkonstanten B_ und B₁ stehen durch folgende Glei-

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chung in Beziehung: B = B₁ + ⁰^ / ^wo ^_e die Drehschwingwechselwirkungskonstante ist. Die Werte für die Drehkonstanten des Kohlenmonoxids, die in der Liste in dem American Institute of Physics Handbook, 3. Ausgabe, Seiten 7 bis 173 angegeben sind, sind:

Γ¹ Γ¹

-1

B₀ = 1 ,9225145 cm
B₁ = 1,9050015 cm"

= 0,017513 cm

Die Intensitätsverteilung für die R- und P-Zweige wird gegeben

2C , U .

durch die Gleichung: I , = —I^s=- S_T exp/-B^J(J + 1)£§ /. Hier-

aos **p — —

in ist C , ein konstanter Faktor, Q_ die Drehverteilungsfunk-

dDS K

tion (- kT/hcB), U die Frequenz (in Wellenzahlen) der einzel-

die

nen Rotations-Schwing-Absorptionslinien, h Planck'sehe Konstante, c die Lichtgeschwindigkeit, k die Boltzmannkonstante, T die absolute Temperatur, und die Linienstärken S_T sind:

S_T = J + 1 für den R-Zweig j

S_T = J für den P-Zweig j

Unter Verwendung dieser Gleichungen für die Linienstellungen und -Intensitäten wurde eine schematische Darstellung für das in Fig. 5 gezeigt CO-Absorptionsspektrum errichtet. Die Darstellung ist schematisiert; denn tatsächlich hat jede Drehabsorptionslinie des Spektrums eine kleine, aber endliche Breite.

Um ein Fabry-Perot-Interferometer zu verwenden und diskrete Lichtfrequenzen bei den Frequenzen der Absorptionslinien der Bande vorzusehen, ist es notwendig, die Wirkung des nichtperiodischen Abstandes der Drehabsorptionslinien beim Betrieb der Vorrichtung 10 zu bestimmen. Zu diesem Zweck wird das Fabry-

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- yf -

Perot-Interferometer so eingestellt, daß die Drehabsorptionslinien des J = 6 und J = 7 R-Zweiges genau mit zwei benachbarten diskreten Frequenzen aus dem Fabry-Perot-Interferometer zusammenfallen. Diese zwei Drehabsorptionslinien sind die stärksten Linien im Band. Ihre Frequenzen sind:

CJ_n (J = 6) = 2169,169975 cm"¹ R

(a)_d(J = 7) = 2172,734796 cm"¹

Die Wellenzahldifferenz zwischen diesen Linien ist 3,564821 cm . Der freie Spektralbereich des Interferometers ist so eingestellt, daß er gleich dieser Wellenzahldifferenz zwischen den benachbarten Linien ist. Um die Art und Weise zu bestimmen, in welcher die Fehlanpassung der Lichtfrequenzen von dem Interferometer und die einzelnen Drehabsorptionslinien auftreten, wird die Größe ß_R-w_R(J+l)~ω_ρ(3) berechnet. Die Größe Q. _ kann wie folgt berechnet werden:

%=ω_κ (J₊I) -(J₁₁(J) = (3B₁-B₀) -a_e [ (J+l) ²~J²] = (3B₁-B₀) -a_e (2J+1) .

Deshalb verändert sich die Frequenzdifferenz zwischen benachbarten Drehabsorptionslinien im R-Zweig direkt proportional zur Drehquantenzahl J und der DrehschwingwechselwirkungskonstantenC^ . Die Halbwertsbreite A der Fabry-Perot-Übertragungsfenster wird durch folgende Gleichung gegeben;

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wo R das Reflektionsvermögen der Fabry-Perot-Spiegel ist und /ud die optische Weglänge zwischen den Spiegeln ist. Unter der Annahme, daß das Reflektionsvermögen R "^ 0,85, dann ist A = 0,185 cm . Die Frequenzfehlanpassung bei der ψ_ο (J=5) Linie beträgt 0,035 cm" , die gut in der ubertragungshalbwertsbreite des Fabry-Perot-Interferometers liegt. Die Frequenzfehlanpassung bei der V_R(J=3)-Linie beträgt 0,210 cm" , die nur etwas größer als die FPI-Halbwertsbreite ist. Die Frequenzfehlanpassung bei der W_n(J=IO)-Linie beträgt 0,210 cm , die auch nur etwas größer als die FPI-Halbwertsbreite ist. Deshalb fallen die R-Zweiglinien von J=3 bis J=IO im wesentlichen mit den diskreten Frequenzen von dem FPI zusammen und sind deshalb äußerst wirksam beim Betrieb der Vorrichtung 10. Die Absorptionslinienstellungen können relativ zu den FPI-Ubertragungsfenstern bestimmt werden. Aus der Gleichung füri}_ wird die Michtperiodizität der Absorptionslinienstellungen gegeben durch den Ausdruck ζ4 (2J+1) . Setzt man dies der FPI-Ubertragungshalbwertsbreite gleich, ergibt sich

A = a_e(2J_R+l) l-P. Λ

Da 2—3" ⁼ der freie Spektralbereich ist, wird dies gleichgesetzt dem Produkt des periodischen Beitrags in der Gleichung für -Q_R, nämlich 3B₁ - B_Q und der Faktor ~, -^(3B-, -B) = d_e(2j +1). Löst man dies nach J_R auf, so ergibt sich.

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~ 27Π0Α22

A3

η(3Β - B) , _R

j = ' P-H-(I-^) - 1/2. Der Endwert der Drehkonstante B

^R ^e "*^{R e}

wird gegeben als B =B + ^ (v + 1/2), wo B die Drehkonstante

Schwingin dem v-ten zustand ist. Deshalb gilt 3B., - B_ = 2B - 4<<

_B 1 O e e

und J_D = Λ(^ - 2J(I^S) - 1/2. Für CO ist B, - 1,931271 cm"¹, ^R ^e ^***

und unter der Annahme eines FPI-Spiegelreflektionsvermögens von 0,85 ergibt sich J_R = 5,6 n/n' - 0,5. Ähnlich gilt für den P-Zweig Λ = W (J + 1) - W_n(J) = - (B₁ + B_Q) - <*_e(2j + 1), und mit der gleichen Begründung ergibt sich J_p = -τ-(:τ— ~ 1) (^7=:) ~ 1/2. Da B_Q/dL sehr viel größer ist als 1, ist J_n - J_n. Die Werte von J_ und J können mit J bezeichnet werden. Deshalb dürfte die optimale Bandenbreite für die erste Filtereinrichtung 16 gleich etwa 2BJ . und nicht größer als 4BJ . sein.

e opt e opt

Der Wert von J für die Hauptinterferogramme beispielsweise mit n¹ = 3 ist 1,4. So ist es immer möglich, die Ubertragungsfenster des Interferometers mit wenigstens zwei Absorptionslinien der zu erfassenden Molekülart zusammenpassen zu lassen.

Für das Hauptinterferogramm von CO mit n' = 3 überträgt das Interferometer Strahlung durch Ubertragungsfenster entsprechend den Frequenzen von wenigstens zwei für die Analyse herangezogenen Absorptionslinien und außerdem durch zwei weitere Ubertragungsfenster, die in gleichen Frequenzabständen von und zwischen den für die Analyse bestimmten Absorptionslinien beabstandet sind. In Situationen, wo die Absorptionslinien des zu analysierenden Gases relativ schmal sind und in einem Frequenzbereich vorliegen, der keine störenden Absorptionslinien von anderen Gasen enthält, liefert die Verwendung von Hauptinterferogrammen des Typs, worin n¹ = 3 ist, erhöhte Empfindlichkeit. Die Erhöhung der Empfindlichkeit wird durch das bessere Zusam-

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" >* ~ 27Π0Α22

ao

menpassen zwischen der Absorptionslinienbreite und den Breiten der Ubertragungsfenster des Interferometers hervorgerufen. Die Abnahme der Empfindlichkeit, die sonst aus dem Vorhandensein zusätzlicher FPI-übertragungsfenster resultiert, wird durch die Steigerung der Empfindlichkeit kompensiert, die man durch Verminderung der Breite der FPI-übertragungsfenster erreicht. Die Steigerung der Empfindlichkeit, die in einer speziellen Situation erreicht wird, hängt von dem ausgewählten Wert für n¹ ab, welcher seinerseits von den experimentellen Bedingungen bestimmt wird, die mit der zu untersuchenden Gasprobe verbunden sind. Sie ist wesentlich größer als jene, die durch Steigerung des Reflexionsvermögens der FPI-Spiegel erzeugt wird. Der letztere Weg gestattet eine Verengung der Breite der FPI-übertragungsf enster ohne Einführung zusätzlicher, nicht von dem Gas absorbierter Strahlung und scheint auf den ersten Blick ein besserer Weg zu sein, das Zusammenpassen zwischen der Absorptionslinienbreite und der FPI-übertragungslinienbreite zu ver-

mit

bessern. In der Praxis jedoch nimmt hohem Spiegelreflexionsvermögen die übertragbarkeit des FPI durch kleine Absorption und/oder Streuungsverluste in den verspiegelten Oberflächen des FPI ab. Diese Verminderung der Übertragbarkeit führt zu einer Abnahme der Empfindlichkeit, die größer als der Empfindlichkeitsverlust ist, den man durch die oben diskutierte Einführung zusätzlicher Übertragungsfenster erzeugt. Außerdem führt die Verwendung von FPI-Spiegeln niedrigeren Reflexionsvermögens mit hoher Übertragungsfähigkeit zu einer Einrichtung, die für eine größere Zahl von experimentellen Anwendungen verwendet werden kann.

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27Π0Α22 U

Für die sekundären Interferogranune von CO mit η = 3 bekommt man einen Wert von 16 für die Größe J .. Dieser Wert für

opt

J zeigt, daß Absorption von durch das FPI übertragener Strahlung über einen Frequenzbereich auftritt, der etwa 16 Absorptionslinien enthält. Bei der Verwendung eines sekundären Interferogrammes mit η = 3 treten FPI-Ubertragungsfenster bei jeder dritten Absorptionslinie auf, so daß Absorption bei nur 5 Absorptionslinien stattfindet. Die Brauchbarkeit dieser sekundären Interferogramme wird in den Fällen beeinträchtigt, wo Gasgemische zu analysieren sind. In solchen Fällen können starke Absorptionslinien von einem anderen Gas als dem zu analysierenden die Messung für das zu analysierende Gas stören. Diese Störung kann vermindert oder ausgeschaltet werden, indem man ein sekundäres Interferomgramm auswählt, das keine Strahlung bei den Absorptionsfrequenzen des störenden Gases liefert.

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" **' 2700A22

Wie oben bemerkt, moduliert die Moduliereinrichtung 26 die Phasendifferenz 0, uir die Intensität des durchgelassenen Signals 30 zu verändern. Um das maximal modulierte Signal zu erhalten, wird der Modulierbereich auf etwa 1/2 des Frequenzabstandes zwischen benachbarten Streifen eingestellt. Der Modulierbereich kann andererseits auch auf vorgewählte Teile des Absorptionsspektrums der vorgewählten Art beschränkt werden, um die Intensität des modulierten Signals zu steigern. Allgemein gesagt, sollte der Modulierbereich nicht größer als der Frequenzabstand zwischen benachbarten Absorptionslinien der vorgewählten Art sein.

Das sich ergebende Signal 30 aus der zweiten Filtereinrichtung 18 und der Gasprobe 20 wird in der Ebene der Lochblende 32 durch die Linse 34 fokussiert. Die Linse 34 wird so eingestellt, daß die Mitte des Signals auf dem Loch 36 angeordnet wird. Die Intensität des durch das Loch 36 gehenden Teils des Lichtes 30 wird durch einen Infrarotdetektor 38 erfaßt. Die phasenempfindliche Einrichtung 28, wie z.B. ein Synchrondetektor, ist zum Empfang des Signals von dem Infrarotdetektor 38 und zur Erfassung seiner Intenritätsveränderung eingestellt. Das Ausgangssignal der phasenempfindlichen Detektoreinrichtung 28, welches die Signalintensitätsveränderung darstellt, wird durch eine Anzeige- und Aufzeichnungseinrichtung 40 dargestellt, die ein Oszilloskop und einen Kartenschreiber aufweisen kann.

In Fig.3 sind die zweite Filtereinrichtung 18 und die Modulier-

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einrichtung 26 in größerer Einzelheit gezeigt. Die gezeigte zweite Filtereinrichtung ist ein Fabry-Perot-Interferometer (FPI), das durch Veränderung der Phasendifferenz 0 zwischen interferierenden Lichtstrahlen in konventioneller Weise abgetastet wird. Abtastverfahren, wie z.B. jene, bei welchen der Gasdruck zwischen den Spiegeln des FPI verändert wird, um den optischen Weg dazwischen zu verändern, können auch verwendet werden. Folglich sollte die in Fig.3 gezeigte zweite Filtereinrichtung 18 als erläuternd und nicht im Sinne der Begrenzung interpretiert werden. Eine solche Einrichtung hat zylindrische Luftlager 56 und 58, die mormalerweise bei

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etwa 2,11 kg/cm (30 psi) arbeiten und gemeinsam einen hohlen Metallzylinder 60 von etwa 35 cm Länge unterstützen, der aus nichtrostendem Stahl oder dergleichen hergestellt ist. Der Außendurchmesser des Zylinders 60 ist spitzenlos geschliffen auf etwa 4 cm. Der Innendurchmesser des Zylinders 60 beträgt etwa 3,5 cm. Jedes Luftlager 56 und 58 ist etwa 8 cm lang und hat einen Außen- und Innendurchmesser von etwa 5 cm bzw. etwa 4 cm. Die Trennung zwischen den Mitten der Luftzylinder beträgt etwa 20 cm. Ein Spiegel 62 der zweiten Filtereinrichtung 18 ist fest an einem Ende 64 des Zylinders 60 angebracht, z.B. durch einen geeigneten Klebstoff oder dergleichen. Die ebene Fläche des Spiegels 62 ist im wesentlichen senkrecht zur translatorischen Achse des Zylinders. Der andere Spiegel 66 ist fest an der Moduliereinrichtung 42 angebracht, wie nachstehend beschrieben wird. Jedes Luftlager 56 und 58 ruht in genauen V-Blocks einer nicht dargestellten Platte, die so behandelt ist, daß sie äußere Schwingungen dämpft. Gefil-

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tertes Licht 17 aus der ersten Filtereinrichtung 16 tritt in die zweite Filtereinrichtung 18 am Ende 68 des Zylinders 60 ein. Ein Wagen 70, der zur horizontalen Bewegung mittels einer Prazisionsschraube 72 veranlaßt wird und einen festen Kupplungsarm 82 aufweist, der durch mechanische Befestigungseinrichtungen, wie z.B. Schrauben 88, angebracht ist, sowie am Zylinder 60, wie nachstehend beschrieben wird, sorgt dafür, daß der Zylinder 60 mit der notwendigen Linearbewegung die zweite Filtereinrichtung 18 abtastet. Die Prazisionsschraube 72 ist über ein Getriebe 76 an einem digitalen Schrittmotor 74 angekoppelt. Die Abtastrate bzw. -geschwindigkeit des Interferometers wird entweder dadurch gesteuert, daß man das Getriebeverhältnis der Anordnung 76 verändert, z.B. mittels magnetischer Kupplungen oder dergleichen, oder durch Veränderung des Impulsrateneingangs zu dem digitalen Schrittmotor 74. Bei der beschriebenen Vorrichtung kann die Abtastrate über einen Bereich von etwa 10 bis 1 oder mehr variiert werden.

Um die lineare Bewegung präzise auf den Zylinder 60 zu übertragen, ist ein Bund oder eine Manschette 78 fest am Zylinder 60 angebracht, wobei eine Glasplatte 80 an der Manschette angeklebt ist. Der Kopplungsarm 82 weist eine Kugel 86 aus nichtrostendem Stahl oder dergleichen auf, die einem. Ende 84 des Armes zugeordnet ist. Ein Permanentmagnet 90 ist am Ende 84 des Kopplungsarmes 82 in der Nähe der Kugel 86 angebracht. Infolge der magnetischen Anziehungskraft zwischen der Manschette

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78 und dem Magnet 90 wird die Kugel in Berührung mit der Glasplatte 80 gehalten. Dadurch ist ein Berührungspunkt mit niedriger Reibung geschaffen. Die Berührungskraft, die an diesem Berührungspunkt durch die lineare Bewegung des Wagens 70 hervorgerufen wird, kann entweder dadurch eingestellt werden, daß man die Trennung oder Separation zwischen dem Magnet 90 und der Manschette 78 verändert, oder die Stärke des Magneten 90 vermindert.

Eine Schnittansicht einer Ausführungsform der Moduliereinrichtung 26 ist in Fig.3 gezeigt. Andere Ausfuhrungsformen von Moduliereinrichtungen 26 können auch verwendet werden. Vorzugsweise hat die Moduliereinrichtung 26 einen hohlzylindrischen Körper 92 aus piezoelektrischer Keramik. Die innere und äußere Wand 9 4 und 96 des zylindrischen Körpers 92 sind mit einem elektrisch leitenden Material,wie z.B. Silber oder dergleichen, beschichtet. Aus einem isolierenden Material, wie z.B. Keramik oder dergleichen, bestehende Isolierkörper 98 und 100 sind an dem zylindrischen Körper 92 an seinem Ende 102 bzw. 104 durch ein geeignetes Klebmittel, wie z.B. Epoxyharz, befestigt. Ein Spiegel 66 ist fest am Isolierkörper 98 mittels des benutzten Klebstoffes angebracht, um den Spiegel 62 am Ende 64 des Zylinders 60 zu befestigen. Damit jener Spiegel 66 parallel zum Spiegel 62 gehalten werden kann, ist der Isolierkörper 100 an der Fläche 106 des Haltekörpers 108 angeklebt. Die äußere Fläche 100 des Haltekörpers 1O8 weist mehrere differentielleMikrometerschrauben 112 auf, die mit der Fläche verbunden sind und

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in herkömmlicher Weise eingestellt werden können, um eine präzise Winkelflucht des Spiegels 66 vorzusehen. An der inneren Wand 94 bzw. der äußeren Wand 96 sind Elektroden 114 und 116 angebracht. Eine Spannung mit einer Wellenform, wie z.B. einer Sinuswelle oder einer quadratischen oder Rechteckwelle, wird von einer Hochspannungs- Niederstromleistungsquelle 101 an die Elektroden 114 und 116 gelegt. Nach Anlegen der Spannung wird der zylindrische Körper 92 ν eranlaßt, in einer linearen Richtung zu modulieren, Wodirch die Intensität des Signals 30 verändert wird. Wenn die von dem Leistungsnetzgerät 101 an die Elektroden 114 und 116 angelegte Spannung die Form einer Rechteckwelle hat, können die Spannungsgrenzen der Wellenform so eingestellt werden, daß die Intensität des Signals 30 zwischen seinen maximalen und minimalen Werten abwechselt. Eine synchrone Detektoreinrichtung ist zur Bestimmung der Amplitudendifferenz zwischen den maximalen und minimalen Werten des Signals 30 für jede Periode der Rechteckwelle vorgesehen, um ein elektrisches Ausgangssignal zu erzeugen, welches proportional den maximalen und minimalen Werten des Signals 30 ist. Folglich ist die Genauigkeit der Detektqreinrichtung und damit die Empfindlichkeit der Vorrichtung 10 um einen Faktor in der Größenordnung von 100 oder mehr vergrößert.

Die Vorrichtung 10, die hier beschrieben ist, kann selbstverständlich auf zahlreiche Arten modifiziert werden, ohne daß man den Erfindungsgedanken verläßt. Beispielsweise kann die zweite Filtereinrichtung 18 ein festes Etalon (etalon)

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sein, welches durch Steuerung seiner Temperatur abgestimmt wird. Eine Art von festem Etalon, welches geeignet ist, besteht aus optisch transparentem Material, wie z.B. Kaliumbromid, Kaliumchlorid, Lithiumfluorid, Magnesiumfluorid, Calciumfluorid, Caesiumbromid, Natriumbromid, Caesiumjodid, Bariumfluorid. Natriumchlorid und dergleichen, die übertragungs- bzw. Durchlaßeigenschaften im Frequenzbereich des Absorptionsbandes der vorgewählten Art haben. Außerdem weist ein solches Etalon gegenüberliegende Oberflächen auf, die poliert, flach, parallel und mit Silber, dielektrischem Material oder dergleichen für ein hohes Reflexionsvermögen in einem vorgewählten Frequenzbereich beschichtet sind. Für eine vorgewählte Art, wie z.B. Kohlenmonoxid, mit einem Absorptionsspektrum im Frequenzbereich von etwa 2050 bis 2250 Wellenzahlen weisen bevorzugte optische transparente Materialien Kaliumbromid, Lithiumfluorid und Magnesiumfluor id auf. Die Dicke des festen Etalons kann ausgewählt werden, so daß der freie Spektralbereich des Etalons etwa der Frequenzdifferenz zwischen Spektralkomponenten des gegebenen Absorptionsspektrums entspricht. Die Feinabstimmung des festen Etalons wird bewirkt durch Schaffung einer Einrichtung für die Steuerung der Temperatur und folglich der optischen Weglänge desselben, um die Durchlaßpeaks benachbarter Ordnungen mit den Komponenten des gegebenen Absorptionsspektrums zusammenfallen zu lassen. Linsen 14 und 34 können durch nicht gezeigte Parabolspiegel mit versetzten Achsen ersetzt werden, um die optische Durchlässigkeit der Vorrichtung 10 zu verbessern. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, kann der Signalintensitätswechsel ohne Modulieren der Phasendifferenz der zweiten Filtereinrichtung 18

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dadurch bestimmt werden, daß man einen zweiten Lichtstrahl von der Quelle 12' über die Konditioniereinrichtung 14', primäre und sekundäre Filtereinrichtungen 16' und 18', Probe 20, Linse 34', Loch 36* der Lochblende 32' zum Infrarotdetektor 38' durchläßt bzw. überträgt und zur Aufzeige- und Aufzeichnungseinrichtung 40· führt. Bei der letztgenannten Ausführungsform nimmt jeweils die zweite Filtereinrichtung 18 und 18· Licht mit demselben Frequenzbereich auf, und sie sind so eingestellt, daß sie das Licht in zwei verschiedenen Gruppen diskreter Frequenzen durchlassen, wobei die erste Frequenzgruppe aus der zweiten Frequenzgruppe um einen Betrag geschoben ist, der nicht größer ist als der Frequenzabstand zwischen benachbarten Absorptionslinien der vorgewählten Art und vorzugsweise etwa 1/2 dieses Frequenzabstandes. Andere ähnliche Modifikationen können vorgenommen werden, die in den Rahmen dieser Erfindung fallen.

Im Betrieb wird Licht 15 mit inkohärenter, infraroter Strahlung

-elt, von der Lichtkonditioniereinrichtung 14 gesamm kollimiert und zur ersten Filtereinrichtung 16 übertragen bzw. durchgelassen. Die erste Filtereinrichtung 16 empfängt das Licht 15, trennt selektiv davon das Licht 17 mit einem Frequenzbereich im Bereich einer Absorptionsbande für die vorgewählte Molekülart und sendet das separierte Licht 17 zu der zweiten Filtereinrichtung 18. Diese nimmt das Licht 17 auf und läßt Licht mit mehreren diskreten Frequenzen durch, wodurch ein erfaßbares Signal 30 vorgesehen ist. Dieses wird durch die Gasprobe 20 geführt, wodurch die Intensität des Lichtes sich proportional zur Konzentration der vorgewählten Art ändert. Eine Moduliereinrichtung 26 moduliert die Phasendifferenz der zweiten Filter-

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einrichtung, um die Intensität des Signals 30 zu variieren. Die Intensitätsveränderung des Signals 30 wird von einer phasenempfindlichen Detektoreinrichtung 28 erfaßt. Das sich erge bende Signal aus der phasenempfindlichen Detektoreinrichtung 28 wird durch die Darstellungs- und Aufzeichnungseinrichtung 40 dargestellt.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1.) Verfahren zur Erfassung und quantitativen Messung einer Gasmolekülart in einer zu analysierenden Probe durch Erzeugung von Licht in der Form einer inkohärenten Strahlung, Sammeln, Kollimieren und Übertragen des Lichtes, Filtern des Lichtes zum selektiven Durchlaß von Licht mit einem Frequenzbereich in dem Bereich einer Absorptionsbande für die zu erfassende Molekülart, interferometrisches Filtern des gefilterten Lichtes, übertragung des Lichtes bei mehreren diskreten Frequenzen unter Bildung von Streifen oder Linien, die ein erfaßbares Signal ergeben, indem man das Licht durch mehrere in der Frequenz in regelmäßigem Abstand angeordnete übertragungs- bzw. Durchlaßfenster richtet, übertragung des erfaßbaren Signals durch das gasförmige Material hindurch, wobei die Intensität des erfaßbaren Signals sich proportional zur Konzentration der Molekülart ändert, und Erfassung und Aufzeigung der Intensitätsveränderung des Signals nach Patent (Patentanmeldung P 23 40 862.0) und Patent (Patentanmeldung

P 25 25 787.8), dadurch gekennzeichnet, daß man solche Übertragungsfenster verwendet, bei denen der Frequenzabstand zwischen benachbarten Fenstern im wesentlichen gleich dem Produkt der Frequenzdifferenz zwischen benachbarten Spektrallinien des Absorptionsspektrums der zu erfassenden Molekülart und des Faktors -τ- ist, worin η und n¹ ganze Zahlen bedeuten und η nicht gleich n¹ ist, und daß man das Licht so abtastet, daß man die übertragungspeaks für benachbarte n-te Ordnungen im wesentlichen mit den Spektrallinien des Absorptionsspektrums zusammen-

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fallen läßt, wobei das Signal eine Intensität hat, die im wesentlichen gleich der Summe der Streifen bzw. Linien ist.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer inkohärente Infrarotstrahlung erzeugenden Einrichtung, die gegebenenfalls Licht mit einem Frequenzbereich in dem Bereich einer Absorptionsbande für die zu erfassende Molekülart emittiert, einer Lichtkonditioniereinrichtung zum Sammeln, Kollimieren und Übertragen des Lichtes, im Falle, daß die Lichtquelle Licht mit einem Frequenzbereich im Bereich einer Absorptionsbande für die zu erfassende Molekülart emittiert, einer Filtereinrichtung und sonst mit einer primären Filtereinrichtung, die das von der Lichtkonditioniereinrichtung übertragene Licht aufnimmt und Licht mit einem Frequenzbereich in dem Bereich einer Absorptionsbande für die zu erfassende Molekülart zu einer sekundären Filtereinrichtung überträgt, wobei die Filtereinrichtung bzw. sekundäre Filtereinrichtung dieses Licht mit einem Frequenzbereich in dem Bereich einer Absorptionsbande für die zu erfassende Molekülart aufnimmt und Licht mit mehreren diskreten Frequenzen unter Bildung mehrerer Streifen bzw. Linien überträgt, welche ein erfaßbares Signal ergeben, und wobei die Filtereinrichtung bzw. sekundäre Filtereinrichtung eine interferenzerzeugende Einrichtung aufweist, die mehrere frequenzmäßig in regelmäßigen Abständen angeordnete Übertragungsfenster liefert, einer Einrichtung zur übertragung des erfaßbaren Signals durch das gasförmige Material, wobei die Intensität des erfaßbaren Signales sich proportional zur Konzentration der Molekülart ändert, eine Signalkonditioniereinrichtung zur Umwandlung der Intensitätsveränderung in meßbare

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Form und eine Detektoreinrichtung zur Anzeige und Aufzeichnung der Größe der Intensitätsveränderung, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Ubertragungsfenstern der Frequenzabstand zwischen benachbarten Fenstern so eingestellt ist, daß er im wesentlichen gleich dem Produkt der Frequenzdifferenz zwischen benachbarten Spektrallinien des Absorptionsspektrums für die zu erfassende Molekülart und des Faktors -^- ist, worin η und n¹ ganze Zahlen bedeuten und η nicht gleich n¹ ist, und daß eine Abtasteinrichtung vorgesehen ist, die die Durchlaßpeaks für benachbarte n-te Ordnungen im wesentlichen mit den Spektrallinien des Absorptionsspektrums zusammenfallen läßt, wobei das erfaßbare Signal eine Intensität hat, die im wesentlichen gleich der Summe der Streifen bzw. Linien ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalkonditioniereinrichtung (22) eine Moduliereinrichtung zu derartigem Modulieren der Phasendifferenz zwischen interferierenden Strahlen des Lichtes aufweist, daß die Frequenz eines jeden Streifens bzw. einer jeden Linie gewechselt wird, wobei der Modulierbereich nicht größer als der Frequenzabstand zwischen benachbarten Ordnungen ist.und daß eine synchrone Detektoreinrichtung (28) zur Erfassung der Intensitätsveränderung des Signals zur Identifizierung der Größe der Signalintensitätsveränderung vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzabstand zwischen benachbarten Fenstern der interferenzerzeugenden Einrichtung so eingestellt ist, daß er im wesentlichen gleich dem Produkt der Frequenzdifferenz zwischen be-

nachbarten Spektrallinien des Absorptionsspektrums für die zu erfassende Molekülart und des Faktors —_r ist, worin n¹ eine ganze Zahl größer als 1 ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzabstand zwischen benachbarten Fenstern der interferenzerzeugenden Einrichtung so eingestellt ist, daß er im wesentlichen gleich dem Produkt der Frequenzdifferenz zwischen benachbarten Spektrallinien des Absorptionsspektrums für die zu erfassende Molekülart und des Faktors —_r ist, worin η eine ganze Zahl größer als 1 und n¹ gleich 1 ist.

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