Abgasmessung per Licht

So ein Laser Gas Spektroskopie Meßgerät entwickelten wir vor 25 Jahren 
(Patent geschützt). Damit kann man über einige km Entfernung mit Hilfe 
eines Retro Reflektors einige spezifische Gasarten Konzentrationen bis 
in den bpm Bereich genau erfassen. In Frage kommende Gasarten sind z.B. 
Methan, Hydrogen Sulfide und Zyanid und andere in der Schwerindustrie 
vorkommende schädliche Gase.

Das hier gewählte Meßprinzip beruht auf Wellenlängen Wobbeln eines sehr 
teuren (5K+) Präzision Laser mit sehr spezifischer Wellenlänge und 
zusätzlicher Modulation mit einer Trägerwelle zwischen 50kHz bis 20MHz. 
Die Lasertemperatur muß auf 0.01 Grad intern stabilisiert werden um 
Wellenlängen Stabilität zu erreichen. Auf der Empfangsseite ist ein sehr 
empfindlicher TIA Photodetektor mit einer sehr aufwendigen Lock-In 
Schaltung auf der doppelten Frequenz und anschließender ADC Erfassung. 
Wenn eine bestimmte Gasart vorhanden ist, werden im Luftpfad spezielle 
Lichtsignaturen auf der doppelten Trägerfrequenz erzeugt die 
empfangsseitig erfasst werden können. Alles andere ist aufwendige DSP 
Software.

Wir machten Portable und auch Versionen für UAVs und festeingebaute 
Vielkanal-Anlagen die mittels Glasfaser in gefährdeten Bereichen 
explosionsgeschützt funktionieren müssen. Die UAV Versionen werden 
übrigens für Überwachung von Pipe Lines eingesetzt die dann autonom 
abgeflogen werden können. Selbstbau und Calibrierung solcher Meßgeräte 
ist nicht sehr leicht. Die Geräte kosten je nach Einsatzgebiet und 
Gasart zwischen $50K bis $250K.

Mehr möchte ich dazu nicht sagen und bitte um Verständnis.

Erinnert mich an den wohl kaputten Seat Diesel mit der grossen weissen 
Rauchwolke der vorhin vor mir fuhr - ich habe zum Glück schnell auf 
Umluft gestellt und irgendwann bog ich auch ab.

> Hat jemand einen Plan, wie das funktionieren soll?

Grundsaetzlich misst man die unterschiedliche absorption von Gasen fuer 
bestimmte oder sogar mehrere Wellenlaengen. Das ist nicht neu. 
Vermutlich schon seit 50Jahren oder laenger stand der Technik. Wird in 
der Regel mit optischen Baenken oder fuer Nox auch mit PMT und einer 
interessanten chemischen Reaktion gemacht und steckt auch in den Teilen 
mit denen der Tuev eure ASU macht.

Natuerlich geht das auch irgendwie mit krass mehr Aufwand mit einem 
Laser. Es wird also irgendwo eine Firma geben die sowas mal fuer 
industrielle Nutzung entwickelt hat, dann aber merkte das es nicht 
soviele Kunden gibt wie sie sich erhofft haben und jetzt eine Idee haben 
wie so noch mehr verkaufen koennen. Leider mit dem Nebeneffekt das dies 
ein weiterer Schritt in eine totale Ueberwachungsgesellschaft ist wo 
irgendwann jede Minute des Tages von irgendwas ueberwacht wird damit 
auch ja jede Regel jederzeit eingehalten wird.

Ausserdem stellt sich natuerlich die Frage wie genau sowas am Ende eines 
fahrenden Autos mit allerlei lustigen Verwirbelungen, einer starken 
Abhaengigkeit von der Geschwindigkeit oder Lastzustaenden des Motors so 
ist.

Aber vermutlich braucht man das nur als Vorwand. Wenn man ein 
Nummernschild scannt dann kann man ja einfach herausfinden was das Auto 
fuer eine Zulassung hat. Das sollte jede Frage viel genauer beantworten. 
Vermutlich wuerde es sogar reichen nur die Nummernschilder zu scannen. 
Aber vielleicht gibt es da noch ein Gesetz gegen und man muss erstmal 
einen halbgaren Anfangsverdacht schaffen. Und dann gibt es vielleicht 
noch 0.01% unserer Jugend die es cool findet den Kat auszubauen und 
sowas laesst natuerlich eine ordentliche Behoerde auch nicht ruhig 
schlafen.

Olaf

Harald W. schrieb:
> Hat jemand einen Plan, wie das funktionieren soll?

Über differentielle Absorption, mit Laser kurz DIAL

https://de.wikipedia.org/wiki/Lidar#Differentielle_Absorptions-Lidar
https://www.all-electronics.de/mi-dial-system/

Mit Laserlicht funktioniert das sogar vom Satelliten aus, um die 
Erdatmosphäre zu vermessen (Ozon, CO2, ...). Über die Laufzeit bekommt 
man auch noch die Entfernungsinformation.
https://www.researchgate.net/profile/William_Grant2/publication/226727606_Differential_absorption_lidar_DIAL_measurements_from_air_and_space/links/56cc713a08ae1106370d908b/Differential-absorption-lidar-DIAL-measurements-from-air-and-space.pdf

@ Jan F. (fenki)

> Jedes Gas absorbiert Licht einer bestimmten Wellenänge. Diese liegt (zum
Glück) fast immer im ultravioletten oder infraroten Bereich (oder stell
DIr mal vor, Methan wäre grün: jeder Furz wäre sichtbar und grün!
Unschöne Vorstellung...).

Ich finds jetzt gerade nicht wieder, aber auf EEVblog ist genau so ein 
Video, aufgenommen mit einer IR-Kamera wo ein Filter für Methan 
davorgesetzt war...

Olaf schrieb:
> Ausserdem stellt sich natuerlich die Frage wie genau sowas am Ende eines
> fahrenden Autos mit allerlei lustigen Verwirbelungen, einer starken
> Abhaengigkeit von der Geschwindigkeit oder Lastzustaenden des Motors so
> ist.

Eben, da gibt es eine Menge "Lustiges". Wie will man denn überhaupt die 
Position des Auspuffrohr erfassen? Wie funktioniert das dann bei vier 
Auspuffrohren (zwei links, zwei rechts)? Messwert mal zwei oder mal 
vier?

Und wie du völlig richtig erkannt hast, ist der Lastzustand 
(Schiebebetrieb, Teillast, Volllast) eine völlig unbekannte Größe. Da 
kann man doch eigentlich nur Hausnummern messen.

Olaf schrieb:
> Aber vermutlich braucht man das nur als Vorwand.

M.E. die einzig vernünftige Erklärung.

Harald W. schrieb:
> Und wie du völlig richtig erkannt hast, ist der Lastzustand
> (Schiebebetrieb, Teillast, Volllast) eine völlig unbekannte Größe. Da
> kann man doch eigentlich nur Hausnummern messen.

Vermutlich geht es genau darum, festzustellen, ob diese Hausnummern aus 
dem Realverkehr irgendwie mit den Abgasnormen korrelieren, die die Autos 
bei der Typzulassung mal eingehalten haben sollten. So verstehe ich die 
Meldung der Stadt Frankfurt: 
https://www.frankfurt.de/sixcms/media.php/738/2020.02.06%20PM-Abgasmessung.pdf

MfG, Arno

Harald W. schrieb:
> Alter Sack schrieb:
>
>> Das hier gewählte Meßprinzip beruht auf Wellenlängen Wobbeln eines sehr
>> teuren (5K+) Präzision Laser mit sehr spezifischer Wellenlänge und
>> zusätzlicher Modulation mit einer Trägerwelle zwischen 50kHz bis 20MHz.
>> Die Lasertemperatur muß auf 0.01 Grad intern stabilisiert werden um
>> Wellenlängen Stabilität zu erreichen.
>
> Eigentlich regelt man da eher auf die Wellenlänge selbst, um ein hohe
> Stabilität zu bekommen. Strom- und Temperaturregelung ist eigentlich
> nur für das "Grobe" da.

Das machten wir auch. Es gab eine interne Gas Meßzelle die im laufenden 
Betrieb periodisch regelmäßig angemessen wurde. Der optische Pfad wurde 
durch EM Spiegelumschaltungen dazu geändert. Die FW nützte das auch zur 
WL Calibrierung und Nachführung aus. Trotzdem war Temperaturreglung 
unumgänglich notwendig. Diese Laser waren damals diesbezüglich recht 
empfindlich. Naja ist ja auch schon sehr lange her und Ich habe schon 
lange nichts mehr damit zu tun.

Bemerkenswert ist, daß das damalige Design heute mit nur kleinen 
Komponenten bedingten Änderungen immer noch so wie damals hergestellt 
wird. Nur die Steuerkomputer wurden über die Jahrzehnte modernisiert. 
Man hat dann versucht mittels reiner DSP die aufwendige Analog 
Originalschaltung zu ersetzen. Trotz teilweisem Erfolg erreicht man aber 
immer noch nicht die gewünschte Meß-Empfindlichkeit. Der Original 
Lock-In Signal Prozessor hat eine um mehr als 25dB bessere Gas 
Empfindlichkeit und die bpm Meßgrenzen liegen dementsprechend niedriger. 
Es wird schon fast zehn Jahre am DSP Ersatz gearbeitet ohne das 
Empfindlichkeitsproblem trotz beträchtiger Fortschritte befriedigend 
gelöst zu haben. Da haben sich schon einige Experten ihre Zähne 
abgebrochen. Man hoffte die Probleme nur durch bessere SW lösen zu 
können. Leider wurden aber im DSP HW Design einige wichtige Aspekte 
übersehen die im Original Design kritisch waren. Die DSP HW wurde von 
einem externen Ingenieurbüro entwickelt und es wurden (meiner Meinung 
nach) einige architektonischen Fehler im Eingangs Design gemacht die 
sich im Nachhinein ohne Neudesign gewisser Schaltungsteile leider nicht 
mehr leicht beheben lassen.

Deshalb wird für anspruchsvolle Meßaufgaben/Kunden intern immer noch die 
Original Signalverarbeitung eingesetzt. Die DSP Version funktioniert 
allerdings für die Hälfte aller potenziellen Kunden.  Man sieht es den 
Geräten aber äußerlich nicht an, daß teilweise für die 
Signalverarbeitung noch eine recht alte Technik ausgenützt wird. Das 
Touchscreen GUI ist bei den letzten zwei Generationen sehr modern und 
zeitgemäß und hat natürlich alle modernen Netz Schnittstellen und SW für 
Fernbeobachtung.