RU2813964C2 - Device and method of analyzing substance - Google Patents

Device and method of analyzing substance Download PDF

Info

Publication number
RU2813964C2
RU2813964C2 RU2021115303A RU2021115303A RU2813964C2 RU 2813964 C2 RU2813964 C2 RU 2813964C2 RU 2021115303 A RU2021115303 A RU 2021115303A RU 2021115303 A RU2021115303 A RU 2021115303A RU 2813964 C2 RU2813964 C2 RU 2813964C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
measuring
light guide
light
measuring element
substance
Prior art date
Application number
RU2021115303A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2021115303A (en
Inventor
Уве ШРИК
Вильфрид НОЭЛЛЬ
Торстен ЛУБИНСКИ
Original Assignee
Диамонтех Аг
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Диамонтех Аг filed Critical Диамонтех Аг
Publication of RU2021115303A publication Critical patent/RU2021115303A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2813964C2 publication Critical patent/RU2813964C2/en

Links

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: group of inventions relates to a device and a method for analysing a substance and can be used to measure glucose or blood sugar content. Device comprises a measuring element, which has a measuring surface and is configured to communicate at least partially with a substance in the region of the measuring surface to perform measurement or is configured to be brought into contact with it directly or also by means of a medium, also includes a detector device, which is at least partially integrated into the measuring element or connected to it. Using the exciting beam (beams), energy is emitted into the substance, and depending on the wavelength of the emitted light and substances present in the analysed substance, as well as their resonance oscillations or absorption frequencies, the exciting beams are absorbed in the substance to a greater or lesser extent.
EFFECT: simplified determination of analyzed liquid composition.
19 cl, 25 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к устройству и способу анализа вещества. Их можно использовать, например, для анализа тканей, жидкостей животных или человека, в частности жидкостей организма и в одном варианте осуществления для измерения глюкозы или содержания сахара в крови.The present invention relates to a device and method for analyzing a substance. They can be used, for example, to analyze tissues, animal or human fluids, in particular body fluids, and in one embodiment, to measure glucose or blood sugar.

Известные способы анализа вещества, в частности измерения уровня сахара в крови, описаны, например, в следующих публикациях:Known methods for analyzing a substance, in particular measuring blood sugar levels, are described, for example, in the following publications:

1. Guo. et al.: «Noninvasive glucose detection in human skin using wavelength modulated differential laser photothermal radiometry», Biomedical Optics Express, Vol, 3, 2012, no. 11.1. Guo. et al.: “Noninvasive glucose detection in human skin using wavelength modulated differential laser photothermal radiometry”, Biomedical Optics Express, Vol, 3, 2012, no. eleven.

2. Uemura. et al.: "Non-invasive blood glucose measurement by Fourier transform infrared spectroscopic analysis through the mucous membrane of the lip: application of a chalcogenide optical fiber system", Front Med Biol Eng. 1999; 9(2): 137-153. 2. Uemura. et al.: "Non-invasive blood glucose measurement by Fourier transform infrared spectroscopic analysis through the mucous membrane of the lip: application of a chalcogenide optical fiber system", Front Med Biol Eng. 1999; 9(2): 137-153.

3. Farahi et al.: "Pump probe photothermal spectroscopy using quantum cascade lasers", J. Phys. D. Appl. Phys. 45 (2012) und3. Farahi et al.: "Pump probe photothermal spectroscopy using quantum cascade lasers", J. Phys. D. Appl. Phys. 45 (2012) and

4. M. Fujinami. et al.: "Highly sensitive detection of molecules at the liquid/liquid interface using total internal reflection-optical beam deflection based on photothermal spectroscopy", Rev. Sci. Instrum., Vol. 74, Number 1 (2003). 4. M. Fujinami. et al.: "Highly sensitive detection of molecules at the liquid/liquid interface using total internal reflection-optical beam deflection based on photothermal spectroscopy", Rev. Sci. Instrum., Vol. 74, Number 1 (2003).

5. von Lilienfeld-Toal, H. Weidenmüller, M. Xhelaj, A. Mäntele, W. A Novel Approach to Non- Invasive Glucose Measurement by Mid-Infrared Spectroscopy: The Combination of Quantum Cascade Lasers (QCL) and Photoacoustic Detection Vibrational Spectroscopy, 38:209-215, 2005. 5. von Lilienfeld-Toal, H. Weidenmüller, M. Xhelaj, A. Mäntele, W. A Novel Approach to Non-Invasive Glucose Measurement by Mid-Infrared Spectroscopy: The Combination of Quantum Cascade Lasers (QCL) and Photoacoustic Detection Vibrational Spectroscopy , 38:209-215, 2005.

6. Pleitez, M. von Lilienfeld-Toal, H. Mäntele W. Infrared spectroscopic analysis of human interstitial fluid in vitro and in vivo using FT-IR spectroscopy and pulsed quantum cascade lasers (QCL): Establishing a new approach to non invasive glucose measurement Spectrochimica Acta. Part A, Molecular and biomolecular spectroscopy, 85:61-65, 2012. 6. Pleitez, M. von Lilienfeld-Toal, H. Mäntele W. Infrared spectroscopic analysis of human interstitial fluid in vitro and in vivo using FT-IR spectroscopy and pulsed quantum cascade lasers (QCL): Establishing a new approach to non-invasive glucose measurement Spectrochimica Acta. Part A, Molecular and biomolecular spectroscopy , 85:61-65, 2012.

7. Pleitez, M. et al. In Vivo Noninvasive Monitoring of Glucose Concentration in Human Epidermis by Mid-Infrared Pulsed Photoacoustic Spectroscopy Analytical Chemistry, 85:1013-1020, 2013. 7. Pleitez, M. et al. In Vivo Noninvasive Monitoring of Glucose Concentration in Human Epidermis by Mid-Infrared Pulsed Photoacoustic Spectroscopy Analytical Chemistry , 85:1013-1020, 2013.

8. Pleitez, M. Lieblein, T. Bauer, A. Hertzberg, O. von Lilienfeld-Toal, H. Mäntele, W. Windowless ultrasound photoacoustic cell for in vivo mid-IR spectroscopy of human epidermis: Low interference by changes of air pressure, temperature, and humidity caused by skin contact opens the possibility for a non-invasive monitoring of glucose in the interstitial fluid Review of Scientific Instruments 84, 2013. 8. Pleitez, M. Lieblein, T. Bauer, A. Hertzberg, O. von Lilienfeld-Toal, H. Mäntele, W. Windowless ultrasound photoacoustic cell for in vivo mid-IR spectroscopy of human epidermis: Low interference by changes of air pressure, temperature, and humidity caused by skin contact opens the possibility for a non-invasive monitoring of glucose in the interstitial fluid Review of Scientific Instruments 84, 2013.

9. M. A. Pleitez Rafael, O. Hertzberg, A. Bauer, M. Seeger, T. Lieblein, H. von Lilienfeld-Toal, and W. Mäntele. Photothermal deflectometry enhanced by total internal reflection enables non- invasive glucose monitoring in human epidermis. The Analyst, ноябрь 2014. 9. M. A. Pleitez Rafael, O. Hertzberg, A. Bauer, M. Seeger, T. Lieblein, H. von Lilienfeld-Toal, and W. Mäntele. Photothermal deflectometry enhanced by total internal reflection enables non-invasive glucose monitoring in human epidermis. The Analyst , November 2014.

Задача заключается в том, чтобы предложить устройство и способ, с помощью которых вещество, в частности ткань животного или человека, или компонент, или составная часть ткани или жидкости, могут быть проанализированы особенно простым, точным и рентабельным образом. Один аспект изобретения также заключается в достижении небольшого общего размера устройства.The object is to provide a device and a method by which a substance, in particular animal or human tissue, or a component or constituent of a tissue or liquid, can be analyzed in a particularly simple, accurate and cost-effective manner. One aspect of the invention is also to achieve a small overall size of the device.

Кроме того, сделана ссылка на патент Германии DE 102014108424 B3.In addition, reference is made to German patent DE 102014108424 B3.

Указанная задача решается, помимо прочего, с помощью устройства с признаками пункта 1 формулы изобретения. Усовершенствования устройства приведены в зависимых пунктах. Кроме того, изобретение относится к способу согласно независимому пункту формулы изобретения на способ с соответствующими усовершенствованиями согласно зависимому пункту(-ам).This problem is solved, among other things, using a device with the features of paragraph 1 of the claims. Improvements to the device are given in dependent clauses. In addition, the invention relates to a method according to an independent method claim with corresponding improvements according to the dependent claim(s).

Настоящая заявка, помимо непосредственно и явно указанных при подаче в формуле изобретения и в примерах осуществления объектов также относится и к дополнительным аспектам, которые перечислены в конце настоящего описания. Эти аспекты могут быть объединены индивидуально или по группам с признаками пунктов формулы изобретения, предоставленных при подаче. Эти аспекты также представляют собой независимые изобретения, рассматриваемые по отдельности или в сочетании друг с другом или с объектами формулы изобретения настоящей заявки. Заявитель оставляет за собой право позднее сделать эти изобретения объектами формулы изобретения. Это может быть сделано в рамках настоящей заявки или в рамках последующих выделенных заявок, продолжающих заявок („continuation applications“ в США), частично продолжающих заявок („continuation-in-part applications“ в США) или последующих заявок, испрашивающих приоритет настоящей заявки.This application, in addition to those directly and explicitly indicated upon filing in the claims and in the examples of implementation of the objects, also refers to additional aspects that are listed at the end of this description. These aspects may be combined individually or in groups with features of the claims provided at the time of filing. These aspects also constitute independent inventions, considered individually or in combination with each other or with the subject matter of the claims of this application. The applicant reserves the right to later make these inventions the subject of the claims. This may be done as part of this application or as part of subsequent divisional applications, “continuation applications” in the United States, “continuation-in-part applications” in the United States, or subsequent applications claiming the priority of this application.

В контексте последующих вариантов осуществления под термином «свет» или «лазерный свет» понимаются электромагнитные волны или электромагнитное излучение в видимом диапазоне, в ближнем, среднем и дальнем инфракрасном диапазоне и в УФ-диапазоне.In the context of the following embodiments, the term “light” or “laser light” refers to electromagnetic waves or electromagnetic radiation in the visible, near, mid and far infrared and UV ranges.

Далее в первую очередь будут раскрываться объекты формулы изобретения, перечисленные при подаче заявки. In what follows, the objects of the claims listed when filing the application will be disclosed first.

Задача решается с помощью признаков изобретения по пункту 1 формулы изобретения с помощью устройства для анализа вещества, содержащего:The problem is solved using the features of the invention according to paragraph 1 of the formula using a device for analyzing a substance containing:

- измерительный элемент, который имеет измерительную поверхность и может связываться, по меньшей мере, частично с веществом в области измерительной поверхности для осуществления измерения, в частности, может связываться непосредственно или посредством среды, в частности жидкости, или непосредственно, или также посредством среды может быть приведен в контакт,- a measuring element which has a measuring surface and can communicate at least partially with a substance in the region of the measuring surface to carry out the measurement, in particular can be communicated directly or through a medium, in particular a liquid, or directly or also through a medium can be brought into contact,

- источник возбуждающего луча, который выполнен с возможностью генерировать свет или возбуждающий луч с разными длинами волн, в частности, лазерное устройство, в частности, с квантово-каскадным лазером (ККЛ), настраиваемым ККЛ и/или с лазерным массивом, предпочтительно, массивом ККЛ, для генерации одного или более возбуждающих лучей с различными длинами волн, предпочтительно в инфракрасной или средней инфракрасной области спектра, который направлен на вещество, когда измерительный элемент в области измерительной поверхности связан и/или находится в контакте с веществом, и- an excitation beam source, which is configured to generate light or an excitation beam with different wavelengths, in particular a laser device, in particular with a quantum cascade laser (QCL), a tunable QCL and/or a laser array, preferably a QCL array , for generating one or more excitation beams of different wavelengths, preferably in the infrared or mid-infrared region of the spectrum, which is directed towards the substance when the measuring element in the region of the measuring surface is connected and/or in contact with the substance, and

- детекторное устройство, которое, по меньшей мере, частично интегрировано в измерительный элемент или связано с ним, и включает в себя следующее:- a detector device that is at least partially integrated into or associated with the measuring element, and includes the following:

источник детекторного света, предпочтительно когерентного детекторного света, а также a source of detector light, preferably coherent detector light, and

подключенную или выполненную с возможностью подключения к упомянутому источнику детекторного света первую световодную структуру, которая направляет детекторный свет и показатель преломления которой по меньшей мере на участках зависит от температуры и/или давления, причем первая световодная структура содержит, по меньшей мере, один участок, на котором интенсивность света зависит от фазового сдвига детекторного света в по меньшей мере части первой световодной структуры вследствие изменения температуры или давления.connected or configured to be connected to said detector light source, a first light guide structure, which directs the detector light and the refractive index of which at least in sections depends on temperature and/or pressure, wherein the first light guide structure contains at least one section, in wherein the light intensity is dependent on a phase shift of the detector light in at least a portion of the first light guide structure due to a change in temperature or pressure.

В этом контексте фазовый сдвиг детекторного света следует понимать как фазовый сдвиг относительно фазового положения детекторного света до или без изменения температуры или давления. Таким образом, из изменения интенсивности света можно определить фазовый сдвиг детекторного света и, исходя из этого, изменение показателя преломления. По изменению показателя преломления, например, может быть определена интенсивность волны тепла и/или волны давления, из которой, в свою очередь, в предпочтительных вариантах осуществления, может быть определена величина поглощения, и на основании которой может быть определена концентрация вещества, подлежащего обнаружению. Помимо видимого света, термин «детекторный свет» также может означать инфракрасный или ультрафиолетовый свет или другой тип электромагнитных волн, которые могут направляться через световодную структуру.In this context, the phase shift of the detector light should be understood as a phase shift relative to the phase position of the detector light with or without a change in temperature or pressure. Thus, from the change in light intensity, the phase shift of the detector light and, from this, the change in refractive index can be determined. From the change in refractive index, for example, the intensity of the heat wave and/or the pressure wave can be determined, from which in turn, in preferred embodiments, the absorption value can be determined, and from which the concentration of the substance to be detected can be determined. In addition to visible light, the term "detector light" can also refer to infrared or ultraviolet light or another type of electromagnetic wave that can be directed through a light guide structure.

С помощью возбуждающего луча/лучей энергия излучается в вещество, и в зависимости от длины волны излучаемого света и субстанций, присутствующих в анализируемом веществе, а также их резонансных колебаний или частот поглощения, возбуждающие лучи поглощаются в веществе в большей или меньшей степени, причем тепловая энергия высвобождается в форме молекулярных колебаний. В отношении настраиваемого по длине волны источника света, кроме выполнения в виде настраиваемого лазера или лазерного массива, он может быть выполнен в виде источника излучения другого типа, например широкополосного источника света, из которого отдельные длины волн могут при желании выделяться с помощью фильтров. Также возможно, например, использовать один или несколько светодиодов, излучающих в инфракрасном диапазоне, излучение которых может быть выбрано в узком диапазоне в желаемых диапазонах длин волн. При этом также может происходить модуляция в источнике света или на пути света.With the help of the exciting beam/rays, energy is emitted into the substance, and depending on the wavelength of the emitted light and the substances present in the substance being analyzed, as well as their resonant vibrations or absorption frequencies, the exciting beams are absorbed in the substance to a greater or lesser extent, the thermal energy released in the form of molecular vibrations. For a wavelength-tunable light source, in addition to being a tunable laser or laser array, it may be another type of light source, such as a broadband light source, from which individual wavelengths can optionally be isolated using filters. It is also possible, for example, to use one or more LEDs emitting in the infrared range, the emission of which can be selected to a narrow range in the desired wavelength ranges. Modulation may also occur in the light source or along the light path.

Процесс нагрева следует в отношении своей интенсивности модуляции возбуждающего луча и генерирует волну тепла и/или давления, которая распространяется в анализируемом веществе, помимо прочего, к измерительной поверхности и далее распространяется в измерительном элементе и в детекторном устройстве влияет на первую световодную структуру. Измерительный элемент связан с веществом в области измерительной поверхности, так что волна тепла и/или давления может передаваться от вещества к измерительному элементу. Связывание может осуществляться непосредственно через физический контакт между веществом и измерительным элементом, но, например, также и с промежуточным введением подходящей твердой или текучей, газообразной или жидкой среды. Таким образом, связывание также может иметь место, например, при излучении волны акустического давления от вещества к измерительному элементу, при необходимости, также на некотором расстоянии через газовую среду. Посредством подходящего выбора среды между веществом и измерительным элементом может быть обеспечено согласование импеданса для наилучшего ввода в измерительный элемент.The heating process follows, in relation to its intensity, the modulation of the excitation beam and generates a heat and/or pressure wave, which propagates in the analyte, among other things, to the measuring surface and further propagates in the measuring element and in the detector device affects the first light guide structure. The measuring element is connected to the substance in the region of the measuring surface, so that a heat and/or pressure wave can be transmitted from the substance to the measuring element. The binding can take place directly through physical contact between the substance and the measuring element, but, for example, also with the intermediate introduction of a suitable solid or fluid, gaseous or liquid medium. Thus, coupling can also take place, for example, when an acoustic pressure wave is emitted from the substance to the measuring element, optionally also at some distance through a gaseous medium. By suitable selection of the medium between the substance and the measuring element, impedance matching can be ensured for the best input into the measuring element.

Возбуждающий луч предпочтительно излучается в вещество в области, которая либо прилегает к измерительной поверхности, либо связана с ней каким-либо иным образом. Возбуждающий луч также может быть направлен в вещество непосредственно рядом с областью измерительной поверхности, которая связана с исследуемым веществом или находится в контакте. Возбуждающий луч, кроме того, может быть направлен через объем, через выемку или отверстие в измерительном элементе или, в частности, также, по меньшей мере, на участках, через материал измерительного элемента, или также через внешнюю границу измерительного элемента в непосредственной близости от измерительного элемента. Если в измерительном элементе предусмотрена выемка/отверстие для возбуждающего луча, она может проходить полностью через измерительный элемент или быть выполнена в виде глухого отверстия, и в этом случае материал измерительного элемента или покрытие из другого материала, например с толщиной от 0,05 мм до 0,5 мм, в частности, толщиной от 0,1 мм до 0,3 мм, могут быть использованы в области измерительной поверхности. The excitation beam is preferably emitted into the substance in a region that is either adjacent to or otherwise connected to the measurement surface. The excitation beam can also be directed into a substance directly adjacent to an area of the measurement surface that is associated with or in contact with the substance under test. The excitation beam can furthermore be directed through the volume, through a recess or opening in the measuring element or, in particular, also at least in sections through the material of the measuring element, or also through the outer boundary of the measuring element in the immediate vicinity of the measuring element element. If the measuring element is provided with a recess/hole for the excitation beam, it may extend entirely through the measuring element or be designed as a blind hole, in which case the material of the measuring element or the coating of another material, for example with a thickness of from 0.05 mm to 0 .5 mm, in particular with a thickness of 0.1 mm to 0.3 mm, can be used in the area of the measuring surface.

За счет воздействия на первую световодную структуру посредством волны тепла и/или давления показатель преломления изменяется, по меньшей мере, на участках первой световодной структуры, что вызывается фазовый сдвиг детекторного света и приводит к измеряемому изменению интенсивность света, по меньшей мере, на участке первой световодной структуры.By exposing the first light guide structure to a heat and/or pressure wave, the refractive index changes at least in portions of the first light guide structure, causing a phase shift in the detector light and resulting in a measurable change in light intensity in at least a portion of the first light guide structure. structures.

Для обнаружения таких фазовых сдвигов, доступны, например, интерферометрические способы и устройства.To detect such phase shifts, interferometric methods and devices are available, for example.

Соответственно, изобретение также относится к использованию интерферометрического способа измерения или интерферометрического измерительного устройства для количественного измерения повышения температуры в материале при прохождении волны тепла и/или давления.Accordingly, the invention also relates to the use of an interferometric measuring method or an interferometric measuring device for quantitatively measuring the temperature rise in a material upon passage of a heat and/or pressure wave.

Измерительный элемент может быть образован несущим телом, на котором могут быть закреплены или размещены источник детекторного света и первая световодная структура. Источник детекторного света может быть либо расположен непосредственно перед точкой входа первой световодной структуры, либо может быть соединен с ней с помощью световода. Источник детекторного света также может быть интегрирован непосредственно в световодную структуру в виде интегрированного полупроводникового элемента, например, на той же подложке, что и световодная структура. Световод может быть выполнен в виде волоконно-оптического световода или интегрированного световода. Измерительный элемент может, например, также представлять собой или содержать подложку, на которой могут быть расположены интегрированные световоды. Материал измерительного элемента может быть выполнен прозрачным или непрозрачным для возбуждающего света. Измерительная поверхность может быть определена как внешняя граничная поверхность измерительного элемента, которая может быть связана или приведена в контакт с исследуемым веществом, при этом волна тепла и/или давления может передаваться от вещества через измерительную поверхность к измерительному элементу. The measuring element may be formed by a support body on which a detector light source and a first light guide structure may be mounted or placed. The detector light source may either be located immediately in front of the entry point of the first light guide structure or may be connected thereto by a light guide. The detector light source may also be integrated directly into the light guide structure in the form of an integrated semiconductor element, for example, on the same substrate as the light guide structure. The light guide can be made in the form of a fiber-optic light guide or an integrated light guide. The measuring element can, for example, also constitute or comprise a substrate on which integrated light guides can be arranged. The material of the measuring element can be made transparent or opaque to the exciting light. A sensing surface may be defined as the outer boundary surface of a sensing element that can be coupled or brought into contact with the substance under test, whereby a heat and/or pressure wave can be transmitted from the substance through the sensing surface to the sensing element.

При компоновке измерительного элемента можно предусмотреть, чтобы первая световодная структура была расположена по отношению к измерительной поверхности таким образом, чтобы на нее влияли волны давления или тепла, которые можно отнести к поглощению возбуждающего света, когда измерительный элемент в области измерительной поверхности связан с веществом/находится в контакте с ним. When arranging the measuring element, it can be provided that the first light guide structure is positioned with respect to the measuring surface in such a way that it is affected by pressure or heat waves, which can be attributed to the absorption of exciting light when the measuring element in the region of the measuring surface is connected to the substance/is located in contact with him.

Например, может быть предусмотрено, что по меньшей мере участок проекции первой световодной структуры в направлении нормалей к измерительной поверхности перекрывает эту измерительную поверхность.For example, it can be provided that at least the projection portion of the first light guide structure in the direction of normals to the measuring surface overlaps this measuring surface.

В более общем виде также может быть предусмотрено, что по меньшей мере участок первой световодной структуры от измерительной поверхности, в частности исходя от области измерительной поверхности, в которой ее проходит возбуждающий луч, в прямом направлении является доступным для волны.More generally, it can also be provided that at least a portion of the first light guide structure from the measuring surface, in particular from the region of the measuring surface in which the exciting beam passes it, is accessible to the wave in the forward direction.

Предпочтительно, если по меньшей мере один участок световодной структуры, в частности интерферометрический элемент, а также, в частности, по меньшей мере одно плечо интерферометра световодной структуры, лежит внутри воображаемого конуса, ось которого перпендикулярна измерительной поверхности, и вершина которого лежит в точке, в которой возбуждающий луч проходит через измерительную поверхность, и который имеет угол раскрытия не более 90°, предпочтительно не более 60° и особенно предпочтительно не более 20°. Угол раскрытия означает удвоенный угол между осью конуса и образующей линией воображаемого конуса.Preferably, at least one section of the light guide structure, in particular the interferometric element, and also, in particular, at least one interferometer arm of the light guide structure, lies inside an imaginary cone, the axis of which is perpendicular to the measuring surface, and the apex of which lies at a point at which the exciting beam passes through the measuring surface, and which has an opening angle of not more than 90°, preferably not more than 60° and especially preferably not more than 20°. The opening angle means twice the angle between the axis of the cone and the generatrix of the imaginary cone.

Кроме того, может быть предусмотрено, что по меньшей мере участок первой световодной структуры удален на расстояние менее 2 мм, предпочтительно менее 1 мм, более предпочтительно менее 0,5 мм от измерительной поверхности.In addition, it can be provided that at least a portion of the first light guide structure is spaced at a distance of less than 2 mm, preferably less than 1 mm, more preferably less than 0.5 mm from the measuring surface.

Следует обеспечить то, чтобы первая световодная структура была расположена по отношению к измерительной поверхности таким образом, чтобы тепловые и/или температурные волны, которые вызываются поглощением возбуждающего света в веществе, когда измерительный элемент находится в контакте с веществом в области измерительной поверхности, приводят к измеряемому фазовому сдвигу детекторного света, по меньшей мере, в части первой световодной структуры.It should be ensured that the first light guide structure is positioned in relation to the measuring surface in such a way that thermal and/or temperature waves, which are caused by the absorption of exciting light in the substance when the measuring element is in contact with the substance in the region of the measuring surface, lead to the measured phase shifting the detector light in at least a portion of the first light guide structure.

Измерительная поверхность может быть реализована как плоская поверхность, но также может иметь вогнутую поверхность или часть поверхности, на которой помещенное тело или объект может быть хорошо отцентрирован или расположен. Тогда измерительная поверхность может иметь, например, форму частично цилиндрического канала или форму чашки, в частности форму сферического сегмента, радиус кривизны которого составляет, например, от 0,5 см до 3 см, в частности от 0,5 см до 1,5. см. Если измерительная поверхность не является полностью плоской, то под нормалью к поверхности для измерительной поверхности понимается нормаль к поверхности в центре вогнутой выемки на измерительной поверхности или нормаль к плоской поверхности тела, помещенного на измерительную поверхность. Нормалью к поверхности также может являться нормаль к плоской поверхности, которая, перекрывая вогнутую выемку измерительной поверхности, образует ее продолжение.The measuring surface may be implemented as a flat surface, but may also have a concave surface or a portion of the surface on which a placed body or object can be well centered or positioned. The measuring surface can then have, for example, the shape of a partially cylindrical channel or the shape of a cup, in particular the shape of a spherical segment, the radius of curvature of which is, for example, from 0.5 cm to 3 cm, in particular from 0.5 cm to 1.5. cm. If the measuring surface is not completely flat, then the surface normal for the measuring surface is the surface normal at the center of a concave recess on the measuring surface or the normal to the flat surface of a body placed on the measuring surface. The normal to the surface can also be the normal to a flat surface, which, overlapping the concave recess of the measuring surface, forms its continuation.

Измерительный элемент также может иметь покрытие в области измерительной поверхности из материала, который проводит тепловую волну и/или волну давления по возможности без потерь. Этот материал может быть, например, гелеобразным или твердым, а также может быть прозрачным для возбуждающего луча или иметь углубление в области, в которой возбуждающий луч проникает в измерительную поверхность. Покрытие может быть, например, достаточно тонким с толщиной, которая составляет менее 1 мм или менее 0,5 мм, или он может быть достаточно толстым, толщиной, которая больше, чем 0,5 мм, в частности более 1 мм, в частности, больше, чем 2 мм.The measuring element can also be coated in the region of the measuring surface with a material that conducts the heat wave and/or pressure wave as losslessly as possible. This material may be, for example, gel-like or solid, and may also be transparent to the exciting beam or have a depression in the area where the exciting beam penetrates the measuring surface. The coating can be, for example, quite thin with a thickness that is less than 1 mm or less than 0.5 mm, or it can be quite thick, with a thickness that is greater than 0.5 mm, in particular greater than 1 mm, in particular more than 2 mm.

Упомянутые выше криволинейные формы наружной поверхности могут быть образованы подложкой измерительного элемента с нанесенным равномерно толстым покрытием, или подложка может иметь плоскую поверхность, причем криволинейная поверхность реализуется посредством профиля толщины покрытия.The above-mentioned curved outer surface shapes may be formed by a measuring element substrate with a uniformly thick coating applied, or the substrate may have a flat surface, the curved surface being realized by a coating thickness profile.

Первая световодная структура может быть расположена на стороне измерительного элемента, противоположной измерительной поверхности, или на поверхности измерительного элемента, обращенной к измерительной поверхности. В этом случае измерительный элемент может образовывать подложку, на стороне которой, противоположной измерительной поверхности, или непосредственно под измерительной поверхностью, нанесены световоды, например, посредством технологии эпитаксиального осаждения из паровой фазы.The first light guide structure may be located on a side of the sensing element opposite the sensing surface or on a surface of the sensing element facing the sensing surface. In this case, the measuring element may form a substrate on the side opposite the measuring surface, or directly below the measuring surface, light guides are deposited, for example by means of epitaxial vapor deposition technology.

Первая световодная структура также может быть расположена внутри измерительного элемента или подложки и окружена со всех сторон материалом измерительного элемента/подложки, чтобы обеспечить, например, хорошую подачу и хороший отвод тепла или волн давления. В этом случае первая световодная структура может быть «заключена» внутри подложки известным способом производства, то есть она покрыта со всех сторон другим материалом, который, в частности, имеет другой показатель преломления, чем световод первой световодной структуры. Если световод сам по себе выполнен из кремния, он может быть, например, покрыт оксидом кремния. Подложка/измерительный элемент также может состоять полностью или частично из кремния. Также возможно выполнение интегрированных световодов из пластика, например из полиэтилена или из оптически прозрачного кристаллического материала. Первая световодная структура может быть, например, расположена параллельно измерительной поверхности и/или расположена в плоскости, параллельной измерительной поверхности. В принципе, интегрированные световоды могут быть выполнены в виде так называемых полосовых или щелевых световодов, то есть в виде полос материала, по которым направляются световые волны, или в виде проходных пространств (щелей) подходящей формы между полностью отражающими границами, образованными из определенного материала границ.The first light guide structure may also be located within the sensing element or substrate and surrounded on all sides by the sensing element/substrate material to provide, for example, good supply and good dissipation of heat or pressure waves. In this case, the first light guide structure can be “enclosed” within a substrate by a known production method, that is, it is coated on all sides with a different material, which in particular has a different refractive index than the light guide of the first light guide structure. If the light guide itself is made of silicon, it can, for example, be coated with silicon oxide. The substrate/measuring element may also consist entirely or partially of silicon. It is also possible to make integrated light guides from plastic, for example from polyethylene or from an optically transparent crystalline material. The first light guide structure may, for example, be located parallel to the measuring surface and/or located in a plane parallel to the measuring surface. In principle, integrated light guides can be designed as so-called strip or slot light guides, that is, as strips of material along which light waves are directed, or as suitablely shaped passage spaces (slots) between fully reflective boundaries formed from a specific boundary material .

В случае устройства описанного типа может быть предусмотрено устройство модуляции для модуляции интенсивности возбуждающего луча.In the case of a device of the type described, a modulation device may be provided for modulating the intensity of the excitation beam.

Устройство модуляции может управлять интенсивностью возбуждающего луча путем механической блокировки (механический прерыватель) или с помощью регулируемой диафрагмы или устройства с отклоняющим зеркалом, или тела/слоя с регулируемым пропусканием. Кроме того, модуляция также может быть достигнута непосредственно путем управления источником возбуждающего света/источником лазерного света или с помощью диафрагмы или электронного управления интенсивностью, которая полностью или частично блокирует или отклоняет возбуждающий луч на его пути от источника возбуждающего света/лазерного устройства к исследуемому веществу. Это также можно реализовать с помощью интерферометрического устройства или электронного управляемого пьезокристалла, или жидкого кристалла, или другого устройства с электронным управлением, которое изменяет прозрачность или отражательную способность по отношению к лучу возбуждающего света. Такое устройство может быть выполнено как неотъемлемая часть лазерного устройства или как функциональный элемент, который функционально интегрирован в измерительный элемент/подложку. Это возможно, потому что, при образовании подложки могут быть сформированы трехмерные функциональные структуры интегрированной оптики и электроники с использованием одного или нескольких слоев. Структуры МЭМС (микроэлектромеханические структуры) таким образом также могут быть интегрированы в подложку, например, для создания управляемого отклоняющего зеркала для модуляции света.The modulation device may control the intensity of the excitation beam by mechanical interlocking (mechanical chopper) or by an adjustable diaphragm or deflecting mirror device or adjustable transmittance body/layer. In addition, modulation can also be achieved directly by controlling the excitation light source/laser light source, or by using a diaphragm or electronic intensity control that completely or partially blocks or deflects the excitation beam on its path from the excitation light source/laser device to the test substance. This can also be accomplished using an interferometric device or an electronically controlled piezocrystal or liquid crystal or other electronically controlled device that changes the transparency or reflectivity with respect to the excitation light beam. Such a device may be implemented as an integral part of the laser device or as a functional element that is functionally integrated into the measuring element/substrate. This is possible because, when the substrate is formed, three-dimensional functional structures of integrated optics and electronics can be formed using one or more layers. MEMS structures (microelectromechanical structures) can thus also be integrated into a substrate, for example to create a controllable deflection mirror for light modulation.

Одним из возможных аспектов представленного здесь способа является фокусировка измерения ответного сигнала на выбранных участках глубины ниже (интервалы расстояния от) поверхности материала. Переменная d имеет наибольшее влияние на диапазон глубин, измеряемых данным способом. Она определяется как d = √ (D / (π * f)), где D - коэффициент температуропроводности образца (здесь, например, кожа), f - частота модуляции возбуждающего луча. Дополнительные сведения о температуропроводности кожи можно найти в следующих публикациях:One possible aspect of the method presented here is to focus the measurement of the response signal at selected depth locations below (distance intervals from) the surface of the material. The variable d has the greatest influence on the range of depths measured by this method. It is defined as d = √ (D / (π * f)), where D is the coefficient of thermal diffusivity of the sample (here, for example, skin), f is the modulation frequency of the exciting beam. For more information on skin thermal diffusivity, see the following publications:

- U. Werner, K. Giese, B. Sennhenn, K. Plamann, and K. Kölmel, “Measurement of the thermal diffusivity of human epidermis by studying thermal wave propagation,” Phys. Med. Biol. 37(1), 21-35 (1992). - U. Werner, K. Giese, B. Sennhenn, K. Plamann, and K. Kölmel, “Measurement of the thermal diffusivity of human epidermis by studying thermal wave propagation,” Phys. Med. Biol. 37(1), 21-35 (1992).

- A. M. Stoll, Heat Transfer in Biotechnology, Vol 4 of Advances in Heat Transfer, J. P. Hartnett and T. Irvin, eds. (New York, Academic, 1967), стр. 117. - A. M. Stoll, Heat Transfer in Biotechnology, Vol 4 of Advances in Heat Transfer, J. P. Hartnett and T. Irvin, eds. (New York, Academic, 1967), p. 117.

Следует отметить, что один и тот же термин «ответный сигнал» используется в настоящем раскрытии в нескольких значениях. С одной стороны, он может обозначать физический отклик на возбуждение возбуждающим лучом, например звуковую волну, нагрев и подобное. С другой стороны, он также может обозначать оптический или электрический сигнал, который отражает этот физический отклик, например, интенсивность детекторного света (в качестве примера оптического сигнала), или измеренное значение интенсивности, которое относится к электрическим сигналам. Для простоты и согласованности всегда используется один и тот же термин «ответный сигнал», при этом из контекста без дополнительных объяснений понятно, является ли это физическим откликом (например, волной давления или температурной волной), физическим следствием этого физического отклика (например, фазовый сдвиг детекторного света) или связанным с ним измеряемым сигналом (например, интенсивность детекторного света, измеряемой с помощью фотодатчика).It should be noted that the same term “response signal” is used in this disclosure in several senses. On the one hand, it can denote a physical response to excitation by an exciting beam, such as a sound wave, heat, and the like. On the other hand, it can also refer to an optical or electrical signal that reflects this physical response, such as the intensity of a detector light (as an example of an optical signal), or a measured intensity value that refers to electrical signals. For simplicity and consistency, the same term “response signal” is always used, and it is clear from the context without further explanation whether it is a physical response (for example, a pressure wave or a temperature wave), a physical consequence of this physical response (for example, a phase shift detector light) or an associated measured signal (for example, the intensity of the detector light measured by a photosensor).

Чтобы исключить ответные сигналы от самых верхних слоев вещества с целью улучшения качества измерения, в одном варианте осуществления могут использоваться изменения измеренных значений по сравнению с предыдущими измерениями, если измеренные значения в самых верхних слоях изменяются меньше или медленнее по сравнению с другими, более глубокими слоями. Это может относиться, в одном варианте осуществления, к измерениям на коже человека, где самые верхние слои кожи практически не подвергаются обмену с нижними слоями, и поэтому физиологические параметры практически не изменяемы. Для исключения сигналов от самых верхних слоев кожи может использоваться производная по времени измеренных значений ответных сигналов. Таким образом, измерение или, по меньшей мере, оценка может быть ограничена или сфокусирована на интерстициальной жидкости в коже.To eliminate response signals from the uppermost layers of matter to improve the quality of the measurement, in one embodiment, changes in measured values compared to previous measurements can be used if the measured values in the uppermost layers change less or more slowly compared to other, deeper layers. This may apply, in one embodiment, to measurements on human skin, where the uppermost layers of the skin are substantially not exchanged with the lower layers, and therefore the physiological parameters are substantially unchanged. The time derivative of the measured response signal values can be used to exclude signals from the uppermost layers of the skin. Thus, measurement, or at least assessment, may be limited to or focused on the interstitial fluid in the skin.

Для этой цели измерение может включать в себя регистрацию ответных сигналов для спектров, которые определяются несколько раз с разными частотами модуляции источника возбуждающего света, причем результаты для разных частот модуляции связывают друг с другом, например, путем формирования разности или формирования частного измеренных значений ответных сигналов для одинаковых длин волн и разных частот модуляции. Для проведения такого измерения также должно быть предусмотрено устройство с соответствующим устройством управления для возбуждающего луча и устройством оценки для спектров ответных сигналов.For this purpose, the measurement may involve recording response signals for spectra that are determined several times at different modulation frequencies of the excitation light source, the results for different modulation frequencies being related to each other, for example by forming a difference or quotient of the measured response signal values for identical wavelengths and different modulation frequencies. To carry out such a measurement, a device must also be provided with a corresponding control device for the excitation beam and an evaluation device for the response signal spectra.

Также может быть предусмотрено измерительное устройство для прямого или косвенного определения интенсивности света в первой световодной структуре, в частности, на участке, в котором интенсивность света зависит от фазового сдвига детекторного света, по меньшей мере, в части первой световодной структуры вследствие изменения температуры или давления. Измерительное устройство может непосредственно измерять интенсивность света в первой световодной структуре или интенсивность компонента детекторного света, исходящего в точке соединения. Измерительное устройство может содержать встроенный в подложку светочувствительный полупроводниковый элемент, такой как, например, фотодиод. Таким образом, можно напрямую измерить интенсивность света. Способы косвенного измерения могут быть предоставлены, например, путем измерения других параметров, таких как температура или напряженность поля, на первой световодной структуре.A measuring device may also be provided for directly or indirectly determining the light intensity in the first light guide structure, in particular in a region in which the light intensity is dependent on a phase shift of the detector light in at least a portion of the first light guide structure due to a change in temperature or pressure. The measuring device may directly measure the intensity of light in the first light guide structure or the intensity of a detector light component emitted at the connection point. The measuring device may comprise a photosensitive semiconductor element, such as, for example, a photodiode, embedded in the substrate. In this way, the light intensity can be directly measured. Indirect measurement methods can be provided, for example, by measuring other parameters, such as temperature or field strength, on the first light guide structure.

Кроме того, может быть предусмотрено, что детекторное устройство имеет интерферометрическое устройство, в частности интерферометр и/или резонансный элемент световода, в частности резонансное кольцо или резонансная пластина.In addition, it can be provided that the detector device has an interferometric device, in particular an interferometer and/or a resonant light guide element, in particular a resonant ring or a resonant plate.

В качестве интерферометрического устройства может быть использован интерферометр, в частности интерферометр Маха-Цендера, в котором детекторный свет разделяется светоделителем на два частичных луча, которые проходят через два отдельных плеча интерферометра. Оба плеча интерферометра в разной степени подвергаются воздействию волны температуры и/или давления, при этом измерительное плечо в большей степени подвержено влиянию волны температуры и/или давления, чем опорное плечо, или влияние волны температуры и/или давления по отношению к изменению показателя преломление измерительного плеча сильнее, чем у опорного плеча. В оптимальном случае опорное плечо совсем не подвержено влиянию волны температуры и/или давления, в то время как измерительное плечо в полной мере подвержено воздействию.An interferometer can be used as an interferometric device, in particular a Mach-Zehnder interferometer, in which the detector light is divided by a beam splitter into two partial beams that pass through two separate arms of the interferometer. Both arms of the interferometer are exposed to varying degrees by the temperature and/or pressure wave, with the measuring arm being more susceptible to the influence of the temperature and/or pressure wave than the reference arm, or the influence of the temperature and/or pressure wave in relation to the change in the refractive index of the measuring arm. shoulder is stronger than that of the supporting shoulder. In the optimal case, the reference arm is not at all affected by the temperature and/or pressure wave, while the measuring arm is fully affected.

Кроме прямого измерения интенсивности света в вариантах, описанных выше, интенсивность детекторного света также может быть измерена косвенно с помощью другого параметра, такого как температура или напряженность поля, при условии, что измеряемый параметр зависит от интенсивности света.In addition to directly measuring the light intensity in the embodiments described above, the intensity of the detector light can also be measured indirectly by another parameter such as temperature or field strength, provided that the measured parameter depends on the light intensity.

Чтобы гарантировать, что измерительное плечо более подвержено воздействию волны температуры и/или давления, может быть предусмотрено, например, что по меньшей мере участок выступа измерительного плеча первой световодной структуры в направление нормали к измерительной поверхности перекрывается с этой измерительной поверхностью.To ensure that the measuring arm is more susceptible to the influence of temperature and/or pressure waves, it can be provided, for example, that at least a portion of the projection of the measuring arm of the first light guide structure in the direction normal to the measuring surface overlaps with this measuring surface.

Кроме того, для высокой эффективности измерения может быть предусмотрено, что, по меньшей мере, участок измерительного плеча первой световодной структуры удален от измерительной поверхности на менее 2 мм, предпочтительно менее 1 мм, более предпочтительно менее 0,5 мм. Опорное плечо может находиться дальше от измерительной поверхности, чем измерительное плечо, как более подробно описано в другом месте настоящей заявки.In addition, for high measuring efficiency, it can be provided that at least a portion of the measuring arm of the first light guide structure is spaced from the measuring surface by less than 2 mm, preferably less than 1 mm, more preferably less than 0.5 mm. The support arm may be further from the measuring surface than the measuring arm, as described in more detail elsewhere herein.

Следует также обеспечить то, что измерительное плечо первой световодной структуры расположено по отношению к измерительной поверхности таким образом, что волны тепла и/или температуры, которые вызваны поглощением возбуждающего света в веществе, когда измерительный элемент в области измерительной поверхности находится в контакте с веществом, приводят к измеряемому фазовому сдвигу детекторного света, по меньшей мере, в части измерительного плеча первой световодной структуры. Измерительное плечо и/или опорное плечо интерферометра могут быть предпочтительно ориентированы параллельно измерительной поверхности и/или проходить в плоскости, параллельной измерительной поверхности.It should also be ensured that the measuring arm of the first light guide structure is positioned with respect to the measuring surface in such a way that heat and/or temperature waves, which are caused by the absorption of exciting light in the substance when the measuring element in the region of the measuring surface is in contact with the substance, cause to a measurable phase shift of the detector light in at least a portion of the measurement arm of the first light guide structure. The measuring arm and/or the reference arm of the interferometer may preferably be oriented parallel to the measuring surface and/or extend in a plane parallel to the measuring surface.

Свет от обоих плеч снова объединяется после прохождения через упомянутые плечи, и в зависимости от фазового сдвига детекторного света в плече, которое больше подвержено воздействию, два взаимно сдвинутых по фазе частичных луча детекторного света по меньшей мере частично гасятся. Измеренная интенсивность света в этом случае минимальна, если только фазовый сдвиг не превышает 180 градусов и, в крайнем случае, не проходит несколько полных циклов по 360 градусов каждый (2 Pi). В этом случае, в ходе развития повышения температуры и/или давления, переходы через нуль при фазовом гашении двух частичных лучей также могут быть подсчитаны для определения абсолютного фазового сдвига. Однако, во многих случаях фазовый сдвиг не превышает 180 градусов вследствие низких обнаруживаемых эффектов температуры и/или давления. Затем можно настроить рабочую точку интерферометра так, чтобы возникающие изменения интенсивности света монотонно воспроизводили изменения давления/температуры.The light from both arms is recombined after passing through said arms, and depending on the phase shift of the detector light in the arm that is more affected, the two mutually phase-shifted partial beams of the detector light are at least partially canceled out. The measured light intensity in this case is minimal unless the phase shift exceeds 180 degrees and, in extreme cases, goes through several complete cycles of 360 degrees each (2 Pi). In this case, as the temperature and/or pressure rise develops, the zero crossings in the phase cancellation of the two partial beams can also be counted to determine the absolute phase shift. However, in many cases the phase shift does not exceed 180 degrees due to the low detectable effects of temperature and/or pressure. The operating point of the interferometer can then be adjusted so that the resulting changes in light intensity monotonically reproduce the changes in pressure/temperature.

Нижеследующие меры могут гарантировать, что измерительное плечо более подвержено воздействию волны температуры и/или давления, чем опорное плечо, или что влияние волны температуры и/или давления в отношении изменения показателя преломления будет сильнее для измерительного плеча, чем для опорного плеча: The following measures can ensure that the measuring arm is more susceptible to the temperature and/or pressure wave than the reference arm, or that the effect of the temperature and/or pressure wave on the change in refractive index is stronger for the measuring arm than for the reference arm:

Измерительное плечо с или без встроенного в него или связанного с ним резонансного кольца находится в механическом контакте с подложкой. Световод измерительного плеча может быть соединен с подложкой с геометрическим замыканием и/или неразъемным образом и/или с силовым замыканием. Его также можно прижать к подложке или соединить с ней зажимными средствами.The measuring arm, with or without a resonant ring built into it or associated with it, is in mechanical contact with the substrate. The light guide of the measuring arm can be connected to the substrate with a positive connection and/or in a permanent manner and/or with a force connection. It can also be pressed against the substrate or connected to it by clamping means.

Если интерферометрическое устройство содержит только одно или несколько резонансных колец или других резонансных элементов световода, они также могут находиться в механическом контакте с подложкой. Световод(-ы) резонансного кольца(ец) или резонансных элементов также может быть соединен с подложкой с геометрическим замыканием и/или неразъемным образом и/или с силовым замыканием. Их также можно прижать к подложке или соединить с ней зажимными средствами.If the interferometric device contains only one or more resonant rings or other resonant light guide elements, these may also be in mechanical contact with the substrate. The light guide(s) of the resonant ring(s) or resonant elements may also be connected to the substrate in a form-fitted and/or permanently and/or force-fitted manner. They can also be pressed against the substrate or connected to it by clamping means.

Интерферометр или одно или оба его измерительных плеча, так же как один или несколько резонансных колец или другие резонансные элементы, могут быть интегрированы в подложку посредством технологического производственного процесса и, например, изготавливаться заодно с ней в едином производственном процессе.The interferometer or one or both of its measurement arms, as well as one or more resonant rings or other resonant elements, can be integrated into the substrate through a manufacturing process and, for example, manufactured integrally with it in a single manufacturing process.

Уменьшенное влияние волны температуры и/или волны давления на опорное плечо или уменьшенное влияние на показатель преломления световода(ов) или оптический путь света в опорном плече может быть реализовано, среди прочего, за счет того, что по меньшей мере часть световода или весь световод опорного плеча состоит из волоконно-оптического световода, и в этом случае волоконно-оптический световод выполнен участками или на большей части своей длины или полностью за пределами подложки, в частности на удалении от нее. Волоконно-оптический световод может также проходить вне материала подложки, например, в выемке в подложке, без соединения с материалом подложки.The reduced influence of the temperature wave and/or the pressure wave on the reference arm or the reduced influence on the refractive index of the light guide(s) or the optical path of light in the support arm can be realized, among other things, due to the fact that at least part of the light guide or all of the light guide of the reference The arm consists of a fiber-optic light guide, in which case the fiber-optic light guide is formed in sections either for the majority of its length or completely outside the substrate, in particular at a distance from it. The optical fiber may also extend outside the substrate material, for example, in a recess in the substrate, without connecting to the substrate material.

Также, по меньшей мере, часть опорного плеча может проходить отдельно от измерительного плеча через вторую подложку, на второй подложке, или в или на части подложки, которая является по меньшей мере участками, отделенной или экранированной или удаленной на расстояние от подложки. Also, at least a portion of the support arm may extend separately from the sensing arm through the second substrate, on the second substrate, or in or on a portion of the substrate that is at least portions separated or shielded or spaced away from the substrate.

В этом случае опорное плечо, или вторая подложка, или частичная подложка, могут быть отделены от подложки по меньшей мере на участках воздушным зазором или барьером. В качестве барьера рассматриваются вещества, которые мягче или менее жесткие, чем материал подложки и состоят, например, из пластика, эластомера, органического материала, ткани, бумаги или пены.In this case, the support arm or second substrate or partial substrate may be separated from the substrate at least in portions by an air gap or barrier. The barrier is considered to be a substance that is softer or less rigid than the substrate material and consists of, for example, plastic, elastomer, organic material, fabric, paper or foam.

В любом случае, например, по меньшей мере, 10%, в частности по меньшей мере 20%, более предпочтительно по меньшей мере 30% оптической длины опорного плеча могут быть расположены в области той же подложки, что и измерительное плечо, или дополнительной подложки, которая находится на расстоянии по меньшей мере 2 мм от измерительного плеча, в частности, по меньшей мере, 5 мм, далее, в частности, по меньшей мере 8 мм. При этом, эта область опорного плеча может быть, предпочтительно, сильнее удаленной от измерительной поверхности, чем измерительное плечо. Указанная часть опорного плеча может, предпочтительно, лежать в области, который не достигается волной тепла и/или давления, или, по меньшей мере, испытывает меньшее влияние, чем область, в котором находится измерительное плечо. In any case, for example, at least 10%, in particular at least 20%, more preferably at least 30% of the optical length of the reference arm can be located in the area of the same substrate as the measuring arm, or an additional substrate, which is at a distance of at least 2 mm from the measuring arm, in particular at least 5 mm, further in particular at least 8 mm. In this case, this region of the support arm can preferably be further removed from the measuring surface than the measuring arm. Said portion of the reference arm may preferably lie in a region that is not reached by the heat and/or pressure wave, or is at least less influenced than the region in which the measuring arm is located.

Если измерительное плечо и опорное плечо, по меньшей мере, частично состоят из различающихся материалов, может быть предусмотрен светоделитель для разделения детекторного света на измерительное плечо и опорное плечо. Этот светоделитель может быть встроен в подложку или предоставлен отдельно от нее. Светоделитель может быть выполнен таким образом, что он распределяет детекторный свет на интегрированный световод и волоконно-оптический световод, или на два интегрированных световода, или на два волоконно-оптических световода.If the measurement arm and the reference arm are at least partially composed of different materials, a beam splitter may be provided to separate the detection light into the measurement arm and the reference arm. This beam splitter may be built into the substrate or provided separately from it. The beam splitter may be configured such that it distributes the detector light to an integrated light guide and a fiber optic light guide, or to two integrated light guides, or to two fiber optic light guides.

Вне зависимости от расположения и расстояния между измерительным плечом и опорным плечом, измерительное плечо и опорное плечо могут по меньшей мере частично или полностью состоять из различных материалов, причем материал опорного плеча выбирается так, что его показатель преломления при воздействии волны тепла и/или давления испытает меньшее влияние, чем показатель преломления материала измерительного плеча. Это может быть достигнуто, например, путем выбора различных основных материалов для измерительного плеча и опорного плеча или путем легирования одного и того же основного материала по-разному в измерительном и опорном плечах. Также может быть предусмотрено, что детекторный свет по меньшей мере, по части длины опорного плеча проходит через жидкость, в частности газ, например воздух или азот, или прозрачную жидкость. Regardless of the location and distance between the measuring arm and the reference arm, the measuring arm and the reference arm can at least partially or completely consist of different materials, the material of the support arm being selected so that its refractive index when exposed to a heat and/or pressure wave will be less influence than the refractive index of the measuring arm material. This can be achieved, for example, by selecting different base materials for the measuring arm and the reference arm, or by doping the same base material differently in the measuring and reference arms. It can also be provided that the detection light passes through at least part of the length of the support arm through a liquid, in particular a gas, for example air or nitrogen, or a transparent liquid.

Если в качестве детекторного устройства используется резонансное кольцо или другой резонансный элемент световода, то они могут быть расположены в плоскости, параллельной измерительной поверхности. Таким образом, все участки резонансного кольца максимально равномерно подвергаются воздействию волны температуры и/или давления, падающей от измерительной поверхности на резонансное кольцо. Если в качестве детекторного устройства используется резонансное кольцо или другой резонансный элемент, либо исключительно, либо в сочетании с интерферометром, вместо единственного резонансного кольца или резонансного элемента можно использовать множество резонансных колец или резонансных элементов, оптически соединенных последовательно или параллельно, чтобы по желанию сформировать частотную характеристику. Одна или несколько рабочих точек могут быть установлены с помощью регулирования температуры или путем установки механического давления на резонансные кольца/резонансные элементы. Установка рабочей точки может осуществляться таким образом, чтобы обеспечивалась максимальная чувствительность к температуре или давлению или максимальный диапазон измерения с монотонной зависимостью между температурой или давлением и интенсивностью света в резонансном кольце/резонансном элементе.If a resonant ring or other resonant element of a light guide is used as a detector device, then they can be located in a plane parallel to the measuring surface. Thus, all areas of the resonant ring are exposed as uniformly as possible to the temperature and/or pressure wave incident from the measuring surface onto the resonant ring. If a resonant ring or other resonant element is used as the detector device, either solely or in combination with an interferometer, instead of a single resonant ring or resonant element, a plurality of resonant rings or resonant elements can be used, optically connected in series or in parallel, to shape the frequency response as desired. . One or more operating points can be set by temperature control or by applying mechanical pressure to the resonant rings/resonant elements. The operating point can be set to provide maximum temperature or pressure sensitivity or maximum measurement range with a monotonic relationship between temperature or pressure and light intensity in the resonant ring/resonant element.

Устройство для анализа вещества может содержать устройство оценки, которое оценивает изменение интенсивности детекторного света, регистрируемую детекторным устройством, и на основании этого определяет величину поглощения как функцию длин волн возбуждающего луча, кроме того, благодаря модуляции возбуждающего луча, интенсивность детекторного света может быть зарегистрирована с учетом и без влияния измеряемой волны тепла и/или давления, и может быть оценена ее разность или поведение или другая зависимая характеристика между этими значениями.The substance analysis device may include an evaluation device that evaluates the change in the intensity of the detection light detected by the detector device and based on this determines the amount of absorption as a function of the wavelengths of the excitation beam, furthermore, due to modulation of the excitation beam, the intensity of the detection light can be detected taking into account and without the influence of the measured heat wave and/or pressure, and its difference or behavior or other dependent characteristic between these values can be estimated.

Устройство оценки, в частности, если в качестве интерферометрического элемента предусмотрен резонансный элемент световода или интерферометр с двумя измерительными плечами с измерительными участками, которые расположены и ориентированы относительно измерительной поверхности таким образом, что волна тепла и/или давления достигает их друг за другом, может быть настроено таким образом, что определяется изменение интенсивности детекторного света, т.е. изменение рассогласования резонансного элемента путем изменения показателя преломления, или изменение фазового сдвига в двух измерительных участках/измерительных плечах интерферометра при прохождении волны тепла и/или давления, или одного или нескольких волновых фронтов.The evaluation device, in particular if a resonant light guide element or an interferometer with two measuring arms with measuring sections that are located and oriented relative to the measuring surface in such a way that the heat and/or pressure wave reaches them one after the other is provided as an interferometric element, can be configured in such a way that a change in the intensity of the detector light is detected, i.e. changing the mismatch of the resonant element by changing the refractive index, or changing the phase shift in two measuring sections/measuring arms of the interferometer during the passage of a heat and/or pressure wave, or one or more wave fronts.

В частности, при использовании интерферометра с несколькими измерительными участками, если оба они подвергаются воздействию волны тепла и/или волны, фазовые сдвиги могут компенсировать друг друга, так что не может наблюдаться никакого изменения интенсивности детекторного света. Однако, если измерительные плечи/измерительные участки расположены/ориентированы таким образом, что они достигаются волной друг за другом, то в результате получается профиль интенсивности детекторного света, который отражает различное и смещенное во времени воздействие волны на различные измерительные участки и, таким образом, обеспечивается возможность оценки, поскольку предоставлены временные интервалы, когда волна действует по-разному на различные измерительные участки. In particular, when using an interferometer with multiple measurement sections, if both are exposed to a heat wave and/or wave, the phase shifts can cancel each other out so that no change in the intensity of the detector light can be observed. However, if the measuring arms/measuring sections are positioned/orientated in such a way that they are reached by the wave one behind the other, the result is a detector light intensity profile which reflects the different and time-shifted effect of the wave on the different measuring sections and thus ensures possibility of evaluation, since time intervals are provided when the wave acts differently on different measuring sections.

В случае резонансных элементов световода возникает временной профиль изменения интенсивности детекторного света, который отражает амплитуду проходящей волны.In the case of resonant elements of the light guide, a time profile of changes in the intensity of the detector light arises, which reflects the amplitude of the transmitted wave.

В случае модулированного возбуждающего луча и соответствующих ему проходящих волнах тепла и/или давления для оценки может быть использован подходящий параметр, например амплитуда периодического изменения интенсивности детекторного света.In the case of a modulated excitation beam and its corresponding passing heat and/or pressure waves, a suitable parameter, for example the amplitude of the periodic change in intensity of the detector light, can be used for evaluation.

Кроме того, может быть предусмотрено, что световодная структура, в частности интерферометрическое устройство первой световодной структуры, имеет по меньшей мере один стекловолоконный световод, который жестко соединен с измерительным элементом, по меньшей мере, на участках.In addition, it can be provided that the light guide structure, in particular the interferometric device of the first light guide structure, has at least one glass fiber light guide, which is rigidly connected to the measuring element at least in sections.

Стекловолоконный световод доступен по низкой цене и, благодаря своей гибкости, может быть легко адаптирован к существующим потребностям. Однако, он должен контактировать с измерительным элементом, чтобы на него влияла волна давления и/или тепла. Для этого световод может быть приклеен к подложке/измерительному элементу или соединен с ним с геометрическим или силовым замыканием. Например, стекловолоконный световод может быть закреплен в зажимном устройстве подложки.Fiberglass light guide is available at low cost and, thanks to its flexibility, can be easily adapted to existing needs. However, it must be in contact with the measuring element to be affected by the pressure and/or heat wave. For this purpose, the light guide can be glued to the substrate/measuring element or connected to it with a geometric or force-lock. For example, the glass fiber light guide may be secured in a substrate clamping device.

Также может быть предусмотрено, что световод первой световодной структуры, в частности интерферометрическое устройство первой световодной структуры, встроен в подложку измерительного элемента или соединяется с подложкой, при этом первая световодная структура, в частности, имеет, по меньшей мере, один кремниевый световод, который соединен с изолирующей подложкой или встроен в изолирующую подложку, причем, в частности, кремниевый световод, по меньшей мере, частично покрыт диэлектриком, в частности, оксидом кремния, например, SiO2.It can also be provided that the light guide of the first light guide structure, in particular the interferometric device of the first light guide structure, is integrated into the substrate of the measuring element or is connected to the substrate, wherein the first light guide structure in particular has at least one silicon light guide, which is connected with an insulating substrate or integrated into an insulating substrate, in particular the silicon light guide is at least partially coated with a dielectric, in particular silicon oxide, for example SiO 2 .

В этом случае первая световодная структура может быть построена на подложке с использованием известных средств встроенной оптики, причем области с разными показателями преломления могут быть получены, например, путем селективного легирования материала подложки или путем формирования оксидных слоев или других слоев из продуктов реакций. Такие интегрированные световодные структуры могут быть предусмотрены внутри или на кремниевой пластине. Световодная структура также может быть сформирована в полимерном корпусе. Кроме того, можно использовать интегрированные световоды, например, полученные с использованием комбинаций материалов GeO2-SiO2/SiO2, GaAsInP/InP. Ti: LiNbO3.In this case, the first light guide structure can be built on the substrate using known means of integrated optics, and regions with different refractive indices can be obtained, for example, by selectively doping the substrate material or by forming oxide layers or other layers from reaction products. Such integrated light guide structures may be provided within or on a silicon wafer. The light guide structure can also be formed in a polymer body. In addition, integrated light guides can be used, for example those obtained using combinations of GeO 2 -SiO 2 /SiO 2 , GaAsInP/InP materials. Ti: LiNbO3 .

Кроме того, может быть предусмотрено, что возбуждающий луч проходит в материал измерительного элемента, в частности, в области измерительной поверхности измерительного элемента или в области, прилегающей к измерительной поверхности, или области, непосредственно прилегающей к измерительной поверхности, причем измерительный элемент или область, через которую проходит возбуждающий луч, является прозрачной для возбуждающего луча.In addition, it can be provided that the exciting beam passes into the material of the measuring element, in particular in the region of the measuring surface of the measuring element or in the region adjacent to the measuring surface, or in the region directly adjacent to the measuring surface, wherein the measuring element or region, through which the exciting beam passes through is transparent to the exciting beam.

Должна быть обеспечена прозрачность измерительного элемента и, в частности, также покрытия измерительного элемента, в диапазоне длин волн возбуждающего луча или возбуждающего света. Прозрачность также не может быть задана полной, так что допускается некоторое поглощение возбуждающего луча. Слой измерительного элемента, через который проходит возбуждающий луч, может быть выполнен как можно более тонким, например, менее 1 мм, например, только в виде тонкого слоя в области измерительной поверхности.Transparency of the measuring element and, in particular, also of the coating of the measuring element must be ensured in the wavelength range of the exciting beam or exciting light. Transparency also cannot be set to full, so some absorption of the exciting beam is allowed. The layer of the measuring element through which the exciting beam passes can be made as thin as possible, for example less than 1 mm, for example only as a thin layer in the region of the measuring surface.

Также может быть предусмотрено, что возбуждающий луч направляется внутри измерительного элемента или на измерительный элемент через вторую световодную структуру. Вторая световодная структура выполняется таким образом, чтобы она могла направлять свет или излучение в диапазоне длин волн возбуждающего луча с минимально возможными потерями. Возбуждающий луч вводится в световод второй световодной структуры, отводится из него в области измерительной поверхности и направляется на исследуемое вещество. При этом, в положении ввода и/или вывода может быть предусмотрен формирующий луч оптический элемент, в частности фокусирующий или коллимирующий элемент, который является отдельным от световодной структуры или интегрирован в нее. Первая и вторая световодные структуры могут быть предусмотрены отдельно и на некотором расстоянии друг от друга. Однако, вследствие линейности волнового уравнения они также могут перекрываться без взаимодействия, так что в световодной структуре(ах) присутствуют области, через которые проходят как возбуждающий луч, так и детекторный свет. В крайнем случае, первая и вторая световодная структура могут быть идентичными и иметь необходимые точки входа и выхода для возбуждающего света и для детекторного света. Также предполагается, что воздействие изменения давления и/или температуры в световодной структуре на возбуждающий свет обнаруживается и учитывается при оценке. Лазерное устройство для генерации возбуждающего луча может быть интегрировано в измерительный элемент, и по меньшей мере один или несколько или все электронные элементы лазерного устройства могут быть размещены на подложке измерительного элемента, в частности, на той же подложке, которая также несет интегрированные оптические элементы. Электрические элементы лазерного устройства и интегрированные оптические элементы могут быть изготовлены или размещены на одной или нескольких взаимосвязанных подложках в общем производственном процессе и/или в нескольких последовательных производственных процессах. Это приводит к чрезвычайно компактной конструкции. Такое интегрированное расположение может быть предусмотрено как в случае, когда имеется вторая световодная структура для направления возбуждающего луча, так и в случае, когда возбуждающий луч направляется через выемку в измерительном элементе на исследуемое вещество.It can also be provided that the excitation beam is directed inside the measuring element or onto the measuring element via a second light guide structure. The second light guide structure is configured in such a way that it can guide light or radiation in the wavelength range of the exciting beam with the minimum possible losses. The exciting beam is introduced into the light guide of the second light guide structure, removed from it in the area of the measuring surface and directed to the substance under study. In this case, a beam-forming optical element, in particular a focusing or collimating element, which is separate from or integrated into the light guide structure, can be provided at the input and/or output position. The first and second light guide structures may be provided separately and at some distance from each other. However, due to the linearity of the wave equation, they can also overlap without interaction, so that there are regions in the light guide structure(s) through which both the excitation beam and the detection light pass. In an extreme case, the first and second light guide structures may be identical and have the necessary entry and exit points for the excitation light and the detection light. It is also assumed that the effect of changes in pressure and/or temperature in the light guide structure on the excitation light is detected and taken into account in the evaluation. The laser device for generating the excitation beam may be integrated into the measuring element, and at least one or more or all of the electronic elements of the laser device may be placed on a substrate of the measuring element, in particular on the same substrate that also carries the integrated optical elements. The laser device's electrical elements and integrated optical elements may be fabricated or placed on one or more interconnected substrates in a common manufacturing process and/or in multiple sequential manufacturing processes. This results in an extremely compact design. Such an integrated arrangement can be provided both in the case where there is a second light guide structure for guiding the excitation beam and in the case where the excitation beam is directed through a recess in the measuring element onto the test substance.

Также может быть предусмотрено, что возбуждающий луч проходит через непрерывную выемку измерительного элемента между лазерным устройством и анализируемым веществом, причем выемка заканчивается, в частности, на некотором расстоянии перед измерительной поверхностью или проходит через измерительную поверхность или расположена в области, которая непосредственно примыкает к измерительной поверхности и/или граничит с ней.It can also be provided that the excitation beam passes through a continuous recess of the measuring element between the laser device and the analyte, the recess ending in particular at a certain distance in front of the measuring surface or passing through the measuring surface or located in a region which is immediately adjacent to the measuring surface and/or borders it.

В этом случае возбуждающий луч распространяется в выемке и в некоторых случаях выходит из выемки на стороне измерительного элемента, обращенной к анализируемому веществу, не проходя через материал измерительного элемента. В области измерительной поверхности также может оставаться тонкий слой измерительного элемента, так что выемка не проходит насквозь и заканчивается на некотором расстоянии перед измерительной поверхностью. При этом важно, чтобы объем вещества, в которое излучается возбуждающий луч, примыкал к измерительной поверхности и контактировал с ней или был связан с ней каким-либо другим подходящим образом, чтобы генерируемая волна температуры и/или тепла, по меньшей мере, частично затрагивала измерительную поверхность и направлялась через нее в измерительный элемент или к детекторному устройству.In this case, the excitation beam propagates in the recess and in some cases exits the recess on the analyte side of the measuring element without passing through the material of the measuring element. A thin layer of the measuring element can also remain in the area of the measuring surface, so that the recess does not go through and ends at some distance in front of the measuring surface. It is important that the volume of the substance into which the exciting beam is emitted adjoins the measuring surface and is in contact with it or is connected to it in some other suitable way, so that the generated temperature and/or heat wave at least partially affects the measuring surface. surface and was directed through it into the measuring element or to the detector device.

Непрерывная или в значительной степени непрерывная выемка в измерительном элементе может образовывать прямой канал, но она также может образовывать канал с изгибами или перегибами, и в этом случае возбуждающий луч может быть направлен через канал с помощью отклоняющих или отражающих элементов. Выемка может продолжаться через покрытие на измерительном элементе, но она также может заканчиваться в покрытии, так что возбуждающий луч проходит через покрытие.A continuous or substantially continuous recess in the measuring element may form a straight channel, but it may also form a channel with bends or kinks, in which case the excitation beam may be directed through the channel by means of deflecting or reflecting elements. The notch may extend through the coating on the measuring element, but it may also terminate in the coating so that the excitation beam passes through the coating.

Если возбуждающий луч проходит, по меньшей мере, через определенный слой измерительного элемента, то если материал измерительного элемента, по меньшей мере, частично поглощает возбуждающий луч, возбуждающий луч уже может вызвать повышение температуры измерительного элемента, что, однако, может быть точно просчитано. Периодическая работа источника возбуждающего света приводит к возникновению тепловых волн в измерительном элементе, которые в некоторых случаях достигают детекторного устройства и могут быть детектированы им. Это влияние можно вычислить и вычесть из полезного сигнала.If the exciting beam passes at least through a certain layer of the measuring element, then if the material of the measuring element at least partially absorbs the exciting beam, the exciting beam can already cause an increase in the temperature of the measuring element, which, however, can be accurately calculated. Periodic operation of the excitation light source generates thermal waves in the measuring element, which in some cases reach the detector device and can be detected by it. This influence can be calculated and subtracted from the desired signal.

Также может быть предусмотрено, что возбуждающий луч направляется непосредственно по внешней границе измерительного элемента на анализируемое вещество и проникает в вещество на продолжении измерительной поверхности рядом с измерительным элементом. Затем первая световодная структура детекторного устройства, например интерферометр, может быть предусмотрена в измерительном элементе непосредственно рядом с областью, в которой возбуждающий луч проникает в воображаемое продолжение измерительной поверхности, так что в этом месте волна тепла и/или давления, выходящая из вещества, по меньшей мере, частично входит в измерительный элемент и достигает первую световодную структуру.It can also be provided that the exciting beam is directed directly along the outer boundary of the measuring element to the substance to be analyzed and penetrates into the substance at an extension of the measuring surface next to the measuring element. A first light guide structure of the detector device, for example an interferometer, may then be provided in the measuring element immediately adjacent to the region in which the exciting beam penetrates an imaginary extension of the measuring surface, so that at that location the heat and/or pressure wave emerging from the substance is at least at least partially enters the measuring element and reaches the first light guide structure.

Другой вариант осуществления может предусматривать, что измерительный элемент выполнен в виде плоского тела, в частности, в виде плоскопараллельного тела в форме пластины, в частности, толщина измерительного элемента в направлении, перпендикулярном измерительной поверхности, составляет менее 50% наименьшей протяженности измерительного элемента в направлении, проходящем в измерительной поверхности, в частности, менее 25%, далее, в частности менее чем 10%.Another embodiment may provide that the measuring element is made in the form of a flat body, in particular, in the form of a plane-parallel body in the form of a plate, in particular, the thickness of the measuring element in the direction perpendicular to the measuring surface is less than 50% of the shortest extent of the measuring element in the direction passing in the measuring surface, in particular less than 25%, further, in particular less than 10%.

Такая конструкция может быть результатом использования плоской подложки, например пластины, для интегрированной оптики. Необходимая толщина измерительного элемента тогда ограничивается пространством, которое требуется для детекторного устройства.This design may result from the use of a flat substrate, such as a wafer, for integrated optics. The required thickness of the measuring element is then limited by the space required for the detector device.

В другом варианте осуществления может быть предусмотрено, что измерительный элемент имеет или несет зеркальное устройство для отражения возбуждающего луча, испускаемого лазерным устройством, на измерительную поверхность.In another embodiment, it can be provided that the measuring element has or carries a mirror device for reflecting the excitation beam emitted by the laser device onto the measuring surface.

Это особенно важно, чтобы лазерное устройство было ориентировано таким образом, что возбуждающий луч в лазерном устройстве не генерируется перпендикулярно измерительной поверхности, например, если лазерное устройство для экономии пространства должно быть установлено рядом с измерительным элементом или под углом.It is particularly important that the laser device is oriented in such a way that the excitation beam in the laser device is not generated perpendicular to the measuring surface, for example if the laser device is to be mounted next to the measuring element or at an angle to save space.

Также может быть предусмотрено, что возбуждающий луч был направлен в измерительном элементе параллельно измерительной поверхности или под углом к ней менее 30 градусов, в частности, менее 20 градусов, а также, в частности, менее 10 градусов или менее 5 градусов, и чтобы возбуждающий луч отклонялся или направлялся в направлении измерительной поверхности, причем возбуждающий луч проходит, в частности, через измерительную поверхность или через воображаемое продолжение измерительной поверхности в области непрерывной выемки в измерительном элементе.It can also be provided that the exciting beam is directed in the measuring element parallel to the measuring surface or at an angle to it of less than 30 degrees, in particular less than 20 degrees, and also in particular less than 10 degrees or less than 5 degrees, and that the exciting beam deflected or directed in the direction of the measuring surface, the exciting beam passing in particular through the measuring surface or through an imaginary extension of the measuring surface in the region of a continuous recess in the measuring element.

В этом случае лазерное устройство для генерации возбуждающего луча может быть расположено особенно компактно и ориентировано таким образом, чтобы оно генерировало или выпускало возбуждающий луч параллельно измерительной поверхности или под одним из вышеупомянутых плоских углов относительно измерительной поверхности.In this case, the laser device for generating the excitation beam can be arranged particularly compactly and oriented so that it generates or emits the excitation beam parallel to the measuring surface or at one of the above-mentioned planar angles relative to the measuring surface.

Кроме того, может быть предусмотрено, что в измерительном элементе, если смотреть со стороны измерительной поверхности, позади и/или рядом с детекторным устройством, в частности примыкая к нему или находясь с ним в тепловом контакте, расположен по меньшей мере один охладитель в виде твердого тела или материала, причем удельная теплоемкость и/или удельная теплопроводность упомянутого тела или материал охладителя, больше, чем удельная теплоемкость и/или удельная теплопроводность материала детекторного устройства и/или световодной структуры и/или подложки световодной структуры и/или других материалов, из которых состоит измерительный элемент. In addition, it can be provided that in the measuring element, when viewed from the side of the measuring surface, behind and/or next to the detector device, in particular adjacent to it or in thermal contact with it, at least one coolant in the form of a solid body or material, wherein the specific heat capacity and/or specific thermal conductivity of said body or coolant material is greater than the specific heat capacity and/or specific thermal conductivity of the material of the detector device and/or the light guide structure and/or the substrate of the light guide structure and/or other materials of which consists of a measuring element.

В принципе, может быть выгодно предусмотреть охладитель внутри или на измерительном элементе, чтобы как можно быстрее отводить тепло, которое вводится в детекторное устройство тепловой волной, так что даже при высоких частотах модуляции возбуждающего луча возникает равновесие тепловой энергии или температурное равновесие, что позволяет осуществлять измерения периодически-кратковременно излучаемых количеств тепла или обусловленных ими изменений температур, без того, чтобы измерения были искажены предыдущими изменениями температуры.In principle, it may be advantageous to provide a cooler inside or on the measuring element in order to remove as quickly as possible the heat that is introduced into the detector device by the thermal wave, so that even at high modulation frequencies of the excitation beam, a thermal energy equilibrium or temperature equilibrium occurs, which allows measurements to be made periodically and briefly emitted amounts of heat or resulting temperature changes, without the measurements being distorted by previous temperature changes.

В некоторых приложениях, в частности, в интерферометрических приложениях, в частности, в интерферометре Маха-Цендера, также выгодно подвергать одно измерительное плечо воздействию изменений температуры или волн давления и защищать другое плечо, опорное плечо, от изменений температуры или волн давления. Для этой цели также может быть полезно отдалить опорное плечо от измерительного плеча и/или обеспечить барьер, который, по меньшей мере, частично предотвращает влияние волны тепла и/или давления на часть детекторного устройства, в частности опорный плечо интерферометра. Такой барьер может, например, состоять из материала, который имеет более низкую теплопроводность, чем материал измерительного элемента или подложки измерительного элемента. Для механической развязки от волны давления материал также может быть более гибким или эластичным или более легко деформируемым, чем материал измерительного элемента или подложки измерительного элемента. Барьер также может быть образован, например, с помощью газового зазора, который может быть введен в подложку, например, путем травления или обработки с удалением материала, а также с помощью процесса аддитивного производства.In some applications, particularly interferometric applications, particularly the Mach-Zehnder interferometer, it is also advantageous to expose one measurement arm to changes in temperature or pressure waves and protect the other arm, the reference arm, from changes in temperature or pressure waves. For this purpose, it may also be useful to distance the reference arm from the measurement arm and/or provide a barrier that at least partially prevents the heat and/or pressure wave from affecting a portion of the detector device, in particular the interferometer reference arm. Such a barrier may, for example, consist of a material that has a lower thermal conductivity than the material of the measuring element or the substrate of the measuring element. For mechanical decoupling from the pressure wave, the material may also be more flexible or elastic, or more easily deformable, than the material of the measuring element or the measuring element substrate. The barrier can also be formed, for example, by a gas gap that can be introduced into the substrate, for example by etching or material removal processing, or by an additive manufacturing process.

Для отдаления опорного плеча интерферометра Маха-Цендера от измерительного плеча также может быть предусмотрено, что измерительное плечо и опорное плечо расположены в разных плоскостях подложки, причем плоскость, в которой находится опорное плечо, расположена на большем расстоянии от измерительной поверхности, чем плоскость, в которой расположено измерительное плечо.To distance the reference arm of the Mach-Zehnder interferometer from the measuring arm, it can also be provided that the measuring arm and the reference arm are located in different planes of the substrate, and the plane in which the reference arm is located is located at a greater distance from the measuring surface than the plane in which the measuring arm is located.

Изменение температуры и/или давления также может быть детектировано резонансным кольцом световода, в котором детекторный свет распространяется в резонансе при подходящих условиях. В случае изменения условий температуры и/или давления резонанс расстраивается за счет изменения показателя преломления, и происходит частичное гашение или гашение. Такое резонансное кольцо имеет чувствительность, которая в идеальном случае значительно выше, чем у интерферометра Маха-Цендера. Такое резонансное кольцо также может быть встроено в плечо, предпочтительно в измерительное плечо интерферометра Маха-Цендера.Changes in temperature and/or pressure can also be detected by a resonant light guide ring in which detector light propagates in resonance under suitable conditions. If temperature and/or pressure conditions change, the resonance is detuned by a change in refractive index and partial damping or cancellation occurs. Such a resonant ring has a sensitivity that is ideally much higher than that of a Mach-Zehnder interferometer. Such a resonant ring can also be built into an arm, preferably the measuring arm of a Mach-Zehnder interferometer.

В одном варианте осуществления изобретения также может быть предусмотрено, что световодная структура детекторного устройства имеет по меньшей мере два измерительных участка, которые расположены, в частности, в разных плечах интерферометра и в которых показатель преломления изменяется в зависимости от давления и/или изменения температуры, в частности, волны давления и/или тепла, таким образом, что происходит фазовый сдвиг проходящего через измерительные участки детекторного света и, как следствие, изменение интенсивности детекторного света происходит на следующем участке в зависимости от изменений давления и/или температуры, причем оба измерительных участка расположены в измерительном элементе таким образом, что через них один за другим во времени, в частности, в смещенных во времени временных промежутках или с интервалом времени, проходит волна давления и/или тепловая волна, которая от измерительной поверхности, в частности от области измерительной поверхности, в которой через нее проходит возбуждающий луч, распространяется в измерительном элементе.In one embodiment of the invention, it can also be provided that the light guide structure of the detector device has at least two measuring sections, which are located in particular in different arms of the interferometer and in which the refractive index changes depending on the pressure and/or temperature change, in in particular, pressure and/or heat waves, such that there is a phase shift of the detector light passing through the measuring sections and, as a consequence, a change in the intensity of the detector light occurs in the next section depending on changes in pressure and/or temperature, both measuring sections being located in the measuring element in such a way that a pressure wave and/or a heat wave passes through them one after the other in time, in particular in time-shifted periods or with a time interval, which from the measuring surface, in particular from the area of the measuring surface, in which an exciting beam passes through it and propagates in the measuring element.

Волна давления и/или тепла, которая распространяется через измерительный элемент, начиная от области измерительной поверхности, в которую проникает возбуждающий луч, затем сначала достигает первого из измерительных участков и временно изменяет показатель преломления в нем во время ее прохождения. Во временном интервале, в течение которого действует этот измененный показатель преломления, генерируется первый фазовый сдвиг по отношению к детекторному свету, который проходит через второй измерительный участок (детекторный свет проходит через оба измерительных участка параллельно). Этот фазовый сдвиг может быть обнаружен путем измерения интенсивности детекторного света, как описано выше. Затем волна достигает второго измерительного участка и проявляет там свое действие, изменяя в нем показатель преломления в течение некоторого промежутка времени. Если два временных интервала перекрываются, фазовые сдвиги для временного диапазона перекрытия, по меньшей мере, частично нейтрализуются. Затем, если фазовый сдвиг происходит только во втором измерительном участке, эффект изменения интенсивности детекторного света возникает снова. Этот ход во времени может быть записан устройством оценки, и по нему может быть определено изменение показателя преломления в первой измерительном участке и во втором измерительном участке. Определенному изменению показателя преломления можно поставить в соответствие изменение температуры и/или давления, которое представляет собой меру силы поглощения возбуждающего луча в анализируемом веществе. Вышеупомянутые измерительные участки с их продольными осями световода предпочтительно проходят поперечно, в частности, перпендикулярно направлению распространения волны давления и/или температуры в измерительном элементе, и далее, в частности, один за другим, если смотреть со стороны измерительной поверхности, в которую проникает возбуждающий луч.A pressure and/or heat wave that propagates through the measuring element, starting from the area of the measuring surface into which the exciting beam penetrates, then first reaches the first of the measuring areas and temporarily changes the refractive index there during its passage. In the time interval during which this changed refractive index operates, a first phase shift is generated with respect to the detection light that passes through the second measurement section (the detection light passes through both measurement sections in parallel). This phase shift can be detected by measuring the intensity of the detector light as described above. Then the wave reaches the second measuring section and exerts its effect there, changing the refractive index in it over a certain period of time. If two time intervals overlap, the phase shifts for the overlapping time interval are at least partially canceled out. Then, if the phase shift occurs only in the second measurement section, the effect of changing the intensity of the detector light occurs again. This time course can be recorded by the evaluation device, and from it the change in the refractive index in the first measuring section and in the second measuring section can be determined. A certain change in the refractive index can be associated with a change in temperature and/or pressure, which is a measure of the strength of absorption of the exciting beam in the analyte. The aforementioned measuring sections with their longitudinal axes of the light guide preferably extend transversely, in particular perpendicular to the direction of propagation of the pressure and/or temperature wave in the measuring element, and then, in particular, one after the other when viewed from the side of the measuring surface into which the exciting beam penetrates .

Также предпочтительно предусмотрено устройство оценки, которое по изменению интенсивности детекторного света в световодной структуре определяет величину изменения фазового сдвига детекторного света в измерительном участке и, исходя из этого, изменение показателя преломления. По этому изменению показателя преломления может быть определено изменение давления и/или температуры в измерительных участках, а также величина поглощения возбуждающего луча в анализируемом веществе.Also preferably, an evaluation device is provided which, based on a change in the intensity of the detector light in the light guide structure, determines the amount of change in the phase shift of the detector light in the measurement section and, based on this, the change in the refractive index. From this change in the refractive index, the change in pressure and/or temperature in the measuring sections, as well as the amount of absorption of the exciting beam in the analyzed substance, can be determined.

Изобретение также относится к датчику, который может использоваться, например, в устройстве описанного выше типа, с измерительным элементом, который имеет измерительную поверхность и в области измерительной поверхности для измерения температурной волны и/или волны давления, по меньшей мере, частично связан с веществом, в частности, приведен в контакт,The invention also relates to a sensor which can be used, for example, in a device of the type described above, with a measuring element which has a measuring surface and, in the region of the measuring surface for measuring a temperature wave and/or a pressure wave, is at least partially connected to a substance, in particular, brought into contact,

и с детекторным устройством, которое, по меньшей мере, частично интегрировано в измерительный элемент или соединено с ним и которое включает следующее:and with a detector device which is at least partially integrated into or connected to the measuring element and which includes the following:

источник когерентного детекторного света, а такжеa source of coherent detector light, and

первую световодную структуру, которая может быть связана или связана с источником детекторного света и которая направляет детекторный свет, причем показатель преломления упомянутой первой световодной структуры, по меньшей мере, на участках, зависит от температуры и/или давления,a first light guide structure that can be coupled or coupled to a detector light source and that directs the detector light, wherein the refractive index of said first light guide structure is, at least in portions, dependent on temperature and/or pressure,

по меньшей мере, один участок, на котором интенсивность света зависит от фазового сдвига детекторного света по меньшей мере в части первой световодной структуры вследствие изменения температуры или давления, причем первая световодная структура содержит интерферометрическое устройство, в частности, интерферометр и/или резонансное кольцо световода или другой резонансный элемент световода, а такжеat least one region in which the light intensity depends on the phase shift of the detector light in at least a portion of the first light guide structure due to a change in temperature or pressure, wherein the first light guide structure comprises an interferometric device, in particular an interferometer and/or a light guide resonant ring or another resonant element of the light guide, as well as

измерительное устройство для определения интенсивности света в интерферометрическом устройстве или на нем.a measuring device for determining the intensity of light in or on an interferometric device.

Все упомянутые в настоящей заявке признаки выполнения датчика температуры заявленного устройства анализа также могут быть использованы для реализации датчика, отдельного от устройства анализа, для других целей, в частности, для всех описанных компоновок, конфигураций, выбора материалов, вариантов выполнения и придания формы выстроенному оптическому резонансному кольцу или измерительному плечу и опорному плечу интерферометра. All features of the temperature sensor of the claimed analysis device mentioned in this application can also be used to implement a sensor, separate from the analysis device, for other purposes, in particular, for all described arrangements, configurations, choice of materials, embodiments and shaping of the aligned optical resonance ring or measuring arm and reference arm of the interferometer.

С помощью этого датчика можно измерять изменения температуры или также волны давления, которые можно регистрировать с помощью изменений показателя преломления. В дополнение к целям, объясненным выше, датчик, таким образом, может также использоваться, например, для измерения вибрации, например, сейсмических измерений или измерения механических импульсов. Вследствие короткого времени отклика датчик подходит для измерений, в которых другие датчики, такие как МЭМС датчики, не могут использоваться из-за их инерционности.With this sensor it is possible to measure changes in temperature or also pressure waves, which can be recorded using changes in the refractive index. In addition to the purposes explained above, the sensor can thus also be used, for example, for vibration measurements, for example seismic measurements or mechanical impulse measurements. Due to its short response time, the sensor is suitable for measurements where other sensors, such as MEMS sensors, cannot be used due to their inertia.

В дополнение к устройству описанного выше типа, настоящее изобретение также относится к способу управления таким устройством, в котором модулированный возбуждающий луч, в частности, через измерительный элемент, направляют на вещество, которое необходимо проанализировать, при этом посредством детекторного устройства определяют профиль интенсивности света или периодическое изменение интенсивности света, причем его регистрируют для множества длин волн возбуждающего луча путем измерения изменения интенсивности света в первой световодной структуре или путем измерения интенсивности света из первой световодной структуры, и из зарегистрированных данных получают спектр поглощения анализируемого вещества.In addition to a device of the type described above, the present invention also relates to a method for controlling such a device, in which a modulated excitation beam, in particular through a measuring element, is directed at the substance to be analyzed, whereby a light intensity profile or periodic a change in light intensity, which is detected for a plurality of wavelengths of the excitation beam by measuring the change in light intensity in the first light guide structure or by measuring the light intensity from the first light guide structure, and an absorption spectrum of the analyte is obtained from the recorded data.

В способе также может быть предусмотрено, что измерение проводят для разных частот модуляции возбуждающего луча, причем определяют скорректированный спектр поглощения из комбинации полученных спектров поглощения. Таким образом, можно определить глубинный профиль концентрации анализируемого вещества в исследуемом веществе или уменьшить или устранить отрицательные эффекты от определенных диапазонов глубин с помощью математической привязки. The method can also provide that the measurement is carried out for different modulation frequencies of the excitation beam, and a corrected absorption spectrum is determined from a combination of the obtained absorption spectra. In this way, it is possible to determine the depth profile of the analyte concentration in the test substance or reduce or eliminate the negative effects from certain depth ranges using mathematical referencing.

В принципе, изобретение также включает способ анализа вещества, в частности, с использованием устройства описанного выше типа, при этом в способеIn principle, the invention also includes a method for analyzing a substance, in particular using a device of the type described above, wherein the method

- по меньшей мере, один электромагнитный возбуждающий луч с модуляцией интенсивности с по меньшей мере одной длиной волны возбуждения генерируется с помощью передающего возбуждающего устройства, передающее возбуждающее устройство излучает по меньшей мере один электромагнитный возбуждающий луч в объем вещества, который находится ниже поверхности вещества,- at least one intensity-modulated electromagnetic excitation beam with at least one excitation wavelength is generated by a transmitting excitation device, the transmitting excitation device emitting at least one electromagnetic excitation beam into a volume of the substance that is located below the surface of the substance,

- ответный сигнал в виде интенсивности света в первой световодной структуре обнаруживается детекторным устройством, и- a response signal in the form of light intensity in the first light guide structure is detected by the detector device, and

- вещество анализируется на основе детектированного ответного сигнала, причем ответные сигналы, в частности временные кривые ответных сигналов, определяются для разных длин волн возбуждающего луча, а информация о профиле глубины ниже поверхности вещества, подлежащего анализу, определяется характером затухания ответных реакции после окончания фазы модуляции, в которой возбуждающий луч имеет высокую интенсивность, причем происходит поглощение возбуждающего луча и генерируется волна тепла и/или давления.- the substance is analyzed on the basis of the detected response signal, wherein the response signals, in particular the time curves of the response signals, are determined for different wavelengths of the exciting beam, and information about the depth profile below the surface of the substance to be analyzed is determined by the nature of the attenuation of the responses after the end of the modulation phase, in which the exciting beam has a high intensity, and the exciting beam is absorbed and a heat and/or pressure wave is generated.

Также может быть предусмотрено, чтоIt may also be provided that

- множество кривых ответного сигнала определяют друг за другом с использованием разных частот модуляции передающего возбуждающего устройства, и- a plurality of response signal curves are determined one after another using different modulation frequencies of the transmitting drive device, and

- множество кривых ответного сигнала с разными частотами модуляции связаны друг с другом, и при этом - multiple response signal curves with different modulation frequencies are connected to each other, and at the same time

- в частности, из них получают информацию, относящуюся к глубинной области под поверхностью материала.- in particular, they provide information relating to the deep region below the surface of the material.

С помощью детекторного устройства, особенно в случае обнаружения изменения давления, может быть детектирован ответный сигнал в виде звуковой волны, который генерируется при поглощении возбуждающего луча в анализируемом веществе и с известной скоростью (в тканях человека прибл. 1500 м/с) распространяется до измерительной поверхности и детекторной области. С помощью устройства оценки, которое подключено к устройству модуляции для возбуждающего луча, благодаря хорошему временному разрешению измерения можно измерить фазовый сдвиг между модуляцией возбуждающего луча и ответным сигналом, и, таким образом, глубину ткани, в которой имело место поглощение. Поскольку сигналы часто представляют собой суперпозицию различных ответных сигналов от разных слоев ткани, интерпретация сигналов может происходить путем создания модели с множеством точек поглощения, распределенных на разной глубине вещества, и присвоения им значениями величины поглощения, а также времени достижения поверхности материала, при этом величины поглощения соотнесены с временной кривой ответного сигнала, при этом кривая ответного сигнала может быть восстановлена. Исходя из этого, можно определить величину поглощения и, таким образом, локальные концентрации компонентов, которые должны быть обнаружены в веществе.Using a detector device, especially in the case of detecting a change in pressure, a response signal in the form of a sound wave can be detected, which is generated when the exciting beam is absorbed in the analyte and propagates at a known speed (in human tissue approx. 1500 m/s) to the measuring surface and detector area. Using an evaluation device that is connected to a modulation device for the excitation beam, thanks to the good time resolution of the measurement, it is possible to measure the phase shift between the modulation of the excitation beam and the response signal, and thus the depth of the tissue in which the absorption has taken place. Since signals are often a superposition of different response signals from different layers of tissue, interpretation of the signals can occur by creating a model with many absorption points distributed at different depths of the substance, and assigning values to them the value of absorption, as well as the time to reach the surface of the material, with the value of absorption are correlated with the time curve of the response signal, and the response signal curve can be reconstructed. From this, it is possible to determine the magnitude of absorption and thus the local concentrations of components that should be found in the substance.

Альтернативно или дополнительно, различные измерения могут выполняться с разными частотами модуляции, а ответные сигналы могут быть связаны с разными частотами модуляции, в частности, для извлечения и устранения сигналов из верхних слоев ткани, поскольку они особенно подвержены ошибкам из-за загрязнения и мертвых клетки кожи.Alternatively or additionally, different measurements can be performed at different modulation frequencies, and the response signals can be associated with different modulation frequencies, in particular to extract and eliminate signals from the upper layers of tissue, since they are particularly prone to errors due to contamination and dead skin cells .

Вышеупомянутое устройство также можно выгодно комбинироватьThe above-mentioned device can also be advantageously combined

- по меньшей мере, с одним дополнительным детекторным устройством, которое расположено рядом с измерительной поверхностью и/или непосредственно примыкает к ней, причем дополнительное детекторное устройство имеет контактное устройство, по меньшей мере, с 2 электродами для детектирования пьезоэлектрических сигналов, которые находятся напротив друг друга на разных сторонах детекторной области. В этом случае в детекторной области размещается материал, который изменяет свое электрическое сопротивление или генерирует электрический сигнал в зависимости от изменений температуры и/или давления, в частности, из-за пьезоэлектрического эффекта.- with at least one additional detector device, which is located next to the measuring surface and/or directly adjacent to it, wherein the additional detector device has a contact device with at least 2 electrodes for detecting piezoelectric signals, which are located opposite each other on different sides of the detector area. In this case, a material is placed in the detector area that changes its electrical resistance or generates an electrical signal depending on changes in temperature and/or pressure, in particular due to the piezoelectric effect.

С помощью этого дополнительного детекторного устройства, например, в качестве альтернативы можно измерить температуру или давление, причем это измерение используется в качестве опорного измерения для температуры окружающей среды или давления окружающей среды, а также для измерения волны тепла и/или температурной волны, излучаемой веществом, подлежащим анализу, чтобы связать измеренные значения, полученные с помощью детекторного устройства, с измеренными значениями дополнительного детекторного устройства.With this additional detector device, for example, it is alternatively possible to measure temperature or pressure, this measurement being used as a reference measurement for ambient temperature or ambient pressure, as well as for measuring a heat wave and/or a temperature wave emitted by a substance, subject to analysis in order to relate the measured values obtained using the detector device with the measured values of the additional detector device.

Далее изобретение раскрывается на основе фигур чертежей и последующего подробного описания.The invention will now be explained based on the figures in the drawings and the following detailed description.

Показано:Shown:

Фиг.1 - схематично вид сбоку измерительного элемента с лазерным устройством и детекторным устройством.FIG. 1 is a schematic side view of a measuring element with a laser device and a detector device.

Фиг.2 - вид сбоку измерительного элемента,Figure 2 is a side view of the measuring element,

Фиг.3 - вид сбоку еще одного измерительного элемента.Figure 3 is a side view of another measuring element.

Фиг.4 - вид сверху первой световодной структуры на измерительном элементе.FIG. 4 is a top view of the first light guide structure on the measuring element.

Фиг.5 - вид сверху другого варианта реализации первой световодной структуры на измерительном элементе.FIG. 5 is a top view of another embodiment of a first light guide structure on a measuring element.

Фиг.6 - поперечное сечение подложки с интегрированными световодами. Figure 6 is a cross-section of a substrate with integrated light guides.

Фиг.6a-6i - различные варианты осуществления одной или нескольких подложек с интерферометрическим устройством, причем штриховка измерительного элемента изображена на некоторых изображениях и опущена в других представлениях для ясности.FIGS. 6a-6i illustrate various embodiments of one or more interferometric device substrates, with sensing element shading shown in some views and omitted in other views for clarity.

Фиг.6k - вариант осуществления с интерферометрическим устройством, в котором временной профиль фазового сдвига/изменения показателя преломления может быть записан как функция прохождения различных измерительных участков волной давления и/или тепла.FIG. 6k illustrates an embodiment with an interferometric device in which the time profile of the phase shift/refractive index change can be recorded as a function of the passage of various measurement sections by a pressure and/or heat wave.

Фиг.6l - временной профиль фазового сдвига детекторного света в измерительных участках во время прохождения волны давления и/или тепла.FIG. 6l shows the time profile of the phase shift of the detector light in the measurement sections during the passage of a pressure and/or heat wave.

Фиг.6m показывает путь возбуждающего луча мимо внешней граничной поверхности измерительного элемента в вещество и положение интерферометрического устройства.FIG. 6m shows the path of the excitation beam past the outer boundary surface of the measuring element into the substance and the position of the interferometric device.

Фиг.6n - измерительный элемент с акустическим соединительным элементом для связи с анализируемым веществом.FIG. 6n shows a measuring element with an acoustic coupling element for communication with the analyte.

Фиг.7 - поперечное сечение дополнительной подложки с интегрированными световодами.Fig. 7 is a cross-section of an additional substrate with integrated light guides.

Фиг.8 - поперечное сечение подложки с приклеенными световодами.Fig. 8 is a cross-section of the substrate with glued light guides.

Фиг.9 - вид в разрезе подложки со сквозным отверстием для возбуждающего луча.Fig. 9 is a cross-sectional view of a substrate with a through hole for the exciting beam.

Фиг.10 - вид в разрезе подложки с дополнительным сквозным отверстием для возбуждающего луча.Fig. 10 is a cross-sectional view of the substrate with an additional through hole for the exciting beam.

Фиг.11 - вид в разрезе подложки со второй световодной структурой для возбуждающего луча.FIG. 11 is a sectional view of a substrate with a second light guide structure for the excitation beam.

Фиг.12 - вид в разрезе подложки с дополнительной реализацией второй световодной структуры для возбуждающего луча.FIG. 12 is a cross-sectional view of a substrate with an additional implementation of a second light guide structure for the excitation beam.

Фиг. 13 - схематический вид устройства для анализа вещества с устройством обработки результатов измерений и устройствами вывода сигналов.Fig. 13 is a schematic view of a device for analyzing a substance with a device for processing measurement results and signal output devices.

Фиг.14-16 - конструкция с подложкой, к которой подсоединены источник возбуждающего света и источник детекторного света, а также детектор, и в которую может быть вставлена дополнительная подложка со встроенными оптическими элементами,FIGS. 14-16 show a structure with a substrate to which an excitation light source and a detection light source are connected, as well as a detector, and into which an additional substrate with built-in optical elements can be inserted;

Фиг.17 - поперечное сечение измерительного элемента с первой интегрированной линзой и пальцем, расположенной на измерительной поверхности.Fig. 17 is a cross-section of a measuring element with a first integrated lens and finger located on the measuring surface.

Фиг.18 - поперечное сечение измерительного элемента со второй интегрированной линзой.FIG. 18 is a cross-section of a measuring element with a second integrated lens.

Фиг.19 - поперечное сечение измерительного элемента с третьей интегрированной линзой.FIG. 19 is a cross-section of a measuring element with a third integrated lens.

Фиг.20 - поперечное сечение измерительного элемента с первой интегрированной линзой и возбуждающим лучом.FIG. 20 is a cross-section of a measuring element with a first integrated lens and an exciting beam.

Фиг.21 - поперечное сечение измерительного элемента со второй интегрированной линзой и возбуждающим лучом.FIG. 21 is a cross-section of a measuring element with a second integrated lens and an exciting beam.

Фиг.22 - поперечное сечение измерительного элемента с третьей интегрированной линзой и возбуждающим лучом, а такжеFIG. 22 is a cross-section of the measuring element with the third integrated lens and excitation beam, and

Фиг.23, 24, 25 - несколько устройств с измерительным элементом и источником возбуждающего света в виде источника лазерного света или источника возбуждающего луча, в частности, лазерного устройства, при этом возбуждающий свет направляется через измерительный элемент к измерительной поверхности с помощью световода, который встроен в подложку измерительного элемента.FIGS. 23, 24, 25 show several devices with a measuring element and an excitation light source in the form of a laser light source or an excitation beam source, in particular a laser device, wherein the excitation light is directed through the measuring element to the measuring surface by means of a light guide which is integrated into the substrate of the measuring element.

На фиг.1 показан вид в разрезе измерительного элемента 1, внутренняя конструкция которого на этом чертеже подробно не представлена. Первая световодная структура 6, в которую когерентный детекторный свет излучается источником 5 детекторного света, схематично показана внутри измерительного элемента 1. Измерительное устройство 7 используется для определения интенсивности света в первой световодной структуре 6, которая зависит от давления или температуры, действующих на световодную структуру 6.Figure 1 shows a sectional view of the measuring element 1, the internal structure of which is not shown in detail in this drawing. The first light guide structure 6, into which coherent detection light is emitted by the detection light source 5, is schematically shown inside the measuring element 1. The measuring device 7 is used to determine the light intensity in the first light guide structure 6, which depends on the pressure or temperature acting on the light guide structure 6.

Источник 5 детекторного света может быть выполнен в виде лазера или лазерного диода и может быть размещен или закреплен на измерительном элементе 1. Источник 5 детекторного света также может быть соединен с первой световодной структурой 6 гибким образом с помощью световода из стекловолокна. Кроме того, источник 5 детекторного света может быть интегрирован в качестве полупроводникового элемента в подложку (здесь не показана) внутри измерительного элемента 1 и соединен там с первой световодной структурой.The detection light source 5 may be in the form of a laser or a laser diode and may be placed or mounted on the measuring element 1. The detection light source 5 may also be connected to the first light guide structure 6 in a flexible manner using a glass fiber light guide. In addition, the detector light source 5 can be integrated as a semiconductor element into a substrate (not shown here) inside the measuring element 1 and connected there to the first light guide structure.

Измерительное устройство 7 также может быть соединено с первой световодной структурой 6 непосредственно с помощью соединителя или подключено к нему с помощью интегрированного световода или гибкого стекловолоконного световода (здесь не показан). Однако, измерительное устройство 7 также может быть интегрировано в измерительный элемент и выполнено на подложке измерительного элемента 1 в качестве полупроводникового элемента. Измерительное устройство 7 может быть выполнено, например, в виде светочувствительного полупроводникового элемента, например, в виде фотодиода.The measuring device 7 may also be connected to the first light guide structure 6 directly by a connector, or connected thereto by an integrated light guide or a flexible glass fiber light guide (not shown here). However, the measuring device 7 can also be integrated into the measuring element and implemented on the substrate of the measuring element 1 as a semiconductor element. The measuring device 7 can be made, for example, in the form of a photosensitive semiconductor element, for example, in the form of a photodiode.

В дополнение к упомянутым компонентам может быть также предусмотрено устройство измерения температуры для измерения абсолютной температуры измерительного элемента 1, чтобы принимать во внимание при оценке измерений среднюю температуру, измеренную за более длительные интервалы времени, например, одну десятую секунды, полсекунды, один или несколько секунд, в зависимости от постоянной времени других датчиков. Таким образом, например, может быть скорректирована температурная зависимость фотодиода или другого полупроводникового светочувствительного элемента. Это может быть полезно, например, при оценке интенсивности света, измеренной измерительным устройством 7, которую можно улучшить с помощью температурной коррекции. В качестве альтернативы этому может быть также предусмотрено устройство 29 стабилизации температуры, которое содержит нагревательный или охлаждающий элемент и которое поддерживает постоянную температуру измерительного элемента 1. Эта температура может, например, соответствовать средней температуре окружающей среды, которая может быть установлена, например, на уровне 20 °C, но она также может соответствовать средней температуре тела пациента, телесную ткань или телесную жидкость которого необходимо измерить, и которая, поэтому, например, может соответствовать температуре около 37°C или 30° (открытая поверхность кожи).In addition to the mentioned components, a temperature measuring device can also be provided for measuring the absolute temperature of the measuring element 1, in order to take into account when evaluating the measurements the average temperature measured over longer time intervals, for example one tenth of a second, half a second, one or more seconds, depending on the time constant of other sensors. In this way, for example, the temperature dependence of a photodiode or other semiconductor photosensitive element can be corrected. This can be useful, for example, in assessing the light intensity measured by the measuring device 7, which can be improved by temperature correction. As an alternative to this, a temperature stabilization device 29 can also be provided, which contains a heating or cooling element and which maintains a constant temperature of the measuring element 1. This temperature can, for example, correspond to the average ambient temperature, which can be set, for example, at 20 °C, but it may also correspond to the average body temperature of the patient whose bodily tissue or bodily fluid is to be measured, and which therefore, for example, may correspond to a temperature of about 37°C or 30° (exposed skin surface).

На фиг.1 показано лазерное устройство 4, которое может быть выполнено как квантово-каскадный лазер или как лазерный массив. Квантово-каскадный лазер может быть выполнен таким образом, чтобы его можно было, по меньшей мере, частично настраивать по длине волны, в частности, в инфракрасном диапазоне, а также, в частности, в среднем инфракрасном диапазоне. Если лазерное устройство 4 выполнено в виде лазерного массива, то отдельные лазерные элементы массива можно настраивать, регулировать или фиксировать на определенные длины волн. Длины волн отдельных лазерных элементов могут быть установлены, например, таким образом, чтобы они соответствовали длинам волн максимумов поглощения вещества, которое должно быть обнаружено в анализируемом веществе, то есть, например, на максимумы поглощения глюкозы. Для измерения уровня сахара в крови, упомянутого в качестве примера, длина волны возбуждающих лучей может быть предпочтительно выбрана так, чтобы возбуждающие лучи в значительной степени поглощались глюкозой или сахаром крови. Для измерения глюкозы или сахара в крови особенно подходят следующие длины волн инфракрасного излучения, релевантные для глюкозы, (длины волн в вакууме) и могут быть установлены индивидуально или группами одновременно или по очереди в качестве фиксированных длин волн для измерения ответных сигналов: 8,1 мкм, 8,3 мкм, 8,5 мкм, 8,8 мкм, 9,2 мкм, 9,4 мкм и 9,7 мкм. Кроме того, можно использовать глюкоза-толерантные длины волн, которые не поглощаются глюкозой, чтобы определить другие присутствующие вещества и исключить их влияние на измерение.Figure 1 shows a laser device 4, which can be implemented as a quantum cascade laser or as a laser array. The quantum cascade laser can be designed in such a way that it can be at least partially tunable in wavelength, in particular in the infrared range, and also, in particular, in the mid-infrared range. If the laser device 4 is made in the form of a laser array, then the individual laser elements of the array can be tuned, adjusted or fixed to specific wavelengths. The wavelengths of the individual laser elements can be set, for example, so that they correspond to the wavelengths of the absorption maxima of the substance that is to be detected in the analyte, that is, for example, to the absorption maxima of glucose. For measuring the blood sugar level mentioned as an example, the wavelength of the excitation rays can be preferably selected so that the excitation rays are largely absorbed by glucose or blood sugar. For the measurement of glucose or blood sugar, the following glucose-relevant infrared wavelengths (vacuum wavelengths) are particularly suitable and can be set individually or in groups simultaneously or alternately as fixed wavelengths for measuring response signals: 8.1 µm , 8.3 µm, 8.5 µm, 8.8 µm, 9.2 µm, 9.4 µm and 9.7 µm. Additionally, glucose-tolerant wavelengths, which are not absorbed by glucose, can be used to identify other substances present and eliminate their influence on the measurement.

Поскольку другие, например, биологические или химические вещества также могут быть обнаружены и проанализированы с помощью устройства, в этом случае также возможно учитывать максимумы поглощения веществ, которые должны быть обнаружены. Количество передающих элементов в лазерном массиве может быть, например, от 10 до 20 или от 10 до 30 элементов, а также более 30 передающих элементов.Since other substances, for example biological or chemical substances, can also be detected and analyzed using the device, it is also possible in this case to take into account the absorption maxima of the substances to be detected. The number of transmission elements in a laser array can be, for example, from 10 to 20 or from 10 to 30 elements, as well as more than 30 transmission elements.

Лазерное устройство 4, которое также можно назвать устройством генерации возбуждающего луча или устройством передачи возбуждающего луча, имеет устройство 8 модуляции, которое генерирует модулированный лазерный луч. В этом случае устройство 8 модуляции может быть размещено, например, в системе управления лазерным устройством 4. Частота модуляции может, например, составлять от 100 Гц до нескольких мегагерц или даже нескольких сотен мегагерц. При этом важно, чтобы первая световодная структура 6 имела подходящее время ответа и могла реагировать на модулированные по интенсивности волны давления или тепловые волны, которые приходят в соответствии с частотой модуляции. Это тот случай, когда используются интерферометрические детекторные устройства, более подробно описанные ниже.The laser device 4, which can also be called an excitation beam generation device or an excitation beam transmission device, has a modulation device 8 that generates a modulated laser beam. In this case, the modulation device 8 can be placed, for example, in the control system of the laser device 4. The modulation frequency can, for example, be from 100 Hz to several megahertz or even several hundred megahertz. It is important here that the first light guide structure 6 has a suitable response time and can respond to intensity modulated pressure waves or thermal waves that arrive in accordance with the modulation frequency. This is the case when interferometric detector devices are used, described in more detail below.

Свет от лазерного устройства 4 выходит в виде возбуждающего луча 10 через измерительную поверхность 2, которая показана как нижняя наружная поверхность измерительного элемента 1, в область, обозначенную D, и в которой анализируемое вещество 3 вступает в контакт с измерительной поверхностью 2. После поглощения луча 10 возбуждающего света веществом 3, волна 21 температуры и/или давления проходит от вещества к измерительному элементу 1 и достигает первой световодной структуры 6. Изменение температуры и/или давления вызывает в ней изменение интенсивности детекторного света, которое обнаруживается измерительным устройством 7 и передается на устройство 23 обработки. Устройство 23 обработки может иметь синхронный усилитель, который усиливает сигналы синхронно с модуляцией возбуждающего луча 10.Light from the laser device 4 exits in the form of an excitation beam 10 through the measuring surface 2, which is shown as the lower outer surface of the measuring element 1, into the region designated D, and in which the analyte 3 comes into contact with the measuring surface 2. After absorption of the beam 10 exciting light by the substance 3, the temperature and/or pressure wave 21 passes from the substance to the measuring element 1 and reaches the first light guide structure 6. The change in temperature and/or pressure causes a change in the intensity of the detector light in it, which is detected by the measuring device 7 and transmitted to the device 23 processing. The processing device 23 may have a lock-in amplifier that amplifies the signals synchronously with the modulation of the excitation beam 10.

Необязательно, измерительный элемент 1 в области измерительной поверхности 2 может быть снабжен покрытием 22, на которое может быть непосредственно нанесено анализируемое вещество 3. Это может быть полезно для защиты материала подложки, предусмотренной в измерительном элементе 1, или для обеспечения механической и/или тепловой связи вещества 3 с первой световодной структурой 6. Материал покрытия 22 должен быть выполнен таким образом, чтобы он хорошо проводил волны давления и тепла. Кроме того, он может быть выбран прозрачным для возбуждающего луча 10. Слой 22 покрытия, в принципе, также может быть предусмотрен между первой световодной структурой 6 и анализируемым веществом, например, предусмотрен на поверхности первой световодной структуры 6, также может служить для обеспечения прямого взаимодействия излучения в первой световодной структуре 6 или по меньшей мере предотвратить взаимодействие затухающей части этого излучения за пределами фактической световодной структуры 6 с веществом, нанесенным на измерительной поверхности 2, поскольку такой контакт может иметь обратное воздействие на излучение в первой световодной структуре 6.Optionally, the measuring element 1 in the region of the measuring surface 2 can be provided with a coating 22, onto which the analyte 3 can be directly applied. This can be useful for protecting the substrate material provided in the measuring element 1, or for providing mechanical and/or thermal coupling substance 3 with the first light guide structure 6. The coating material 22 must be made in such a way that it conducts pressure and heat waves well. In addition, it can be chosen to be transparent to the excitation beam 10. A coating layer 22, in principle, can also be provided between the first light guide structure 6 and the analyte, for example provided on the surface of the first light guide structure 6, can also serve to provide direct interaction radiation in the first light guide structure 6 or at least prevent the attenuated portion of this radiation outside the actual light guide structure 6 from interacting with a substance deposited on the measuring surface 2, since such contact may have a reverse effect on the radiation in the first light guide structure 6.

Также может быть предусмотрена акустическая связь измерительного элемента с анализируемым веществом, при которой измерительный элемент воспринимает волны, генерируемые в веществе, посредством среды, размещенной между ним и веществом. Среда может быть реализована в виде текучей среды, то есть газообразной или жидкой, так что между измерительным элементом и веществом может быть предусмотрено расстояние, например, в виде полости или выемки в измерительном элементе. Затем отверстие полости можно прижать к веществу, чтобы волна могла проходить через упомянутую полость в измерительный элемент. Стенка полости, то есть внешняя поверхность измерительного элемента, может быть покрыта материалом, который обеспечивает хорошую акустическую связь, то есть согласование импеданса. Такая акустическая связь показана и объяснена более подробно ниже со ссылкой на фиг.6n.An acoustic coupling between the measuring element and the substance being analyzed can also be provided, in which the measuring element perceives waves generated in the substance by means of a medium placed between it and the substance. The medium can be implemented as a fluid, that is, gaseous or liquid, so that a distance can be provided between the measuring element and the substance, for example in the form of a cavity or recess in the measuring element. The opening of the cavity can then be pressed against the substance so that the wave can pass through said cavity into the measuring element. The wall of the cavity, that is, the outer surface of the measuring element, can be coated with a material that provides good acoustic coupling, that is, impedance matching. Such acoustic coupling is shown and explained in more detail below with reference to FIG. 6n.

На фиг.2 на виде сбоку показано, что измерительный элемент 1 может иметь желобок 24, который покрыт покрытием 22. Желобок 24 предназначен для прилегания измерительной поверхности 2 в этой области к анализируемому веществу 3. Это дает пользователю возможность ориентироваться. Кроме того, когда часть тела, например кончик пальца, прикладывается к измерительной поверхности 2, этот желобок обеспечивает механическую стабилизацию.Figure 2 shows in a side view that the measuring element 1 may have a groove 24, which is covered with a coating 22. The groove 24 is designed to contact the measuring surface 2 in this area with the analyte 3. This allows the user to orient himself. In addition, when a body part, such as a fingertip, is applied to the measuring surface 2, this groove provides mechanical stabilization.

В качестве альтернативного варианта осуществления, показанного на фиг.3, желобок 24 образован исключительно областью, в которой покрытие 22 уменьшено по толщине. Таким образом, например, подложка 1а, предусмотренная внутри измерительного элемента 1, может использоваться как ровное, плоскопараллельное тело без механической обработки.As an alternative embodiment shown in FIG. 3, the groove 24 is formed solely by an area in which the coating 22 has been reduced in thickness. Thus, for example, the substrate 1a provided inside the measuring element 1 can be used as a flat, plane-parallel body without machining.

На фиг.4 показан вид сверху подложки 1a, которая может быть частью измерительного элемента 1. Подложка 1а выполнена в виде ровного плоскопараллельного тела, например, из кремния, в частности в виде пластины, которая может быть тоньше 1 мм. Однако, в качестве подложки также может быть предусмотрена многослойная структура (сэндвич-структура), которая имеет множество слоев пластины или более толстую пластину с одним или несколькими выемками, в частности, протравленными областями. Световодная структура 6 в виде интерферометра нанесена на подложку 1а или внутри нее. Это можно реализовать, например, сначала покрывая кремниевую пластину слоем оксида кремния и нанесения на него кремниевого световода. Они, в свою очередь, могут быть покрыты слоем оксида кремния.Figure 4 shows a top view of a substrate 1a, which may be part of the measuring element 1. The substrate 1a is made in the form of a smooth, plane-parallel body, for example made of silicon, in particular in the form of a plate, which can be thinner than 1 mm. However, a multilayer structure (sandwich structure) can also be provided as the substrate, which has a plurality of wafer layers or a thicker wafer with one or more recesses, in particular etched areas. The light guide structure 6 in the form of an interferometer is deposited on or inside the substrate 1a. This can be achieved, for example, by first coating a silicon wafer with a layer of silicon oxide and applying a silicon light guide to it. They, in turn, can be coated with a layer of silicon oxide.

Подложка 1а затем может быть покрыта целиком с одной или обеих сторон защитным или функциональным слоем, который, например, также может состоять из кремния, или также из полимера или стекла.The substrate 1a can then be completely coated on one or both sides with a protective or functional layer, which, for example, can also consist of silicon, or also of a polymer or glass.

Показанный интерферометр 12 выполнен в виде интерферометра Маха-Цендера и имеет измерительное плечо 12а и опорное плечо 12b. Детекторный свет, генерируемый источником 5 детекторного света, направляется через входной световод 6a первой световодной структуры 6 к светоделителю 6c, где свет разделяется на два частичных световых луча через измерительное и опорные плечи 12a, 12b. Опорное плечо 12b может иметь минимальное расстояние, по меньшей мере, 1 мм или, по меньшей мере, 2 мм или, по меньшей мере, 5 мм или, по меньшей мере 8 мм от измерительного плеча 12а для того, чтобы в максимальной степени исключить или уменьшить влияние на опорное плечо 12b входящей волны температуры и/или волны давления. Измерительный элемент 1 затем позиционируется относительно луча 10 возбуждающего света таким образом, чтобы волна температуры и/или давления, излучаемая анализируемым веществом, преимущественно достигала измерительного плеча 12а интерферометра и там влияла на показатель преломления световода.The shown interferometer 12 is designed as a Mach-Zehnder interferometer and has a measuring arm 12a and a reference arm 12b. The detection light generated by the detection light source 5 is directed through the input light guide 6a of the first light guide structure 6 to the beam splitter 6c, where the light is split into two partial light beams through the measurement and reference arms 12a, 12b. The reference arm 12b may have a minimum distance of at least 1 mm or at least 2 mm or at least 5 mm or at least 8 mm from the measuring arm 12a in order to eliminate or reduce the influence on the reference arm 12b of the incoming temperature wave and/or pressure wave. The measuring element 1 is then positioned relative to the excitation light beam 10 such that the temperature and/or pressure wave emitted by the analyte preferentially reaches the measuring arm 12a of the interferometer and there influences the refractive index of the light guide.

Оба плеча интерферометра могут, например, лежать в плоскости, параллельной поверхности измерения, но также и в плоскости, ориентированной перпендикулярно поверхности измерения.Both arms of the interferometer can, for example, lie in a plane parallel to the measurement surface, but also in a plane oriented perpendicular to the measurement surface.

В результате достигается фазовый сдвиг световых лучей, проходящих в разных плечах интерферометра, который, когда световые лучи соединяются во втором соединителе 6d, в зависимости от положения фазы, приводит к гашению или частичному гашению детекторного света. Затем интенсивность детекторного света регистрируется измерительным устройством 7 в выходном световоде 6b первой световодной структуры 6 или на его конце или в точке выхода. Детекторный свет может включать, например, длины волн в видимом диапазоне или также в инфракрасном диапазоне.The result is a phase shift of the light beams passing in different arms of the interferometer, which, when the light beams are coupled in the second connector 6d, depending on the phase position, leads to quenching or partial quenching of the detector light. Then, the intensity of the detector light is detected by the measuring device 7 at the output light guide 6b of the first light guide structure 6 or at its end or exit point. The detector light may include, for example, wavelengths in the visible range or also in the infrared range.

В качестве альтернативы, вместо интерферометра может использоваться световодный резонансный элемент, например резонансное кольцо или пластинчатый резонатор, с входным элементом для детекторного света и выходным элементом в качестве датчика изменений давления и/или температуры.Alternatively, instead of an interferometer, a light guide resonant element, such as a resonant ring or plate resonator, may be used, with an input element for detector light and an output element as a sensor for changes in pressure and/or temperature.

На фиг.5 в качестве варианта интерферометрического блока показан интерферометр, совмещенный с резонансным кольцом 13 световода. Это реализовано за счет того, что измерительное плечо интерферометра соединено с резонансным кольцом 13 в двух точках 13а, 13b соединения. За счет интеграции резонансного кольца 13 в плечо интерферометра может быть достигнута значительно более высокая температурная чувствительность устройства.Figure 5, as a variant of the interferometric block, shows an interferometer combined with a resonant ring 13 of the light guide. This is realized due to the fact that the measuring arm of the interferometer is connected to the resonant ring 13 at two connection points 13a, 13b. By integrating the resonant ring 13 into the interferometer arm, a significantly higher temperature sensitivity of the device can be achieved.

На фиг.6 показано поперечное сечение измерительного элемента 1 с подложкой 1a. Первый световод 15 первой световодной структуры расположен на подложке 1а. Первый световод 15 может быть интегрирован в подложку 1а. За световодом 15, если смотреть со стороны измерительной поверхности 2, предусмотрен охладитель 20 в виде тела, которое проходит над световодом 15 параллельно последнему и заделано, например залито, в материале измерительного элемента. Охладитель 20 также может располагаться непосредственно на световоде 15. Материал охладителя 20 имеет более высокую удельную теплопроводность и/или более высокую удельную теплоемкость, чем материал световода 15, и/или чем материал подложки 1a и/или чем материал, которым покрыта подложка 1a. Figure 6 shows a cross section of the measuring element 1 with the substrate 1a. The first light guide 15 of the first light guide structure is located on the substrate 1a. The first light guide 15 may be integrated into the substrate 1a. Behind the light guide 15, when viewed from the side of the measuring surface 2, there is a cooler 20 in the form of a body, which passes over the light guide 15 parallel to the latter and is embedded, for example embedded, in the material of the measuring element. The cooler 20 may also be located directly on the light guide 15. The material of the cooler 20 has a higher thermal conductivity and/or a higher specific heat capacity than the material of the light guide 15 and/or than the material of the substrate 1a and/or than the material with which the substrate 1a is coated.

Первый световод 15 представляет собой, например, измерительное плечо интерферометра. Соответствующее опорное плечо выполнено в виде второго световода 16 и интегрировано в другой подложке 1b, которая либо может быть изготовлена совместно с подложкой 1а или связана и залита с ней в общем измерительном элементе 1. Между измерительной поверхностью 2, в частности, между подложкой 1a, и вторым световодом 16 расположен тепловой барьер 30, который проходит по меньшей мере на участках, параллельно второму световоду 16, между ним и измерительной поверхностью, и который защищает от воздействия волны давления и/или температуры, которая проходит через измерительную поверхность 2. В качестве альтернативы или в дополнение к тепловому барьеру 30 световод 16 может быть экранирован от области измерительной поверхности 2 газовым зазором. Такой газовый зазор может быть введен в подложку 1a, например, путем травления или какого-либо другого процесса с удалением материала, или он может быть выполнен в заливочном материале, которым залита подложка 1a для образования измерительного элемента 1. Тепловой барьер 30 также может быть выполнен в форме тела в качестве барьера против волны давления и для этой цели иметь более высокую пластичность или эластичность, чем у материала измерительного элемента 1, который непосредственно окружает световод 16. Во многих случаях и из-за небольшого размера интерферометрических элементов целесообразно реализовать тепловой барьер с помощью протравленных канавок в подложке, например, в подложке 1a или подложке 1b. Тепловой барьер имеет, например, проводимость для волн давления или тепловых волн, которая значительно ниже, чем у заливочного материала измерительного элемента или подложки 1a, 1b.The first light guide 15 represents, for example, the measuring arm of an interferometer. The corresponding support arm is made in the form of a second light guide 16 and is integrated in another substrate 1b, which can either be manufactured together with the substrate 1a or connected and embedded with it in a common measuring element 1. Between the measuring surface 2, in particular between the substrate 1a, and The second light guide 16 provides a thermal barrier 30, which extends at least in sections parallel to the second light guide 16, between it and the measuring surface, and which protects against the influence of a pressure and/or temperature wave that passes through the measuring surface 2. Alternatively, or In addition to the thermal barrier 30, the light guide 16 can be shielded from the region of the measuring surface 2 by a gas gap. Such a gas gap may be introduced into the substrate 1a, for example, by etching or some other material removal process, or it may be provided in the potting material with which the substrate 1a is embedded to form the measuring element 1. The thermal barrier 30 may also be provided in the form of a body as a barrier against the pressure wave and for this purpose have a higher ductility or elasticity than the material of the measuring element 1, which directly surrounds the light guide 16. In many cases and due to the small size of the interferometric elements, it is advisable to implement a thermal barrier using etched grooves in the substrate, for example, in substrate 1a or substrate 1b. The thermal barrier has, for example, a conductivity for pressure waves or thermal waves that is significantly lower than that of the sealing material of the measuring element or the substrate 1a, 1b.

На фигурах 6a-6g показаны различные варианты осуществления интерферометрического устройства, в котором измерительное плечо и опорное плечо выполнены таким образом, чтобы влияние волны температуры и/или давления на опорное плечо в отношении изменения показателя преломления было меньше, чем влияние на измерительное плечо. В некоторых случаях это достигается за счет того, что опорное плечо расположено на большем расстоянии от измерительной поверхности 2, чем измерительное плечо. В некоторых случаях между опорным плечом и измерительной поверхностью 2 имеется препятствие или барьер. В других случаях опорное плечо отдалено от подложки или разнесено с ней, в то время как измерительное плечо соединено с подложкой теплопроводным способом и/или жестким механическим соединением.Figures 6a-6g show various embodiments of an interferometric device in which the measuring arm and the reference arm are configured such that the influence of the temperature and/or pressure wave on the reference arm with respect to the change in refractive index is less than the influence on the measuring arm. In some cases, this is achieved due to the fact that the support arm is located at a greater distance from the measuring surface 2 than the measuring arm. In some cases, there is an obstacle or barrier between the support arm and the measuring surface 2. In other cases, the support arm is distant from or spaced from the substrate, while the sensing arm is connected to the substrate by thermal conductivity and/or a rigid mechanical connection.

На фиг. 6а показано измерительное плечо в виде световода 15а и опорное плечо в виде световода 16а. Светоделитель или разветвитель обозначается как 35, в то время как соединитель, в котором пучки измерительного плеча и опорного плеча сведены вместе снова, обозначается как 36. Опорное плечо проходит в центральной области измерительного элемента 1 от измерительного плеча по длине L на расстоянии D. Опорное плечо расположено на стороне измерительного плеча, обращенной от измерительной поверхности 2, и, таким образом, дальше от измерительной поверхности 2 на величину D, чем измерительное плечо.In fig. 6a shows a measuring arm in the form of a light guide 15a and a reference arm in the form of a light guide 16a. The beam splitter or splitter is designated as 35, while the connector in which the beams of the measuring arm and the reference arm are brought together again is designated as 36. The reference arm extends in the central region of the measuring element 1 from the measuring arm along a length L at a distance D. The reference arm extends in the central region of the measuring element 1 from the measuring arm along a length L at a distance D. located on the side of the measuring arm facing away from the measuring surface 2, and thus further from the measuring surface 2 by an amount D than the measuring arm.

На фиг. 6b показано измерительное плечо в виде световода 15b и опорное плечо в виде световода 16b. Здесь также, как и на следующих фигурах, светоделитель, который распределяет детекторный свет на измерительное плечо 15b и опорное плечо 16b, обозначен позицией 35, а соединитель обозначен позицией 36. Каждый разветвитель и соединитель могут быть выполнены как отдельный оптический элемент или как элемент, интегрированный в подложку измерительного элемента 1.In fig. 6b shows a measuring arm in the form of a light guide 15b and a reference arm in the form of a light guide 16b. Here also, as in the following figures, the beam splitter, which distributes the detector light to the measurement arm 15b and the reference arm 16b, is designated 35, and the connector is designated 36. Each splitter and connector can be configured as a separate optical element or as an integrated element into the substrate of the measuring element 1.

Опорное плечо 16b проходит в центральной области измерительного элемента 1 от измерительного плеча 15b на расстоянии, по меньшей мере, на величину D.The support arm 16b extends in the central region of the measuring element 1 from the measuring arm 15b at a distance of at least the amount D.

Между измерительным плечом и опорным плечом также может быть предусмотрен барьер, не показанный здесь, который защищает опорное плечо от тепловых волны и или волн давления.A barrier, not shown here, can also be provided between the measuring arm and the reference arm, which protects the reference arm from heat waves and or pressure waves.

Измерительное плечо может также иметь длину, которая больше, чем длина опорного плеча, за счет того, что измерительное плечо проходит по меньшей мере, на участках петлями и/или в форме спирали или меандра. Однако, также может быть предусмотрено, что опорное плечо, по меньшей мере, на участках проходит петлями, и/или в форме спирали или меандра. Петлевые, спиральные или выполненные в форме меандра участки измерительного плеча и/или опорного плеча могут проходить в основном в плоскости, параллельной измерительной поверхности 2, но также и в плоскости, которая проходит перпендикулярно к измерительной поверхности 2.The measuring arm can also have a length that is greater than the length of the reference arm, due to the fact that the measuring arm extends at least in sections in loops and/or in the shape of a spiral or meander. However, it can also be provided that the support arm, at least in sections, extends in loops and/or in the shape of a spiral or meander. The loop, spiral or meander-shaped sections of the measuring arm and/or support arm can extend mainly in a plane parallel to the measuring surface 2, but also in a plane which runs perpendicular to the measuring surface 2.

На фиг. 6c показано измерительное плечо в виде световода 15с и опорное плечо в виде световода 16с. Измерительное плечо проходит как световод, который залит или вклеен в выемку в подложке измерительного элемента 1 с помощью твердого материала 37. Материал 37 подходит для проведения волн тепла и/или давления с минимально возможной задержкой. Материал 37 может быть, например, смолой и/или полимером. Световод 15c может быть, например, волоконно-оптическим световодом. Световод 16c, образующий опорное плечо может проходить вдоль измерительного элемента 1 без жесткой связи и может быть выполнен в виде волоконно-оптического световода.In fig. 6c shows a measuring arm in the form of a light guide 15c and a reference arm in the form of a light guide 16c. The measuring arm extends as a light guide, which is cast or bonded into a recess in the substrate of the measuring element 1 using a solid material 37. The material 37 is suitable for conducting heat and/or pressure waves with the minimum possible delay. The material 37 may be, for example, a resin and/or a polymer. The light guide 15c may be, for example, a fiber optic light guide. The light guide 16c forming the support arm can run along the measuring element 1 without a rigid connection and can be made in the form of a fiber-optic light guide.

Фиг. 6d показывает измерительное плечо в виде световода 15d и опорное плечо в виде световода 16d. Световод 15d может быть интегрирован в подложку измерительного элемента 1 как интегрированный световод. Световод 16d может проходить по измерительному элементу 1 или в нем, внутри заделки в материале 38, причем материал 38 выполнен таким образом, что он хуже проводит волны тепла и/или давления, чем материал измерительного элемента 1 или подложки измерительного элемента 1. Материал 38 может быть выполнен, например, из силикона, обычно в виде эластомера и/или пены.Fig. 6d shows a measuring arm in the form of a light guide 15d and a reference arm in the form of a light guide 16d. The light guide 15d can be integrated into the substrate of the measuring element 1 as an integrated light guide. The light guide 16d may extend over or in the sensing element 1, within an embedment in the material 38, the material 38 being configured to be less conductive of heat and/or pressure waves than the material of the sensing element 1 or the substrate of the sensing element 1. The material 38 may be made, for example, of silicone, usually in the form of an elastomer and/or foam.

Фиг. 6e показывает измерительное плечо в виде световода 15e и опорное плечо в виде световода 16е. Оба световода 15e, 16e проходят внутри измерительного элемента 1, в частности, как световоды, интегрированные в подложку, но разделены барьерным слоем 39. Он состоит из материала, который хуже проводит тепловые волны и/или волны давления, чем материал измерительного элемента 1 или подложка измерительного элемента. Материал барьерного слоя 39 может быть выполнен, например, как силикон, обычно как эластомер и/или пена, или мягкий, например термопластичный пластик. Барьерный слой 39 также может быть выполнен в виде газового зазора, по меньшей мере, на участках.Fig. 6e shows a measurement arm in the form of a light guide 15e and a reference arm in the form of a light guide 16e. Both light guides 15e, 16e pass inside the measuring element 1, in particular as light guides integrated into the substrate, but separated by a barrier layer 39. This consists of a material that conducts thermal waves and/or pressure waves less well than the material of the measuring element 1 or the substrate measuring element. The material of the barrier layer 39 can be made, for example, silicone, typically an elastomer and/or foam, or soft, such as thermoplastic plastic. The barrier layer 39 may also be designed as a gas gap, at least in portions.

На фиг. 6f показано измерительное плечо в виде световода 15f и опорное плечо в виде световода 16f. Измерительное плечо расположено между, например, щелевидной выемкой 40 измерительного элемента или подложкой измерительного элемента 1 и измерительной поверхностью 2. Опорное плечо расположено на стороне выемки 40, обращенной от измерительной поверхности 2. Выемка может иметь U-образную форму, например также в виде отверстия или множества отверстий. Измерительное плечо может также иметь длину, которая больше, чем длина опорного плеча, за счет того, что измерительное плечо проходит по меньшей мере, на участках петлями и/или в виде спирали или меандра формы над выемкой 40. Однако, как показано на фигуре, также может быть предусмотрено, что опорное плечо проходит, по меньшей мере, на участках в виде петель и/или в виде спирали или меандра формы.In fig. 6f shows a measuring arm in the form of a light guide 15f and a reference arm in the form of a light guide 16f. The measuring arm is located between, for example, the slot-shaped recess 40 of the measuring element or the substrate of the measuring element 1 and the measuring surface 2. The support arm is located on the side of the recess 40 facing away from the measuring surface 2. The recess can be U-shaped, for example also in the form of a hole or many holes. The measuring arm may also have a length that is greater than the length of the support arm by having the measuring arm extend at least in sections in a loop and/or in a spiral or meander shape above the recess 40. However, as shown in the figure, it can also be provided that the support arm extends at least in sections in the form of loops and/or in the form of a spiral or meander shape.

Фиг. 6g показывает измерительное плечо в виде световода 15g и опорное плечо в виде световода 16g. Опорное плечо расположено на стороне, противоположной измерительной поверхности 2 щелевидной выемки 41, проникающей в измерительный элемент 1 перпендикулярно плоскости чертежа. Выемка 41 также может быть выполнена в виде одного или нескольких отверстий, но также может быть реализована с использованием техники, обычной при формировании подложек, например техники травления, лазерной резки или другой обработки с удалением материала. Такую подложку можно также сформировать аддитивным способом (3D-печать). Измерительное плечо может иметь длину, которая больше, чем длина опорного плеча, за счет того, что измерительное плечо проходит по меньшей мере, на участках петлями и/или в виде спирали или меандра формы. Однако, как показано на фигуре, также может быть предусмотрено, что опорное плечо проходит, по меньшей мере, на участках петлями и/или в виде спирали или меандра формы. Петли, спирали или меандры могут проходить в плоскости, параллельной измерительной поверхности 2, но также и в плоскости, перпендикулярной измерительной поверхности 2.Fig. 6g shows a measurement arm in the form of a light guide 15g and a reference arm in the form of a light guide 16g. The support arm is located on the side opposite to the measuring surface 2 of the slot-like recess 41, which penetrates into the measuring element 1 perpendicular to the plane of the drawing. The recess 41 may also be made in the form of one or more holes, but may also be realized using techniques conventional in the formation of substrates, such as etching techniques, laser cutting or other material removal processing. Such a substrate can also be formed using an additive method (3D printing). The measuring arm can have a length that is greater than the length of the reference arm, due to the fact that the measuring arm extends at least in sections in loops and/or in a spiral or meander shape. However, as shown in the figure, it can also be provided that the support arm extends at least in sections in loops and/or in a spiral or meander shape. Loops, spirals or meanders can extend in a plane parallel to measuring surface 2, but also in a plane perpendicular to measuring surface 2.

На фиг.6h показаны два световода 15h, 16h, между которыми с помощью резонансного элемента 17h в форме резонансного кольца световода могут проводиться световые волны. 6h shows two light guides 15h, 16h, between which light waves can be transmitted using a resonant element 17h in the form of a light guide resonant ring.

Интенсивность световой волны, подаваемой в световод 15h и переносимой/передаваемой из световода 15h в световод 16h или через дополнительное резонансное кольцо 19h световода в световод 18h, например, измеренная как соотношение интенсивности световой волны на выходе световода 16h или 18h к интенсивности на входе световода 15h, зависит от того, насколько далеко длина волны световой волны удалена от резонансной длины волны резонансного элемента или множества резонансных элементов. Посредством волны давления и/или температуры резонансный элемент(ы) может быть расстроен путем изменения показателя преломления, так что резонансный элемент(ы) представляет/представляют эффективный датчик температуры и/или давления. Как показано на фигуре, несколько, например, по меньшей мере два, по меньшей мере три, или по меньшей мере пять таких элементов могут быть соединены последовательно для повышения чувствительности.The intensity of the light wave supplied to the light guide 15h and transferred/transmitted from the light guide 15h to the light guide 16h or through the additional resonance ring 19h of the light guide to the light guide 18h, for example, measured as the ratio of the light wave intensity at the output of the light guide 16h or 18h to the intensity at the input of the light guide 15h, depends on how far the wavelength of the light wave is removed from the resonant wavelength of the resonant element or set of resonant elements. By means of a pressure and/or temperature wave, the resonant element(s) can be detuned by changing the refractive index, so that the resonant element(s) represent/represent an effective temperature and/or pressure sensor. As shown in the figure, several, for example at least two, at least three, or at least five such elements can be connected in series to increase sensitivity.

Подразумевается и параллельное соединение нескольких, например, по меньшей мере двух, более двух, более трех или более пяти, таких элементов 17i, 19i, как показано на фиг.6i, между входным световодом 15i и выходным световодом 16i. Это также позволяет задавать чувствительность измерения температуры и/или давления.A parallel connection of several, for example at least two, more than two, more than three or more than five, such elements 17i, 19i, as shown in Fig. 6i, between the input light guide 15i and the output light guide 16i is also implied. This also allows you to set the sensitivity of temperature and/or pressure measurement.

При использовании оптических волноводных резонансных элементов временной профиль интенсивности детекторного света может быть зафиксирован устройством оценки, и на основании этого может быть измерен временной профиль температуры или давления во время прохождения волн давления и/или тепла. Величина поглощения возбуждающего луча в анализируемом веществе может быть определена по временному профилю, который может быть периодическим при использовании модуляции, и по нему может быть определен спектр. С помощью измеренного временного профиля интенсивности детекторного света, например, можно оценить амплитуду или среднее значение отклонения интенсивности, когда модулированный возбуждающий луч включен, и интенсивность, когда возбуждающий луч выключен.When using optical waveguide resonance elements, the time profile of the intensity of the detector light can be recorded by the evaluation device, and from this the time profile of temperature or pressure during the passage of pressure and/or heat waves can be measured. The amount of absorption of the excitation beam in the analyte can be determined from the time profile, which can be periodic when modulation is used, and from this the spectrum can be determined. Using the measured time profile of detector light intensity, for example, the amplitude or average intensity deviation when the modulated excitation beam is on and the intensity when the excitation beam is off can be estimated.

Аналогично фиг.6a, фиг.6k показывает измерительное плечо в виде световода 15a и опорное плечо в виде световода 16a. Светоделитель или разветвитель обозначается как 35, в то время как соединитель, в котором лучи от измерительного плеча и опорного плеча снова сведены вместе, обозначается как 36. Опорное плечо проходит в центральной области измерительного элемента 1 от измерительного плеча на длину L на расстоянии величиной D. Опорное плечо 16a расположено на стороне измерительного плеча 15a, обращенной от измерительной поверхности 2, и, таким образом, дальше от измерительной поверхности 2 на величину D, чем измерительное плечо. Позицией 23 обозначено устройство оценки, которое обнаруживает и оценивает интенсивность света за соединителем 36 и ставит в соответствие фазовый сдвиг детекторного света и, таким образом, интенсивность поглощения возбуждающего луча в анализируемом веществе.Similar to FIG. 6a, FIG. 6k shows a measuring arm in the form of a light guide 15a and a reference arm in the form of a light guide 16a. The beam splitter or splitter is designated as 35, while the connector in which the beams from the measuring arm and the reference arm are brought together again is designated as 36. The reference arm extends in the central region of the measuring element 1 from the measuring arm for a length L at a distance of magnitude D. The support arm 16a is located on the side of the measuring arm 15a facing away from the measuring surface 2, and thus further from the measuring surface 2 by an amount D than the measuring arm. Numeral numeral 23 denotes an evaluation device that detects and evaluates the light intensity behind the connector 36 and matches the phase shift of the detector light and thus the absorption intensity of the excitation beam in the analyte.

Один или несколько охладителей и/или один или несколько тепловых барьеров могут быть расположены внутри измерительного элемента или может не быть ни одного из них; поэтому измерительный элемент 1 также может быть однородным и не иметь охладителей или тепловых барьеров.One or more coolers and/or one or more thermal barriers may or may not be located within the measuring element; Therefore, the measuring element 1 can also be homogeneous and have no coolers or thermal barriers.

Волна тепла и/или давления, которая распространяется от вещества через измерительную поверхность 2 в измерительный элемент 1, сначала попадает в первый измерительный участок (измерительное плечо 15a) интерферометра и генерирует в нем фазовый сдвиг детекторного света. Через время t, определяемое скоростью распространения волны в измерительном элементе и расстоянием D, фазовый сдвиг генерируются во второй измерительном участке/опорном плече 16 интерферометра. Если оба фазовых сдвига существуют одновременно в течение некоторого времени, фазовые сдвиги нейтрализуют друг друга и не вызывают никаких изменений в интенсивности детекторного света. В течение интервалов времени, в течение которых волна действует только в одном плече/ измерительном участке 15a, 16a, возникает опережение или задержка детекторного света в первом плече, а затем в другом плече. Временной профиль этого развития предсказуем благодаря известной скорости распространения волны в измерительном элементе. Степень изменения интенсивности детекторного света, которое обнаруживается устройством 23 оценки, позволяет определять амплитуду волны тепла и/или давления и, таким образом, величину поглощения возбуждающего света в анализируемом веществе. The heat and/or pressure wave, which propagates from the substance through the measuring surface 2 into the measuring element 1, first enters the first measuring section (measuring arm 15a) of the interferometer and generates a phase shift of the detector light there. After a time t, determined by the speed of wave propagation in the measuring element and the distance D, a phase shift is generated in the second measuring section/reference arm 16 of the interferometer. If both phase shifts exist simultaneously for some time, the phase shifts cancel each other out and cause no change in the intensity of the detector light. During the time intervals during which the wave is active in only one arm/sensing section 15a, 16a, the detection light is advanced or delayed in the first arm and then in the other arm. The time profile of this development is predictable due to the known speed of wave propagation in the measuring element. The degree of change in the intensity of the detector light that is detected by the evaluation device 23 allows the amplitude of the heat and/or pressure wave and thus the amount of absorption of the excitation light in the analyte to be determined.

На фиг.6l по вертикальной оси показан профиль I интенсивности детекторного света после прохождения через интерферометрическое устройство, отложенный в зависимости от времени по горизонтальной оси.FIG. 6l shows the intensity profile I of the detector light after passing through the interferometric device on the vertical axis, plotted against time on the horizontal axis.

В момент времени t1 волна в измерительном элементе достигает измерительного плеча 15a, где она вызывает фазовый сдвиг детекторного света относительно света, который проходит через опорное плечо 16a. В результате интенсивность падает с I1 до I2. В момент времени t2, волна достигает опорного плеча 16а и также вызывает фазовый сдвиг в той же степени и том же направлении. Поскольку влияние волны на измерительное плечо продолжается, фазовые сдвиги компенсируют друг друга, так что не происходит (частичного) гашения световых компонентов из различных плеч интерферометрического устройства. Интенсивность детекторного света снова достигает значения I1 после t2. Интенсивность затем уменьшается после t3, поскольку в это время имеется только фазовый сдвиг в опорном плече 16a и после t4, то есть, после того, как волна прошла через интерферометрическое устройство полностью, снова устанавливается интенсивность I1. Амплитуда волны и, следовательно, величина поглощения возбуждающего луча в веществе может быть определена по разнице между I1 и I2.At time t1, the wave in the measuring element reaches the measuring arm 15a, where it causes a phase shift of the detector light relative to the light that passes through the reference arm 16a. As a result, the intensity drops from I1 to I2. At time t2, the wave reaches the reference arm 16a and also causes a phase shift to the same extent and in the same direction. As the influence of the wave on the measuring arm continues, the phase shifts cancel each other out so that there is no (partial) quenching of the light components from the different arms of the interferometric device. The detector light intensity reaches value I1 again after t2. The intensity then decreases after t3, since at this time there is only a phase shift in the reference arm 16a and after t4, that is, after the wave has completely passed through the interferometric device, the intensity I1 is established again. The amplitude of the wave and, consequently, the amount of absorption of the exciting beam in the substance can be determined by the difference between I1 and I2.

На фиг.6m показано устройство, в котором возбуждающий луч 10 от источника 4 возбуждающего луча проникает мимо граничной поверхности измерительного элемента 1 в вещество 3 для поглощения там, что обозначено стилизованным кружком. Оттуда исходит волна тепла и/или давления, которая распространяется, помимо прочего, на измерительный элемент 1 и к интерферометрическому устройству 12.6m shows a device in which an excitation beam 10 from an excitation beam source 4 penetrates past the boundary surface of the measuring element 1 into a substance 3 for absorption there, as indicated by a stylized circle. From there, a heat and/or pressure wave emanates, which propagates, among other things, to the measuring element 1 and to the interferometric device 12.

Кроме того, показано еще одно положение источника 4 возбуждающего луча, из которого возбуждающий луч 10' излучается под углом мимо измерительного элемента 1 в вещество 3 и поглощается там под измерительным элементом 1. В этом случае еще большая часть волны достигает измерительного элемента 1 и интерферометрического устройства. Также возможно направление возбуждающего луча с помощью световода. К измерительному элементу 1 может быть прикреплен корпус (показан пунктирными линиями) из другого материала, который, например, прозрачен для возбуждающего луча 10, в частности, более прозрачен, чем материал измерительного элемента 1.In addition, another position of the excitation beam source 4 is shown, from which the excitation beam 10' is emitted at an angle past the measuring element 1 into the substance 3 and is absorbed there under the measuring element 1. In this case, an even larger part of the wave reaches the measuring element 1 and the interferometric device . It is also possible to direct the exciting beam using a light guide. A housing (shown in dotted lines) of a different material may be attached to the measuring element 1, which is, for example, transparent to the exciting beam 10, in particular more transparent than the material of the measuring element 1.

На фиг.6n показано, что измерительный элемент 1 может быть связан с анализируемым веществом в области измерительной поверхности не только посредством прямого физического контакта, но также с использованием среды, такой как промежуточный слой, выполненный из твердого материала, или жидкий слой или даже газовый слой.6n shows that the measuring element 1 can be connected to the analyte in the region of the measuring surface not only by direct physical contact, but also by using a medium such as an intermediate layer made of a solid material, or a liquid layer or even a gas layer .

На фиг.6n выемка 200 конкретно показана на измерительной поверхности 2, причем она, необязательно, также может быть окружена приподнятой кромкой 201 на измерительной поверхности 2. Чтобы создать полость, на измерительной поверхности также можно предусмотреть только одну окружающую приподнятую кромку. Если измерительную поверхность 2 поместить на анализируемое вещество, например на часть тела живого существа, между веществом и измерительным элементом образуется полость, которая образует акустический соединительный элемент. Волна давления и/или тепла может проникать в полость из вещества и попадать в измерительный элемент через газовую среду, где волна может быть детектирована интерферометрическим элементом 6. Благодаря высокой чувствительности интерферометрического способа измерения, волна также может быть эффективно детектирована акустически и измерена в отношении ее интенсивности.In FIG. 6n, a recess 200 is specifically shown on the measuring surface 2, which can optionally also be surrounded by a raised edge 201 on the measuring surface 2. To create a cavity, it is also possible to provide only one surrounding raised edge on the measuring surface. If the measuring surface 2 is placed on the substance to be analyzed, for example on a part of the body of a living being, a cavity is formed between the substance and the measuring element, which forms an acoustic connecting element. The pressure and/or heat wave can penetrate into the cavity of the substance and enter the measuring element through the gaseous medium, where the wave can be detected by the interferometric element 6. Due to the high sensitivity of the interferometric measurement method, the wave can also be effectively detected acoustically and measured in relation to its intensity .

Возбуждающий луч может быть направлен от источника 4 возбуждающего луча непосредственно через полость 200 к исследуемому веществу. Для этого измерительный элемент может, по меньшей мере, частично иметь выемку для возбуждающего луча, или луч может проходить через измерительный элемент с помощью световода. Возбуждающий луч также может, по меньшей мере, частично проходить через материал измерительного элемента 1. The excitation beam may be directed from the excitation beam source 4 directly through the cavity 200 to the test substance. For this purpose, the measuring element can at least partially have a recess for the exciting beam, or the beam can pass through the measuring element using a light guide. The excitation beam can also at least partially pass through the material of the measuring element 1.

На фиг.7 показан вариант измерительного элемента 1, в котором световоды 15, 16 интерферометрического устройства расположены на стороне подложки 1a, которая обращена к измерительной поверхности 2. С этой стороны подложка 1а покрыта покрытием 42, которое покрывает и защищает световоды 15, 16. При таком расположении по меньшей мере один из световодов 15, который представляет собой измерительное плечо интерферометрического устройства, может достигаться волной температуры и/или давления непосредственно из вещества 3. Опорное плечо 16 должно быть экранировано от воздействия волны давления и/или температуры непоказанными средствами. Опорное плечо 16 может быть, например, расположено достаточно далеко от измерительного плеча 15, чтобы на него значительно меньше влияла волна давления и/или температуры, чем на измерительное плечо.Figure 7 shows a variant of the measuring element 1, in which the light guides 15, 16 of the interferometric device are located on the side of the substrate 1a, which faces the measuring surface 2. On this side, the substrate 1a is covered with a coating 42, which covers and protects the light guides 15, 16. When In this arrangement, at least one of the light guides 15, which represents the measuring arm of the interferometric device, can be reached by a temperature and/or pressure wave directly from the substance 3. The support arm 16 must be shielded from the influence of the pressure and/or temperature wave by means not shown. The reference arm 16 can, for example, be located far enough from the measuring arm 15 that it is significantly less affected by the pressure and/or temperature wave than the measuring arm.

На фиг. 8 показан вариант, в котором реализована интерферометрическая система с волоконно-оптическими световодами 15', 16', прочно соединенными с подложкой 1а. В показанном примере соединение обеспечивается клеем 14. Световоды могут проходить в канавках на измерительном элементе/подложке.In fig. 8 shows an embodiment in which an interferometric system is implemented with fiber-optic light guides 15', 16' firmly connected to the substrate 1a. In the example shown, the connection is provided by the adhesive 14. The light guides can be routed in grooves on the measuring element/substrate.

На фиг.9 показано поперечное сечение измерительного элемента 1, которое имеет непрерывную выемку 18 в форме отверстия, через которое луч 10 возбуждающего света может проходить по прямой линии в исследуемое вещество 3. Если измерительный элемент 1 снабжен покрытием 22 на его нижней стороне, как показано на фиг.1, выемка 18 может заканчиваться покрытием, если покрытие прозрачно для возбуждающего луча 10. Однако выемка 18 может также пронизывать покрытие 22 насквозь.9 shows a cross-section of the measuring element 1, which has a continuous recess 18 in the form of an opening through which the excitation light beam 10 can pass in a straight line into the test substance 3. If the measuring element 1 is provided with a coating 22 on its underside, as shown in FIG. 1, recess 18 may end in a coating if the coating is transparent to the excitation beam 10. However, recess 18 may also extend through the coating 22.

Например, в выемке 18 может быть предусмотрен элемент формирования луча в виде линзы или коллиматора 31. Направление возбуждающего луча, показанное на фиг.9, можно комбинировать с любым типом интерферометрического устройства, показанного на фигурах и дополнительно поясненного выше (не показано на фиг.9).For example, a beamforming element in the form of a lens or collimator 31 may be provided in the recess 18. The excitation beam direction shown in FIG. 9 can be combined with any type of interferometric device shown in the figures and further explained above (not shown in FIG. 9 ).

На фиг.10 показано устройство, в котором луч 10 возбуждающего света излучается в измерительный элемент 1 лазерным устройством 4 параллельно измерительной поверхности 2. В измерительном элементе 1 имеется непрерывная выемка 18', имеющая изгиб под прямым углом в направлении измерительной поверхности 2. Отражающий элемент 32, например, в форме зеркала, предусмотрен в области изменения направления. В показанном устройстве луч 10 возбуждающего света может проникать в анализируемое вещество 3 перпендикулярно через измерительную поверхность 2. Направление возбуждающего луча, показанное на фиг.10, можно комбинировать с любым типом интерферометрических устройств, показанных на фигурах и дополнительно поясненных выше (не показанных на фиг.10).Figure 10 shows a device in which a beam 10 of excitation light is emitted into the measuring element 1 by a laser device 4 parallel to the measuring surface 2. The measuring element 1 has a continuous recess 18' having a bend at right angles in the direction of the measuring surface 2. Reflective element 32 , for example in the form of a mirror, is provided in the direction change area. In the device shown, the excitation light beam 10 can penetrate the analyte 3 perpendicularly through the measuring surface 2. The direction of the excitation beam shown in FIG. 10 can be combined with any type of interferometric devices shown in the figures and further explained above (not shown in FIG. 10).

На фиг.11 показано поперечное сечение измерительного элемента 1, в котором предусмотрена вторая световодная структура 17 для направления луча 10 возбуждающего света. Она может быть выполнена в виде интегрированного световода, встроенного в подложку измерительного элемента 1. Вторая световодная структура 17 ориентирована таким образом, что луч 10 возбуждающего света направляется перпендикулярно через измерительную поверхность 2. Однако, также возможно, чтобы световод второй световодной структуры 17 был направлен на измерительную поверхность 1 под углом менее 90 °, например менее 70° или менее 50°. Лазерное устройство 4 может быть связано со второй световодной структурой 17 напрямую или с помощью элемента формирования луча, например линзы (на фиг.11 не показана), но можно также использовать гибкий волоконно-оптический световод для проведения луча 10 возбуждающего света между лазерным устройством 4 и второй световодной структурой 17. Направление возбуждающего луча, показанное на фиг.11, можно комбинировать с любым типом интерферометрического устройства, показанного на фигурах и дополнительно поясненного выше (не показано на фиг.11).FIG. 11 shows a cross-section of the measuring element 1, in which a second light guide structure 17 is provided for guiding the excitation light beam 10. It may be designed as an integrated light guide built into the substrate of the measuring element 1. The second light guide structure 17 is oriented such that the excitation light beam 10 is directed perpendicularly through the measuring surface 2. However, it is also possible for the light guide of the second light guide structure 17 to be directed towards measuring surface 1 at an angle of less than 90°, for example less than 70° or less than 50°. The laser device 4 may be coupled to the second light guide structure 17 directly or via a beamforming element such as a lens (not shown in FIG. 11), but a flexible fiber optic light guide may also be used to conduct the excitation light beam 10 between the laser device 4 and the second light guide structure 17. The excitation beam direction shown in FIG. 11 can be combined with any type of interferometric device shown in the figures and further explained above (not shown in FIG. 11).

На конце интегрированного световода второй световодной структуры 17, обращенном к измерительной поверхности 2, также может быть предусмотрен элемент формирования луча, например линза (не показана на фиг. 11).The end of the integrated light guide of the second light guide structure 17 facing the measurement surface 2 may also be provided with a beamforming element, such as a lens (not shown in FIG. 11).

Применительно ко второй световодной структуре 17 на фиг.12 показан встроенный световод 17a сложной формы, который направляет луч 10 возбуждающего света. Луч 10 возбуждающего света вводится во встроенный световод 17a второй световодной структуры 17, например, параллельно измерительной поверхности 2 и отклоняется этим интегрированным световодом 17a в направлении, которое проходит через измерительную поверхность 2, в частности перпендикулярно или под углом менее 90°, например, менее 70° или меньше, чем 50°. В области второй световодной структуры 17 в подложку 1a интегрировано устройство 8 модуляции, которое используется для модуляции интенсивности луча возбуждающего света через устройство 23 обработки. Устройство 8 модуляции может быть реализовано, например, с помощью пьезоэлемента, размещенного во второй световодной структуре 17 или на ней, или нагревательного элемента, который модулирует прозрачность второй световодной структуры 17, или с помощью зеркального элемента МЭМС для отклонения луча 10 возбуждающего света.With respect to the second light guide structure 17, FIG. 12 shows a complex-shaped built-in light guide 17a that guides the excitation light beam 10. The excitation light beam 10 is introduced into the integrated light guide 17a of the second light guide structure 17, for example parallel to the measuring surface 2, and is deflected by this integrated light guide 17a in a direction that passes through the measuring surface 2, in particular perpendicularly or at an angle of less than 90°, for example less than 70 ° or less than 50°. In the region of the second light guide structure 17, a modulation device 8 is integrated into the substrate 1a, which is used to modulate the intensity of the excitation light beam through the processing device 23. The modulation device 8 may be implemented, for example, by using a piezoelectric element placed in or on the second light guide structure 17, or a heating element that modulates the transparency of the second light guide structure 17, or by using a MEMS mirror element to deflect the excitation light beam 10.

Интегрированный световод 17a второй световодной структуры 17, который направляет возбуждающий луч 10, имеет участки, на которых он проходит параллельно измерительной поверхности, и участки, на которых он проходит в каком либо направлении к измерительной поверхности 2, в частности, перпендикулярно к измерительной поверхности 2. Такая конструкция световода может быть реализована проверенным образом с помощью средств интегрированной оптики в подложке 1а.The integrated light guide 17a of the second light guide structure 17, which directs the excitation beam 10, has portions in which it extends parallel to the measurement surface and portions in which it extends in some direction toward the measurement surface 2, in particular perpendicular to the measurement surface 2. Such a light guide design can be implemented in a proven manner using integrated optics in the substrate 1a.

На фиг.13 схематично показана обработка данных измерений, полученных с помощью устройства для анализа вещества. В левой части фиг.13 показаны измерительный элемент 1 и лазерное устройство 4 для генерации возбуждающего луча, а также измерительное устройство 7. Измерительное устройство 7 и, в частности, также лазерное устройство 4 подключены к обрабатывающему устройству 23, которое может быть выполнено в виде микроконтроллера или микрокомпьютера и имеет по меньшей мере один процессор. В устройстве обработки данные измерения переменной интенсивности света, полученные измерительным устройством 7, объединяются с данными модулированного возбуждающего луча, т.е. поставленными в соответствие с длинами излучаемых волн и временным профилем модуляции. Символично показаны три диаграммы, на верхней из которых показаны модулированные лазерные импульсы в зависимости от времени, а на средней диаграмме показано изменение данных измерений во времени. Когда волна тепла и/или давления достигает интерферометрического элемента, например, путем включения/выключения возбуждающего луча или модуляции возбуждающего луча, он расстраивается путем изменения показателя преломления или происходит гашение или частичное гашение волновых компонентов от различных измерительных плеч интерферометра. В результате интенсивность детекторного света изменяется после прохождения через интерферометрический элемент. Помимо величины поглощения возбуждающего луча в анализируемом веществе, эта временная кривая также отражает свойства смешения сигналов, которые для каждого периода модуляция возбуждающего луча направляются к устройству в виде суперпозиции сигналов с разных глубин под поверхностью вещества, и которые вследствие различного времени прохождения генерируют определенное поведение затухания сигналов измерения после каждого лазерного импульса. Сигналы с разной глубины не должны отделяться друг от друга, но это может быть реализовано с помощью различных способов оценки, которые объясняются в другом месте в настоящем описании. FIG. 13 schematically shows the processing of measurement data obtained by a substance analysis device. The left side of FIG. 13 shows a measuring element 1 and a laser device 4 for generating the excitation beam, as well as a measuring device 7. The measuring device 7 and in particular also the laser device 4 are connected to a processing device 23, which can be implemented as a microcontroller or microcomputer and has at least one processor. In the processing device, the variable light intensity measurement data obtained by the measuring device 7 is combined with the data of the modulated excitation beam, i.e. matched to the emitted wavelengths and modulation time profile. Three diagrams are shown symbolically, the top one shows the modulated laser pulses as a function of time, and the middle diagram shows the change in the measurement data over time. When a heat and/or pressure wave reaches the interferometric element, for example by turning on/off the excitation beam or modulating the excitation beam, it is detuned by changing the refractive index or canceling or partially canceling the wave components from the various measuring arms of the interferometer. As a result, the intensity of the detector light changes after passing through the interferometric element. In addition to the amount of absorption of the excitation beam in the analyte, this time curve also reflects the mixing properties of the signals that, for each modulation period of the excitation beam, are sent to the device as a superposition of signals from different depths below the surface of the substance, and which, due to different travel times, generate a certain signal attenuation behavior measurements after each laser pulse. Signals from different depths should not be separated from each other, but this can be achieved using various estimation techniques, which are explained elsewhere in this description.

Третья и самая нижняя диаграмма показывает спектральное представление, в котором измеренные интенсивности света нанесены в зависимости от длин волн облучения или волновых чисел луча возбуждающего света соответственно в нескольких спектрах.The third and bottom diagram shows a spectral representation in which the measured light intensities are plotted against irradiation wavelengths or excitation light beam wavenumbers, respectively, in several spectra.

Из этих данных, например, могут быть получены физиологические показатели пациента, которые получают путем измерения концентрации определенных веществ в тканях тела или в жидкости тела. Примером этого является измерение уровня сахара в крови, при котором измеряют концентрацию глюкозы в определенной части тела. Согласно фиг.13, измеренные значения или предварительно обработанные значения с помощью устройства 25 связи можно согласовывать с удаленным компьютером или распределенной компьютерной системой (облаком). Например, опорные значения для интерпретации измеренных значений можно импортировать из облака или с удаленного компьютера. Опорные значения могут зависеть от личности пациента и от данных, которые индивидуально сохраняются и могут быть восстановлены для него. С этой целью либо личность пациента должна быть введена в устройство 23 обработки, либо она должна быть определена посредством отдельных измерений, например, с помощью датчика отпечатков пальцев, который может быть интегрирован в измерительное устройство.From these data, for example, physiological parameters of the patient can be obtained, which are obtained by measuring the concentration of certain substances in body tissues or body fluids. An example of this is blood sugar testing, which measures the concentration of glucose in a specific part of the body. According to FIG. 13, measured values or pre-processed values can be coordinated with a remote computer or distributed computer system (cloud) using the communication device 25. For example, reference values for interpreting measured values can be imported from the cloud or from a remote computer. The reference values may depend on the identity of the patient and on the data that is individually stored and can be retrieved for him. For this purpose, either the patient's identity must be entered into the processing device 23, or it must be determined through separate measurements, for example using a fingerprint sensor, which can be integrated into the measuring device.

В облаке также может быть выполнено сравнение с измеренными значениями других пациентов или сравнение с предыдущими измеренными значениями у того же пациента, при этом условия окружающей среды, такие как температура, давление воздуха или влажность в месте нахождения пациента, также могут быть учтены. Датчики для определения этих значений могут быть интегрированы в оборудование/устройство для анализа вещества согласно изобретению.In the cloud, a comparison with measured values of other patients or a comparison with previous measured values of the same patient can also be made, and environmental conditions such as temperature, air pressure or humidity at the patient's location can also be taken into account. Sensors for determining these values can be integrated into the equipment/device for analyzing the substance according to the invention.

В результате обработки устройство 23 обработки посредством первого устройства 26 вывода может выводить информацию о тенденции, например, в три или пять этапов, в форме информации, такой как оптимальная, хорошая, разумная, еще хорошая, тревожная, или в форме цветов или символов. В дополнительном устройстве 27 вывода, которое позволяет отображать конкретное значение, измеренные значения могут выводиться на экран или на цифровой дисплей. Кроме того, измеренные значения или тенденции измеренных значений могут выдаваться в программный модуль 28, который, например, также может работать в отдельном мобильном устройстве обработки данных, таком как мобильный телефон. В этом устройстве оцененные результаты измерения затем могут использоваться, например, для составления рецепта еды, которую нужно принять, или для выбора доступной еды и количества еды. Также может быть дана рекомендация по употреблению определенных продуктов с указанием количества. Это может быть связано, например, с подготовительной рекомендацией по приготовлению пищи, которая может быть вызвана из базы данных и, в частности, также передана в электронной форме. Эти рекомендацию по приготовлению пищи также может быть передана на автомат для приготовления пищи.As a result of the processing, the processing device 23, through the first output device 26, can output trend information, for example, in three or five steps, in the form of information such as optimal, good, reasonable, still good, alarm, or in the form of colors or symbols. In the optional output device 27, which allows a specific value to be displayed, the measured values can be displayed on a screen or on a digital display. In addition, the measured values or measured value trends can be output to a software module 28, which, for example, can also run in a separate mobile data processing device such as a mobile phone. In this device, the evaluated measurement results can then be used, for example, to create a recipe for the food to be taken or to select the available food and the amount of food. Recommendations may also be given for the consumption of certain foods, indicating quantities. This can be associated, for example, with a preparatory cooking recommendation, which can be called up from the database and, in particular, also transmitted electronically. These cooking recommendations can also be transferred to the cooking machine.

В одном варианте осуществления устройство вывода/дисплей 27 или сигнальное устройство, параллельное ему, может обеспечивать предложение дозы инсулина в зависимости от дополнительных параметров пациента (например, поправочного коэффициента инсулина) или автоматическую передачу сигнала на дозирующее устройство в виде инсулиновой помпы.In one embodiment, the output/display device 27, or a signal device parallel thereto, may provide an insulin dose suggestion based on additional patient parameters (eg, an insulin correction factor) or automatically transmit a signal to a dosing device in the form of an insulin pump.

Устройство 23 обработки также может быть интегрировано в корпус 33 устройства, но оно также может быть выполнено отдельно, например, в мобильном компьютере или мобильном радиоустройстве. В этом случае между компонентами, расположенными в корпусе 33, в частности измерительным устройством 7 и устройством 23 обработки данных, должен быть предусмотрен интерфейс связи, например, посредством радиостандарта. Корпус 33 может быть выполнен в виде переносного корпуса, например, также в виде корпуса, который можно носить на запястье человека как наручные часы (носимые). В другом варианте осуществления лазерное устройство также может быть расположено вне корпуса и может быть подключено для измерения. Связь может быть реализована, например, с помощью волоконно-оптического световода и/или так, что возбуждающий луч лазерного устройства для измерения подходящим образом ориентирован путем приложения лазерного устройства к опорной поверхности корпуса относительно измерительного элемента.The processing device 23 may also be integrated into the device body 33, but it may also be implemented separately, for example, in a mobile computer or a mobile radio device. In this case, a communication interface must be provided between the components located in the housing 33, in particular the measuring device 7 and the data processing device 23, for example via a radio standard. The housing 33 may be designed as a portable housing, for example, also as a housing that can be worn on a person's wrist as a wristwatch (wearable). In another embodiment, the laser device can also be located outside the housing and can be connected for measurement. The communication can be realized, for example, using a fiber optic light guide and/or such that the excitation beam of the laser measuring device is suitably oriented by applying the laser device to the supporting surface of the housing relative to the measuring element.

На фиг.14 показан вид сверху подложки 100, которая несет источник 4 возбуждающего света, например, в виде лазерного устройства, в частности, лазерной массива. Кроме того, подложка 100 несет источник 5 детекторного света и измерительное устройство 7, например, в виде чувствительного к излучению полупроводникового компонента для измерения интенсивности детекторного света. Каждый из элементов 4, 5 или 7 также может быть полностью или частично интегрирован в полупроводниковую структуру подложки 100 или может быть получен из нее с помощью микромеханической технологии производства и, например, легирования. Подложка имеет световоды 101, 102, 103, которые либо полностью либо частично интегрированы в подложку, либо прикреплены к ней как волоконно-оптические световоды, например, в V-образных канавках, которые позиционируют световоды с достаточной точностью. Световод 101 направляет возбуждающий луч/возбуждающее излучение, тогда как световоды 102, 103 направляют детекторный свет/детекторное излучение.FIG. 14 shows a top view of a substrate 100 which carries an excitation light source 4, for example in the form of a laser device, in particular a laser array. In addition, the substrate 100 carries a detector light source 5 and a measurement device 7, for example, in the form of a radiation-sensitive semiconductor component for measuring the intensity of the detector light. Each of the elements 4, 5 or 7 may also be fully or partially integrated into the semiconductor structure of the substrate 100 or may be produced therefrom by micromechanical manufacturing techniques and, for example, doping. The substrate has light guides 101, 102, 103, which are either fully or partially integrated into the substrate, or attached to it as fiber optic light guides, for example, in V-shaped grooves that position the light guides with reasonable accuracy. The light guide 101 directs the excitation beam/excitation radiation, while the light guides 102, 103 guide the detection light/detector radiation.

Как можно видеть, в частности, на фиг.15, подложка 100 имеет микромеханически точно подогнанную выемку 105, в которую может быть вставлена ​​дополнительная подложка 1а таким образом, чтобы один или несколько световодов 101, 102, 103 находились непосредственно впереди. соответствующих соединительных световодов (не показаны) дополнительной подложки, так что направляемое излучение может быть введено непосредственно в световод дополнительной подложки 1a и может быть снова отведено от них к световоду измерительного устройства/детектора 7. Для этого также могут быть предусмотрены соединительные элементы, которые увеличивают эффективность соединения. Подложка 1a затем имеет, например, как показано на фиг.16 и сопоставимой фиг.12, интегрированный световод, который направляет возбуждающий свет на измерительную поверхность. Кроме того, подложка 1а имеет встроенный интерферометрический элемент с интегрированными соединительными световодами. Измерительная поверхность может лежать на одной из двух сторон подложек 100, 1а. Если измерительная поверхность находится на нижней стороне на фиг.15, в подложке 100 может быть выполнено окно 106 как непрерывная выемка внутри выемки 105.As can be seen in particular in FIG. 15, the substrate 100 has a micromechanically fine-tuned recess 105 into which an additional substrate 1a can be inserted so that one or more light guides 101, 102, 103 are immediately in front. corresponding connecting light guides (not shown) of the additional substrate, so that the guided radiation can be introduced directly into the light guide of the additional substrate 1a and can be transferred from them again to the light guide of the measuring device/detector 7. Connecting elements can also be provided for this purpose, which increase the efficiency connections. The substrate 1a then has, for example, as shown in FIG. 16 and the comparable FIG. 12, an integrated light guide which directs the excitation light to the measurement surface. In addition, the substrate 1a has a built-in interferometric element with integrated connecting light guides. The measuring surface may lie on one of two sides of the substrates 100, 1a. If the sensing surface is on the underside in FIG. 15, a window 106 may be formed in the substrate 100 as a continuous recess within the recess 105.

На фиг.17, как и на фиг.18-22, показано поперечное сечение подложки 1а, в которую встроена первая световодная структура 6 как часть детекторного устройства. Для большей ясности штриховка участков среза опущена. Измерительная поверхность 2 находится на фигурах в верхней части подложки 1а. В качестве иллюстрации человеческий палец 107 показан на фиг.17, а также на фиг.20, в качестве примерного объекта измерения, вещество которого должно быть проанализировано. Палец помещается для анализа на измерительную поверхность 2.17, like FIGS. 18 to 22, shows a cross-section of a substrate 1a into which a first light guide structure 6 is embedded as part of a detector device. For clarity, the shading of the cut sections has been omitted. The measuring surface 2 is located on the figures in the upper part of the substrate 1a. By way of illustration, a human finger 107 is shown in FIG. 17, as well as in FIG. 20, as an exemplary measurement object whose substance is to be analyzed. The finger is placed on measuring surface 2 for analysis.

На фиг.17-22 показаны подложки, материал которых является проницаемым или, по меньшей мере, частично проницаемым для возбуждающего луча 10 в инфракрасном диапазоне или в обычном диапазоне длин волн возбуждающего луча. Это касается, например, кремниевой подложки для инфракрасного диапазона. Таким образом, возбуждающий луч может быть направлен через материал подложки или, по меньшей мере, через слой с ограниченной толщиной на измерительной поверхность и через нее в вещество, которое необходимо измерить. В таком случае нет необходимости обеспечивать сквозное отверстие в подложке для возбуждающего луча 10. Возбуждающий луч может быть направлен мимо первой световодной структуры 6 или через нее. Часть пути, по которому возбуждающий луч проходит в измерительном элементе, также может лежать в выемке/полости. Для этого в измерительном элементе может быть предусмотрена выемка, по меньшей мере, на участках. Например, тонкий слой подложки может оставаться в области измерительной поверхности. Однако, на участках измерительного элемента также может быть предусмотрена вставка из материала в виде световода, изготовленного из материала, который более проницаем для возбуждающего луча, чем материал подложки.FIGS. 17-22 show substrates whose material is permeable or at least partially permeable to the excitation beam 10 in the infrared range or in the normal wavelength range of the excitation beam. This applies, for example, to a silicon substrate for the infrared range. In this way, the excitation beam can be directed through the substrate material, or at least through a layer of limited thickness on the measuring surface, and through it into the substance to be measured. In such a case, there is no need to provide a through hole in the substrate for the excitation beam 10. The excitation beam can be directed past or through the first light guide structure 6. Part of the path along which the exciting beam passes through the measuring element may also lie in a recess/cavity. For this purpose, a recess can be provided in the measuring element, at least in sections. For example, a thin layer of substrate may remain in the area of the measuring surface. However, a material insert in the form of a light guide made of a material that is more permeable to the excitation beam than the substrate material may also be provided in the portions of the measuring element.

На фиг.17-22 и 23-25 показаны различные конструкции для направления возбуждающего луча. Детекторное устройство опущено для ясности. Конечно, все описанные конструкции детекторного устройства могут быть реализованы в сочетании с конструкциями для направления возбуждающего луча, показанными на фиг.17-25.FIGS. 17-22 and 23-25 show various designs for guiding the excitation beam. The detector device has been omitted for clarity. Of course, all of the described detector device structures can be implemented in combination with the excitation beam guiding structures shown in FIGS. 17-25.

На стороне измерительного элемента или подложки 1a, противоположной измерительной поверхности 2, в подложку интегрирована линза 108, 108', 108'', в частности, сформированная материалом подложки и, например, с помощью способа со снятием материала, в частности, путем травления, выполнена из материала подложки.On the side of the measuring element or substrate 1a opposite the measuring surface 2, a lens 108, 108', 108'' is integrated into the substrate, in particular formed by the material of the substrate and, for example, using a material removal method, in particular by etching, made from the substrate material.

Три примера возможных форм линз показаны на фиг.17-22, при этом первая линза показана на фиг.17 и 20, вторая линза - на фиг.18 и 21, а третья линза - на фиг.19 и 22.Three examples of possible lens shapes are shown in FIGS. 17-22, with the first lens shown in FIGS. 17 and 20, the second lens in FIGS. 18 and 21, and the third lens in FIGS. 19 and 22.

Первая линза 108 соответствует нормально преломляющей выпуклой рефракционной собирающей линзе, вторая линза 108' соответствует собирающей линзе (рефрактивной) в разрезе Френеля (киноформная линза), а третья линза соответствует дифракционной линзе, которая фокусирует возбуждающий луч 10 посредством дифракции на концентрической решетчатой структуре.The first lens 108 corresponds to a normally refractive convex refractive converging lens, the second lens 108' corresponds to a converging Fresnel (refractive) lens (cineform lens), and the third lens corresponds to a diffractive lens that focuses the excitation beam 10 by diffraction onto a concentric grating structure.

Оптические оси линз могут быть соответственно перпендикулярны измерительной поверхности 2, так что источник возбуждающего света может излучать непосредственно через подложку 1а. Однако, оптические оси также могут быть наклонены по отношению к нормали к измерительной поверхности 2, чтобы обеспечить возможность компактного размещения источника возбуждающего света под наклоном к подложке.The optical axes of the lenses may be suitably perpendicular to the measuring surface 2, so that the excitation light source can be emitted directly through the substrate 1a. However, the optical axes can also be inclined with respect to the normal to the measuring surface 2 to allow compact placement of the excitation light source at an angle to the substrate.

На фиг.20, 21, 22 показаны формы линз 108, 108', 108'' на подложке 1a с возбуждающими лучами 10 и сфокусированными на анализируемом веществе пучками 10a лучей.FIGS. 20, 21, 22 show the shapes of lenses 108, 108', 108'' on a substrate 1a with excitation beams 10 and ray beams 10a focused on the analyte.

На фиг.17-22 интерферометрические элементы предусмотрены рядом с измерительной поверхностью в подложке, но эти фигуры в основном показывают направление возбуждающего луча 10.In FIGS. 17-22, interferometric elements are provided adjacent to the sensing surface in the substrate, but these figures generally show the direction of the excitation beam 10.

На фиг.23 измерительный элемент 1 со слоем 1' датчика показан в поперечном сечении, в котором возбуждающий луч 10 направляется от лазерного устройства 3 в световод 126, который проходит через измерительный элемент 1 до слоя 1'. Световод 126 также может проходить через слой 1' к измерительной поверхности 2, но также может быть предусмотрено, что либо в слое 1' выполнено углубление для возбуждающего луча 10, либо возбуждающий луч проходит через материал слоя 1'. Определенная толщина слоя подложки, которая в показанном примерном варианте осуществления образует измерительный элемент 1, также может оставаться перед измерительной поверхностью или перед слоем 1', и по ней может проходить возбуждающий луч 10. В области измерительной поверхности 2, например, непосредственно рядом с измерительной поверхностью 2 и/или внутри слоя 1', может быть предусмотрена линза 140 для фокусировки возбуждающего луча 10 на точку в исследуемом веществе. Световод 126 проходит прямо от лазерного устройства 4 к измерительной поверхности 2 и проходит через детекторное устройство в виде интерферометрического элемента (подробно не показан) в слое 1' или в подложке 1. Световод также может, например, если лазерное устройство 4' расположено сбоку рядом с измерительным элементом, частично или полностью проходить по поверхности и вдоль поверхности измерительного элемента 1 (см. фиг. 25). На фиг.23 световод 127 проходит от лазерного устройства 4' сначала на первой части своей длины у или на поверхности измерительного элемента, чтобы затем проходить на второй части своей длины, как световод 126, через измерительный элемент. Возбуждающий луч может быть отражен в области изменения направления световода, например, от зеркала, или световод может быть изогнут. Такой световод 126, 127 может быть интегрирован в материал измерительного элемента 1 в производственном процессе (например, с помощью технологии SOI кремний на изоляторе) или в качестве волоконно-оптического световода, соединенного с ним, например, путем склеивания, или световод можно интегрировать по части его длины и на одной другой части его длины в виде волоконно-оптического световода.In FIG. 23, the measuring element 1 with the sensor layer 1' is shown in cross section, in which the excitation beam 10 is directed from the laser device 3 into a light guide 126, which passes through the measuring element 1 to the layer 1'. The light guide 126 can also pass through the layer 1' to the measuring surface 2, but it can also be provided that either a recess is provided in the layer 1' for the excitation beam 10, or the excitation beam passes through the material of the layer 1'. A certain thickness of the substrate layer, which in the exemplary embodiment shown forms the measuring element 1, can also remain in front of the measuring surface or in front of the layer 1', and the exciting beam 10 can pass through it. In the area of the measuring surface 2, for example, directly next to the measuring surface 2 and/or within the layer 1', a lens 140 may be provided to focus the excitation beam 10 onto a point in the test substance. The light guide 126 extends directly from the laser device 4 to the measuring surface 2 and passes through a detector device in the form of an interferometric element (not shown in detail) in the layer 1' or substrate 1. The light guide can also, for example, if the laser device 4' is located laterally next to measuring element, partially or completely pass over the surface and along the surface of the measuring element 1 (see Fig. 25). In FIG. 23, the light guide 127 extends from the laser device 4' first along a first part of its length at or on the surface of the measuring element and then extends over a second part of its length, like the light guide 126, through the measuring element. The excitation beam may be reflected in a region where the direction of the light guide changes, for example from a mirror, or the light guide may be curved. Such light guide 126, 127 can be integrated into the material of the measuring element 1 in a manufacturing process (for example, using SOI silicon on insulator technology) or as a fiber optic light guide connected thereto, for example by gluing, or the light guide can be integrated in part its length and on one other part of its length in the form of a fiber-optic light guide.

Как можно видеть в двух различных вариантах конструкции световода на фиг.24, также может быть предусмотрен изогнутый световод 133, 134, который проводит возбуждающий луч 10 из положения на измерительном элементе 1, в котором находится лазерное устройство, к измерительной поверхности 2 приводит. Поскольку направление световода 133, 134 может быть реализовано относительно свободно, можно поддерживать минимальное расстояние между областью, через которую проходит возбуждающий луч, и детекторной областью. Возбуждающий луч 10 может также попадать на измерительную поверхность 2 под углом к измерительной поверхности 2, например, под углом от 0 до 60 градусов, в частности от 0 до 45 градусов к нормали к поверхности измерительной поверхности 2, и проходить через нее. As can be seen in the two different light guide designs in FIG. 24, a curved light guide 133, 134 may also be provided which conducts the excitation beam 10 from a position on the measuring element 1 in which the laser device is located to the measuring surface 2. Since the direction of the light guide 133, 134 can be implemented relatively freely, it is possible to maintain a minimum distance between the region through which the excitation beam passes and the detector region. The excitation beam 10 may also strike the measuring surface 2 at an angle to the measuring surface 2, for example at an angle from 0 to 60 degrees, in particular from 0 to 45 degrees to the normal to the surface of the measuring surface 2, and pass through it.

Из-за малой глубины проникновения в анализируемое вещество область вещества, в которой возбуждающий луч 10 взаимодействует с ним, находится, несмотря на наклонное направление облучения, непосредственно под детекторным устройством, которое может быть реализовано, например, в виде интерферометрического элемента. Изогнутые световоды 133, 134 могут, например, быть проложены, по меньшей мере, на участках в виде волоконно-оптических световодов в отверстии или аналогичной выемке в измерительном элементе 1 и приклеены или залиты там.Due to the small depth of penetration into the analyzed substance, the region of the substance in which the exciting beam 10 interacts with it is located, despite the inclined direction of irradiation, directly under the detector device, which can be implemented, for example, in the form of an interferometric element. The curved light guides 133, 134 can, for example, be routed at least in portions as fiber optic light guides in a hole or similar recess in the measuring element 1 and glued or embedded there.

Как показано на фиг.25, световод 135, 136, 137, 138 также может быть предусмотрен для направления возбуждающего луча 10, который, например, проходит в нескольких направлениях и/или в двух или трех взаимно перпендикулярных направлениях на одной или два или три примыкающих друг к другу различных поверхностях измерительного корпуса 1. Такой световод 135, 136, 137, 138 может быть интегрирован в соответствующий измерительный элемент, например, подобно световодам, показанным на фиг.23 и 24. Это особенно легко реализовать на поверхности измерительного элемента посредством технологии SOI или, в зависимости от материала измерительного элемента 1, в соответствующей технологии твердотельного производства. Для этого в кремниевую подложку может быть введен световод, который покрыт слоями оксида кремния или другими слоями, и отделен от подложки. Для этого в подложке можно сначала протравить или напылить подходящую выемку, чтобы затем соответствующим образом нанести материал покрытия и световода. В этом случае покрытие световода может, например, заканчиваться заподлицо с поверхностью измерительного элемента, так что световод не выступает за измерительный элемент 1. Проведение световода 135, 136, 137, 138 вдоль поверхностей измерительного элемента предотвращает взаимодействие возбуждающего луча с детекторным устройством. Последний световод 138 затем заканчивается в области, в которой возбуждающий луч 10 должен войти в анализируемое вещество 3. Там на конце световода 138 может быть предусмотрен элемент, который направляет возбуждающий луч в вещество 3, например зеркало.As shown in FIG. 25, the light guide 135, 136, 137, 138 may also be provided for guiding the excitation beam 10, which, for example, extends in multiple directions and/or in two or three mutually perpendicular directions on one or two or three adjacent to each other on different surfaces of the measuring body 1. Such a light guide 135, 136, 137, 138 can be integrated into the corresponding measuring element, for example like the light guides shown in FIGS. 23 and 24. This is particularly easy to implement on the surface of the measuring element using SOI technology or, depending on the material of the measuring element 1, in the corresponding solid-state manufacturing technology. To do this, a light guide, which is coated with layers of silicon oxide or other layers, can be inserted into the silicon substrate and separated from the substrate. To do this, a suitable recess can be etched or sprayed into the substrate first, and then the coating and light guide material can be applied accordingly. In this case, the cover of the light guide may, for example, end flush with the surface of the measuring element, so that the light guide does not protrude beyond the measuring element 1. Running the light guide 135, 136, 137, 138 along the surfaces of the measuring element prevents interaction of the excitation beam with the detector device. The last light guide 138 then ends in the region in which the excitation beam 10 is to enter the analyte 3. There, an element may be provided at the end of the light guide 138 that directs the excitation beam into the substance 3, such as a mirror.

Применительно к участку фиг.25, показанному кружком 142 в правом нижнем углу на фиг.25, показано, что световод 138 также может быть расположен в показанной пунктиром канавке измерительного элемента 1, которая проходит под углом к измерительной поверхности 2, таким образом, что продольная ось световода ориентирована параллельно днищу 141 канавки через измерительную поверхность 2 на вещество 3, которое должно быть проанализировано.With reference to the portion of FIG. 25, shown by circle 142 in the lower right corner of FIG. 25, it is shown that the light guide 138 can also be located in the dotted groove of the measuring element 1, which extends at an angle to the measuring surface 2, such that the longitudinal the axis of the light guide is oriented parallel to the bottom 141 of the groove through the measuring surface 2 to the substance 3 that is to be analyzed.

Настоящая заявка на патент относится (как уже упоминалось), в дополнение к описанным выше объектам формулы изобретения и примерным вариантам осуществления, также к следующим аспектам. Эти аспекты или некоторые их признаки могут быть объединены индивидуально или по группам с признаками формулы изобретения. Аспекты также представляют собой независимые изобретения, рассматриваемые по отдельности или в сочетании друг с другом или с объектом формулы изобретения. Заявитель оставляет за собой право сделать эти изобретения предметом формулы изобретения позднее. Это может быть осуществлено в контексте настоящей заявки, а также последующих выделенных заявок или последующих заявок с испрашиванием приоритета настоящей заявки.The present patent application relates (as already mentioned), in addition to the above-described subject matter of the claims and exemplary embodiments, also to the following aspects. These aspects or some of their features may be combined individually or in groups with the features of the claims. Aspects also constitute independent inventions, considered individually or in combination with each other or with the subject matter of the claims. The applicant reserves the right to make these inventions the subject of claims at a later date. This may be done in the context of the present application, as well as subsequent divisional applications or subsequent applications claiming priority of the present application.

Аспекты настоящего изобретения:Aspects of the present invention:

1) Способ анализа вещества в теле, включающий:1) A method for analyzing a substance in the body, including:

- излучение возбуждающего света (возбуждающего луча) с одной или несколькими конкретными длинами волн возбуждения через первую область поверхности тела,- emitting excitation light (excitation beam) with one or more specific excitation wavelengths through a first region of the body surface,

- модуляцию интенсивности луча возбуждающего света с одной или несколькими частотами, в частности одна за другой, с помощью механического, электрического или оптического прерывателя, в частности, путем электронного управления источником возбуждающего света, устройством регулировки резонатора возбуждающего лазера, служащего в качестве источника возбуждения света, или подвижного зеркального устройства, регулируемого дифракционного устройства, устройства со шторками или зеркального устройства, которое соединено с двигателем, таким как шаговый двигатель, или с МЭМС, или слоем на пути луча, который может контролироваться в отношении пропускания или отражения, а также детектирование ответного сигнала с временным разрешением,- modulating the intensity of the excitation light beam with one or more frequencies, in particular one after the other, by means of a mechanical, electrical or optical chopper, in particular by electronically controlling the excitation light source, an adjustment device for the excitation laser resonator serving as the excitation light source, or a movable mirror device, an adjustable diffraction device, a shutter device, or a mirror device that is coupled to a motor, such as a stepper motor, or to a MEMS or layer in the beam path that can be controlled for transmission or reflection, as well as detecting a response signal with time resolution,

- с помощью детекторного устройства, расположенного снаружи тела, причем ответный сигнал возникает из-за эффекта зависящего от длины волны поглощения луча возбуждающего света луча в теле и излучения волны температуры и/или тепловой волны на детекторное устройство.- using a detector device located outside the body, wherein the response signal arises due to the effect of wavelength-dependent absorption of the exciting light beam in the body and the emission of a temperature wave and/or a thermal wave onto the detector device.

Детекторное устройство может, например, содержать оптическую среду/измерительный элемент с детекторной областью, которая, в частности, примыкает или непосредственно примыкает к измерительной поверхности (которая соответствует граничной поверхности измерительного элемента, находящейся в контакте с веществом, подлежащим измерению), и которая в случае изменений давления или температуры вследствие изменения ее показателя преломления влияет на луч детекторного света, который проходит через измерительный элемент. В частности, на интенсивность детекторного света могут влиять изменения давления и/или температуры.The detector device may, for example, comprise an optical medium/measuring element with a detector region which, in particular, is adjacent or directly adjacent to the measuring surface (which corresponds to the boundary surface of the measuring element in contact with the substance to be measured), and which, if changes in pressure or temperature due to changes in its refractive index affect the beam of detector light that passes through the measuring element. In particular, the intensity of the detector light may be affected by changes in pressure and/or temperature.

Детектор/детекторное устройство может, например, иметь световод, интегрированный на подложке, в частности, с использованием технологии «кремний на изоляторе». Кремний, например, используется в качестве световода. Также возможно использование SiN, причем световод, по меньшей мере, частично покрыт оксидом кремния, показатель преломления которого отличается от показателя преломления Si или SiN.The detector/detector device may, for example, have a light guide integrated on the substrate, in particular using silicon-on-insulator technology. Silicon, for example, is used as a light guide. It is also possible to use SiN, wherein the light guide is at least partially coated with silicon oxide, the refractive index of which is different from that of Si or SiN.

В одном варианте осуществления модуляция может происходить посредством интерференции или влияния на фазу или поляризацию излучения от передающего возбуждающего устройства, в частности, если оно содержит лазерное световое устройство. Модуляция также может быть реализована путем управления активно работающим пьезоэлементом, который является частью или компонентом измерительного элемента и у которого свойства пропускания или отражения или отражательная способность могут контролироваться с помощью регулятора напряжения на пьезоэлементе. Ответные сигналы могут быть, например, интенсивностями или углами отклонения отраженного измерительного луча или сигналами напряжения от детектора, работающего с пьезоэффектом.In one embodiment, modulation may occur by interference with or influencing the phase or polarization of radiation from the transmitting drive device, particularly if it contains a laser light device. Modulation can also be achieved by controlling an actively operating piezo element which is part or component of the measuring element and whose transmittance or reflection properties or reflectivity can be controlled by a voltage regulator on the piezo element. The response signals can be, for example, intensities or angles of deflection of the reflected measuring beam or voltage signals from a detector operating with a piezoelectric effect.

2) Способ согласно аспекту 1, отличающийся тем, что возбуждающий свет/возбуждающий луч генерируется несколькими излучателями или несколькими совместными излучателями, в частности, в виде лазерного массива, которые излучают свет с разными длинами волн одновременно или один за другим, или в импульсных комбинациях, также поочередно.2) The method according to aspect 1, characterized in that the excitation light/excitation beam is generated by several emitters or several joint emitters, in particular in the form of a laser array, which emit light of different wavelengths simultaneously or one after the other, or in pulsed combinations, also alternately.

3) Способ согласно любому из аспектов 1 или 2, включающий этапы:3) A method according to any one of aspects 1 or 2, comprising the steps of:

- установление контакта между оптической средой/измерительным элементом и поверхностью тела, так что по меньшей мере одна область поверхности измерительного элемента (например, измерительная поверхность) находится в контакте с первой областью поверхность тела;- establishing contact between the optical medium/measuring element and the surface of the body, such that at least one surface region of the measuring element (for example, the measuring surface) is in contact with the first region of the body surface;

- излучение светового возбуждающего луча с длиной волны возбуждения в объем, лежащий в веществе ниже первого участка поверхности, в частности, через участок поверхности оптической среды, который находится в контакте с первым участком поверхности вещества,- emission of an exciting light beam with an excitation wavelength into a volume lying in the substance below the first surface area, in particular, through a surface area of the optical medium that is in contact with the first surface area of the substance,

- измерение температуры или изменения температуры и/или изменения давления в первой зоне поверхности измерительного элемента оптическим способом,- measuring temperature or temperature change and/or pressure change in the first zone of the surface of the measuring element by optical means,

- анализ вещества на основе обнаруженного повышения температуры в зависимости от длины волны луча возбуждающего света. Этот процесс может быть выполнен в одном измерении для разных частот модуляции, а результаты для разных частот модуляции могут быть объединены друг с другом.- analysis of a substance based on the detected temperature increase depending on the wavelength of the exciting light beam. This process can be performed in one dimension for different modulation frequencies, and the results for different modulation frequencies can be combined with each other.

4) Способ согласно любому из аспектов 1-3, отличающийся тем, что луч детекторного света генерируется тем же источником света, который генерирует луч возбуждающего света. 4) The method according to any one of aspects 1 to 3, characterized in that the detector light beam is generated by the same light source that generates the excitation light beam.

5) Способ согласно аспекту 1 или любому из предыдущих или последующих, отличающийся тем, что световой возбуждающий луч представляет собой модулированный по интенсивности, в частности, импульсный световой возбуждающий луч, в частности, в инфракрасном спектральном диапазоне, в частности, частота модуляции находится между 1 Гц и 10 кГц, предпочтительно в пределах от 10 Гц и 3000 Гц.5) The method according to aspect 1 or any of the previous or subsequent ones, characterized in that the light excitation beam is an intensity modulated, in particular a pulsed light excitation beam, in particular in the infrared spectral range, in particular the modulation frequency is between 1 Hz and 10 kHz, preferably between 10 Hz and 3000 Hz.

6) Способ в соответствии с аспектом 1 или одним из предшествующих или последующих, отличающийся тем, что свет светового возбуждающего луча(ей) генерируется интегрированным устройством с несколькими отдельными лазерами, в частности, лазерным массивом, одновременно или один за другим, или частично одновременно и частично один за другим.6) The method according to aspect 1 or one of the preceding or subsequent ones, characterized in that the light of the light excitation beam(s) is generated by an integrated device with several individual lasers, in particular a laser array, simultaneously or one after the other, or partially simultaneously and partly one after the other.

7) Способ согласно аспекту 1 или любому из предыдущих или последующих, отличающийся тем, что распределение интенсивности ответных сигналов определяют из ответных сигналов, полученных при различных частотах модуляции светового возбуждающего луча, в зависимости от глубины ниже поверхности, на которой возникают ответные сигналы.7) The method according to aspect 1 or any of the previous or subsequent ones, characterized in that the intensity distribution of the response signals is determined from the response signals obtained at different modulation frequencies of the excitation light beam, depending on the depth below the surface at which the response signals occur.

8) Способ согласно аспекту 1 или любому из предшествующих или последующих, отличающихся тем, что по фазовому положению ответных сигналов, то есть определенной кривой температуры и/или давления в анализируемом веществе, измеренной по кривой интенсивности детекторного света в отношении фазы модулированного светового возбуждающего луча при одной или разных частотах модуляции светового возбуждающего луча, определяют распределение интенсивности ответных сигналов как функцию глубины ниже поверхности, на которой возникают ответные сигналы.8) The method according to aspect 1 or any of the preceding or subsequent ones, characterized in that by the phase position of the response signals, that is, a certain temperature and/or pressure curve in the analyte measured from the detector light intensity curve with respect to the phase of the modulated excitation light beam at at the same or different modulation frequencies of the excitation light beam, determine the intensity distribution of the response signals as a function of the depth below the surface at which the response signals occur.

9) Способ согласно аспекту 7 или 8, отличающийся тем, что для определения распределения интенсивности ответных сигналов в зависимости от глубины под поверхностью результаты измерений с различными частотами модуляции взвешивают и связывают друг с другом.9) The method according to aspect 7 or 8, characterized in that to determine the intensity distribution of the response signals depending on the depth below the surface, the measurement results with different modulation frequencies are weighed and related to each other.

10) Способ согласно аспекту 7, 8 или 9, отличающийся тем, что из определенного распределения интенсивности по глубине под поверхностью тела определяют плотность вещества для вещества, поглощающего световой возбуждающий луч в определенных диапазонах длин волн на определенной глубине или в диапазоне глубин.10) The method according to aspect 7, 8 or 9, characterized in that from the determined intensity distribution along the depth below the surface of the body, the substance density is determined for the substance absorbing the light excitation beam in certain wavelength ranges at a certain depth or depth range.

11) Способ согласно аспекту 1 или любому из предыдущих или последующих, отличающийся тем, что непосредственно до или после или во время детектирования ответного сигнала (сигналов) проводят по меньшей мере одно биометрическое измерение на теле в первой области поверхности, в которой осуществляется анализ вещества, или в непосредственной близости к ней, в частности, измерение отпечатка пальца, и тело, в частности, человек, идентифицируются и, в частности, детектированию ответных сигналов ставятся в соответствие опорные значения (значения калибровки), связанные с идентификацией человека.11) The method according to aspect 1 or any of the previous or subsequent ones, characterized in that immediately before or after or during detection of the response signal(s), at least one biometric measurement is taken on the body in the first area of the surface in which the substance is analyzed, or in close proximity to it, in particular, the fingerprint measurement, and the body, in particular the person, are identified and, in particular, reference values (calibration values) associated with the identification of the person are assigned to the detection of response signals.

Биометрическое измерение может также включать измерение спектра ответных сигналов при прохождении через спектр возбуждающего светового луча. Оценивая спектр, можно определить профиль веществ, присутствующих в организме, и их количество или соотношение плотности, что может позволить идентифицировать человека.Biometric measurement may also include measuring the spectrum of response signals as the exciting light beam passes through the spectrum. By assessing the spectrum, it is possible to determine the profile of substances present in the body and their quantity or density ratio, which can allow identification of a person.

12) Устройство для анализа вещества,12) Device for analyzing a substance,

с устройством для излучения одного или нескольких световых возбуждающих лучей, каждый со своей длиной волны возбуждения, в объем, лежащий в веществе ниже первой области его поверхности, с устройством для модуляции светового возбуждающего луча, которое образовано с помощью устройства модуляции источника излучения, в частности, его управления, устройства интерференция, модулирующего устройства фазы или поляризации и/или, по меньшей мере, одного управляемого зеркала расположенного на пути луча, и/или слоя, расположенного на пути луча, который является регулируемым с точки зрения его прозрачности, а также с детекторным устройством для детектирования зависимого от времени ответного сигнала в зависимости от длины волны возбуждения света и модуляции интенсивности возбуждающего света, и с устройством для анализа вещества на основе детектированных ответных сигналов.with a device for emitting one or more light excitation beams, each with its own excitation wavelength, into a volume lying in the substance below a first region of its surface, with a device for modulating the light excitation beam, which is formed by means of a radiation source modulation device, in particular, its control, an interference device, a phase or polarization modulating device and/or at least one controllable mirror located in the path of the beam, and/or a layer located in the path of the beam, which is adjustable in terms of its transparency, as well as with a detector a device for detecting a time-dependent response signal depending on the wavelength of the excitation light and modulation of the intensity of the excitation light, and a device for analyzing a substance based on the detected response signals.

13) Устройство согласно аспекту 16 с устройством для определения ответных сигналов отдельно для различных частот модуляции интенсивности и/или с устройством для определения ответных сигналов в зависимости от положения фазы соответствующего ответного сигнала относительно фазы модуляции светового возбуждающего луча, в частности, в зависимости от частоты модуляции светового возбуждающего луча.13) Device according to aspect 16 with a device for determining response signals separately for different intensity modulation frequencies and/or with a device for determining response signals depending on the phase position of the corresponding response signal relative to the modulation phase of the excitation light beam, in particular depending on the modulation frequency light exciting beam.

14) Устройство для анализа вещества согласно аспекту 12 или 13, с измерительным элементом для установления контакта поверхности (например, так называемой измерительной поверхности) с первым участком поверхности вещества, и с14) A device for analyzing a substance according to aspect 12 or 13, with a measuring element for contacting a surface (for example, a so-called measuring surface) with a first portion of the surface of the substance, and with

устройством для излучения светового возбуждающего луча с одной или несколькими длинами волн возбуждения в объем, лежащий в веществе ниже первого участка поверхности, в частности, через участок поверхности измерительного элемента (измерительная поверхность), который находится в контакте с поверхностью вещества, а также a device for emitting a light excitation beam with one or more excitation wavelengths into a volume lying in a substance below a first surface portion, in particular through a surface portion of a measuring element (measuring surface) that is in contact with the surface of the substance, and

с устройством измерения ответных сигналов в виде изменений температуры и/или давления в области внутри измерительного элемента в непосредственной близости от измерительной поверхности (с помощью детекторного устройства), которая контактирует с первой областью поверхности материала, при помощи оптического способа, который основан на детекторном луче, а также with a device for measuring response signals in the form of changes in temperature and/or pressure in a region inside the measuring element in the immediate vicinity of the measuring surface (using a detector device) that is in contact with a first region of the surface of the material, using an optical method that is based on a detector beam, and

с устройством для анализа вещества на основе детектированных ответных сигналов в виде изменений температуры/изменения давления в зависимости от длины волны возбуждающего светового пучка и интенсивностей модуляция светового возбуждающего луча, в частности частоты модуляции светового возбуждающего луча.with a device for analyzing a substance based on detected response signals in the form of temperature changes/pressure changes depending on the wavelength of the exciting light beam and the modulation intensities of the exciting light beam, in particular the modulation frequency of the exciting light beam.

15) Устройство согласно аспекту 18, отличающееся тем, что источник возбуждающего света и/или источник детекторного света механически жестко соединены непосредственно с измерительным элементом.15) The device according to aspect 18, characterized in that the excitation light source and/or the detection light source is mechanically rigidly connected directly to the measuring element.

Источник возбуждающего света и/или источник детекторного света может, соответственно, быть соединен непосредственно со световодом первой или второй световодной структуры, который предусмотрен внутри, у или на измерительном элементе и может быть интегрирован в него. Источник возбуждающего света и/или источник детекторного света также могут быть соединены с первой или второй световодной структурой вышеупомянутого типа посредством соответствующего волоконно-оптического световода.The excitation light source and/or the detection light source may accordingly be directly coupled to and integrated into a light guide of the first or second light guide structure that is provided in, at, or on the measuring element. The excitation light source and/or the detection light source may also be connected to the first or second light guide structure of the above type through a corresponding optical fiber light guide.

16) Устройство в соответствии с аспектом 18, 19 или 20, отличающееся тем, что измерительный элемент непосредственно содержит оптику для формирования луча и/или что оптика для формирования луча интегрирована в измерительный элемент.16) The device according to aspect 18, 19 or 20, characterized in that the measuring element directly contains beamforming optics and/or that the beamforming optics are integrated into the measuring element.

17) Устройство согласно любому из аспектов с 12 по 16, отличающееся тем, что устройство имеет носимый корпус, который может быть прикреплен к телу человека, причем устройство для излучения одного или нескольких световых возбуждающих лучей и детекторное устройство для определения зависимого от времени ответного сигнала расположены и настроены таким образом, что вещество, подлежащий анализу, во время работы, когда устройство носится на теле, находится на стороне корпуса, обращенной от тела, в частности, что измерительная поверхность измерительного элемента находится на стороне, противоположной телу.17) The device according to any one of aspects 12 to 16, characterized in that the device has a wearable body that can be attached to the human body, and a device for emitting one or more light excitation beams and a detector device for detecting a time-dependent response signal are located and configured in such a way that the substance to be analyzed, during operation when the device is worn on the body, is on the side of the housing facing away from the body, in particular that the measuring surface of the measuring element is on the side opposite the body.

18) Устройство по любому из аспектов с 12 по 16, отличающееся тем, что устройство имеет носимый корпус, который может быть прикреплен к телу человека, и что корпус устройства имеет окно, прозрачное для светового возбуждающего луча, на своей стороне, которая, при предполагаемом положении ношения, обращена от тела.18) The device according to any one of aspects 12 to 16, characterized in that the device has a wearable body that can be attached to the human body, and that the device body has a window transparent to the light excitation beam on its side, which, when intended wearing position, facing away from the body.

Окно можно расположить прямо перед измерительным корпусом. Окно может быть просто отверстием в корпусе, при этом поверхность окна образована измерительной поверхностью или измерительной поверхностью, лежащей в отверстии. Измерительная поверхность также может находиться за слоем, закрывающим оконный проем, который соединен с измерительной поверхностью таким образом, что волны температуры и/или давления передаются извне на измерительную поверхность.The window can be positioned directly in front of the measuring housing. The window may simply be an opening in the housing, the surface of the window being formed by a measuring surface or a measuring surface lying in the opening. The measuring surface may also be located behind a layer covering the window opening, which is connected to the measuring surface in such a way that temperature and/or pressure waves are transmitted externally to the measuring surface.

19) Устройство для анализа вещества с передающим возбуждающим устройством для генерации, по меньшей мере, одного электромагнитного возбуждающего луча, в частности, светового возбуждающего луча, по меньшей мере, с одной длиной волны возбуждения, с детекторным устройством для детектирования ответного сигнала и устройством для анализа вещества на основании детектированного ответного сигнала.19) A device for analyzing a substance with a transmitting excitation device for generating at least one electromagnetic excitation beam, in particular a light excitation beam, with at least one excitation wavelength, with a detector device for detecting the response signal and an analysis device substances based on the detected response signal.

20) Устройство согласно любому из предшествующих аспектов с 12 по 19, отличающееся тем, что передающее возбуждающее устройство содержит опрашивающий лазер (лазер на кристалле) или светодиод, например светодиод NIR (ближний инфракрасный).20) An apparatus according to any one of the preceding aspects 12 to 19, characterized in that the transmitting drive device comprises an interrogating laser (laser on a chip) or an LED, for example a NIR (near infrared) LED.

21) Устройство согласно любому из предшествующих аспектов с 12 по 20, отличающееся тем, что передающее возбуждающее устройство содержит лазерный зонд, который имеет меньший диаметр луча, чем дополнительный лазер накачки, который образует лазер для генерации возбуждающего луча.21) The device according to any of the preceding aspects 12 to 20, characterized in that the transmitting excitation device includes a laser probe that has a smaller beam diameter than the additional pump laser that forms the laser for generating the excitation beam.

22) Устройство в соответствии с одним из предыдущих аспектов с 12 по 21, отличающееся тем, что устройство разработано для длительного ношении человеком на теле в одном варианте осуществления с помощью удерживающего устройства, соединенного с корпусом, такого как ремень, лента или цепь, или застежки и/или детекторное устройство имеет детекторную область, которая также может быть использована в качестве области отображения информации, например, измеренных значений, времени и/или текстовой информации.22) A device in accordance with one of the previous aspects 12 to 21, characterized in that the device is designed to be worn on the body by a person for an extended period of time, in one embodiment, using a holding device connected to the housing, such as a belt, tape or chain, or fasteners and/or the detector device has a detector area, which can also be used as an area for displaying information, for example, measured values, time and/or text information.

Детекторная область может быть идентична измерительной поверхности или образовывать ее продолжение/расширение.The detector area can be identical to the measuring surface or form its continuation/extension.

23) Устройство в соответствии с предыдущим аспектом 22, отличающееся тем, что устройство имеет отслаивающуюся пленку в области детекторной области/измерительной поверхности, предпочтительно рядом с детекторной областью/измерительной поверхностью, для предварительной обработки поверхности вещества и обеспечения чистой поверхности и/или в одном из вариантов осуществления в случае измерения глюкозы специально для очистки кожи.23) The device in accordance with the previous aspect 22, characterized in that the device has a peelable film in the area of the detection area/measuring surface, preferably adjacent to the detection area/measuring surface, for pre-treating the surface of the substance and providing a clean surface and/or in one of embodiments in the case of measuring glucose specifically for skin cleansing.

24) Устройство согласно любому из предшествующих аспектов с 12 по 23, отличающееся тем, что детекторное устройство настроено для считывания и распознавания отпечатков пальцев, для запроса определенных значений/калибровок человека и/или что оно имеет устройство для распознавания положения пальца, предпочтительно для обнаружения и определения нежелательного перемещения во время измерения.24) A device according to any of the preceding aspects 12 to 23, characterized in that the detection device is configured to read and recognize fingerprints, to request certain values/calibrations of a person and/or that it has a device to recognize the position of a finger, preferably to detect and detecting unwanted movement during measurement.

25) Устройство согласно любому из предшествующих аспектов с 12 по 24, отличающееся тем, что детекторное устройство имеет дисплей результатов, который предпочтительно имеет цветовую кодировку как аналоговый дисплей, в одном варианте осуществления, включает отображение ошибки (например: «100 мг/дл плюс/минус 5 мг/дл») акустически и/или посредством отображения результатов измеренных значений с большим шагом, чем позволяет точность измерения устройства (например, с помощью разноцветного светофорного отображения). В результате, например, о небольших колебаниях, которые могут сбить с толку пользователя, не сообщается.25) The device according to any of the preceding aspects 12 to 24, wherein the detector device has a results display, which is preferably color-coded as an analog display, in one embodiment, includes an error display (for example: "100 mg/dL plus/ minus 5 mg/dl") acoustically and/or by displaying the results of the measured values in larger increments than the measurement accuracy of the device allows (for example, using a multi-colored traffic light display). As a result, for example, small fluctuations that could confuse the user are not reported.

26) Устройство по любому из предшествующих аспектов с 12 по 25, отличающееся тем, что устройство26) The device according to any one of the preceding aspects 12 to 25, characterized in that the device

имеет интерфейсы данных для обмена измеренными данными и для получения данных калибровки или идентификации или других данных с других устройств или облачных систем, например проводные или беспроводные интерфейсы (инфракрасный, световой или радиоинтерфейсы),has data interfaces for exchanging measured data and for receiving calibration or identification data or other data from other devices or cloud systems, for example wired or wireless interfaces (infrared, light or radio interfaces),

при этом устройство предпочтительно настроено так, что передача данных может быть зашифрована, в частности зашифрована с помощью отпечатка пальца или других биометрических данных пользователя.wherein the device is preferably configured such that data transmission can be encrypted, in particular encrypted using the user's fingerprint or other biometric data.

27) Устройство в соответствии с одним из предшествующих аспектов с 12 по 26, отличающееся тем, что устройство настроено таким образом, что с его помощью вырабатывается рекомендация по вводу дозы инсулина человеку или потреблению вещества/продуктов питания, вместе с количеством, которое необходимо потреблять, (например, поправочный коэффициент инсулина), и/или о том, что вес тела, жир тела также могут быть измерены и/или вводиться вручную или передаваться от других устройств упомянутому к устройству.27) A device in accordance with one of the preceding aspects 12 to 26, characterized in that the device is configured in such a way that it generates a recommendation for administering a dose of insulin to a person or consuming a substance/food, along with the amount to be consumed, (eg, insulin correction factor), and/or that body weight, body fat can also be measured and/or entered manually or transmitted from other devices to said device.

28) Устройство согласно любому из предшествующих аспектов с 12 по 27, отличающееся тем, что устройство для повышения точности измерения настроено для определения дополнительных параметров, в одном варианте осуществления посредством датчиков для определения температуры кожи, диффузивности/проводимости/влажности кожи, или для измерения поляризации света (исключение воды/пота на поверхности пальца).28) A device according to any of the preceding aspects 12 to 27, characterized in that the device, to improve measurement accuracy, is configured to determine additional parameters, in one embodiment, through sensors for determining skin temperature, diffusivity/conductivity/humidity of the skin, or for measuring polarization light (excluding water/sweat on the surface of the finger).

Вода и пот на поверхности кожи человека, которые могут влиять на измерение уровня глюкозы, могут быть обнаружены с помощью тестового возбуждения возбуждающим излучением от устройства передачи возбуждения с водоспецифичными полосами при 1640 см-1 (6,1 мкм) и 690 см-1 (15 мкм) и могут быть приняты во внимание при последующей оценке измерения. В качестве альтернативы, электрическая проводимость вещества может быть измерена поблизости или непосредственно в точке измерения с использованием нескольких электродов для определения влажности. Затем может быть выведено сообщение об ошибке и инструкции по сушке, или присутствие влаги может быть учтено при последующей оценке измерения.Water and sweat on the surface of human skin, which can interfere with glucose measurements, can be detected using test excitation with excitation radiation from an excitation transfer device with water-specific bands at 1640 cm -1 (6.1 μm) and 690 cm -1 (15 µm) and can be taken into account in subsequent evaluation of the measurement. Alternatively, the electrical conductivity of a substance can be measured nearby or directly at the measurement point using multiple electrodes to determine the humidity. An error message and drying instructions can then be displayed, or the presence of moisture can be taken into account in a subsequent measurement evaluation.

29) Устройство согласно любому из предшествующих аспектов с 12 по 28, отличающееся тем, что устройство имеет крышку или блокирующее устройство на пути луча лазера накачки и/или измерительного луча. Это может обеспечить обязательную безопасность глаз живых существ.29) A device according to any of the preceding aspects 12 to 28, characterized in that the device has a cover or blocking device in the path of the pump laser beam and/or the measurement beam. This can ensure mandatory eye safety for living beings.

30) Устройство согласно любому из предшествующих аспектов с 12 по 29, отличающееся тем, что устройство имеет сменную детекторную область/измерительную поверхность.30) A device according to any of the preceding aspects 12 to 29, characterized in that the device has a replaceable detector area/sensing surface.

31) Устройство согласно любому из предшествующих аспектов с 12 по 30, отличающееся тем, что устройство в качестве измерительного элемента имеет частично гофрированный или с параллельными канавками или распределенными углублениями или возвышениями или шероховатый кристалл в качестве измерительного элемента, который для образца (например, пальца) обеспечивает лучшую юстировку. Точка измерения, на которой помещается анализируемая поверхность материала, предпочтительно должна быть без рифления и гладкой.31) A device according to any of the preceding aspects 12 to 30, characterized in that the device has a partially corrugated or with parallel grooves or distributed depressions or raised or rough crystal as a measuring element, which for a sample (for example, a finger) provides better alignment. The measuring point on which the analyzed material surface is placed should preferably be non-corrugated and smooth.

32) Устройство по любому из предшествующих аспектов с 12 по 31, отличающееся тем, что устройство измеряет не только в одной точке, но по сетке. Это можно обеспечить либо смещением лазера накачки, либо лазерного зонда, либо детекторного блока относительно поверхности кожи испытуемого, либо с помощью переменного отклонения возбуждающего луча между двумя измерениями.32) A device according to any of the preceding aspects 12 to 31, characterized in that the device measures not only at one point, but along a grid. This can be achieved either by moving the pump laser, laser probe, or detector unit relative to the surface of the subject's skin, or by varying the deflection of the excitation beam between two measurements.

Кроме того, следует также указать следующие аспекты изобретения:In addition, the following aspects of the invention should also be stated:

33) Устройство для анализа вещества, в частности также по любому из пп.12-32, с33) Device for analyzing a substance, in particular also according to any one of claims 12 to 32, with

передающим возбуждающим устройством /лазерным устройством для генерации, по меньшей мере, одного электромагнитного возбуждения луча, в частности светового возбуждающего луча, по меньшей мере, с одной длиной волны возбуждения,a transmitting excitation device/laser device for generating at least one electromagnetic excitation beam, in particular a light excitation beam, with at least one excitation wavelength,

детекторным устройством для детектирования ответного сигнала, иa detection device for detecting a response signal, and

устройством для анализа вещества на основе детектированного ответного сигнала.a device for analyzing a substance based on a detected response signal.

Зависящий от времени ответный сигнал может заключаться в повышении температуры или давления в измерительном элементе, а также в любой измеряемой величине, которая обнаруживает это, например, в изменении интенсивности детекторного света, проходящего через материал с показателем преломления, зависящим от температуры или давления.The time-dependent response signal may consist of an increase in temperature or pressure in the measuring element, as well as any measured quantity that detects this, for example, a change in the intensity of detector light passing through a material with a refractive index dependent on temperature or pressure.

34) Способ анализа вещества, в котором 34) A method of analyzing a substance in which

с помощью передающего возбуждающего устройства /лазерного устройства, по меньшей мере, один электромагнитный возбуждающий луч с одной или несколькими длинами волн возбуждения генерируется по меньшей мере частично одновременной или последовательной работой нескольких лазерных излучателей источника лазерного света и излучается в вещество,by means of a transmitting excitation device/laser device, at least one electromagnetic excitation beam with one or more excitation wavelengths is generated at least in part by simultaneous or sequential operation of several laser emitters of the laser light source and emitted into the substance,

ответный сигнал детектируется детекторным устройством, иthe response signal is detected by the detector device, and

вещество анализируется на основании детектированного ответного сигнала.the substance is analyzed based on the detected response signal.

35) Способ согласно аспекту 34, отличающийся тем, что при последовательном использовании различных частот модуляции передающего возбуждающего устройства определяют ответные сигналы, в частности временные кривые ответного сигнала, причем несколько кривых ответного сигнала, которые связаны с разными частотами модуляции, комбинируют друг с другом, и из этого получают информацию, специфичную для области глубины под поверхностью вещества.35) The method according to aspect 34, characterized in that by sequentially using different modulation frequencies of the transmitting drive device, response signals, in particular time curves of the response signal, are determined, and several response signal curves that are associated with different modulation frequencies are combined with each other, and from this information specific to the depth region below the surface of the substance is obtained.

36) Способ согласно аспекту 35,36) The method according to aspect 35,

характеризуется тем, чтоcharacterized by the fact that

кривые ответного сигнала на разных частотах модуляции определяют соответственно для разных длин волн возбуждающего луча, и, в частности, из них соответственно получают информацию, специфичную для области глубины под поверхностью материала.The response signal curves at different modulation frequencies are determined respectively for different wavelengths of the excitation beam, and in particular, information specific to the depth region below the surface of the material is correspondingly obtained from them.

37) Способ согласно аспекту 36,37) The method according to aspect 36,

характеризуется тем, чтоcharacterized by the fact that

при одновременном использовании нескольких частот модуляции возбуждающего луча детектированный ответный сигнал разделяется в соответствии с его частотами с помощью способа анализа, предпочтительно преобразования Фурье, иby using multiple excitation beam modulation frequencies simultaneously, the detected response signal is separated according to its frequencies using an analysis method, preferably Fourier transform, and

отфильтровывается, измеряется и анализируется только один частичный сигнал, который соответствует обрабатываемой частоте.Only one partial signal that corresponds to the frequency being processed is filtered, measured and analyzed.

Таким образом, множество сигналов на разных частотах модуляции можно анализировать один за другим, и результаты для разных частот модуляции могут быть связаны друг с другом, чтобы получить информацию о глубине для сигналов или исключить сигналы, поступающие с поверхности ткани.In this way, multiple signals at different modulation frequencies can be analyzed one by one, and the results for different modulation frequencies can be related to each other to obtain depth information for the signals or to exclude signals coming from the tissue surface.

38) Способ согласно любому из предшествующих аспектов с 34 по 37, в котором38) The method according to any one of the preceding aspects 34 to 37, in which

В зависимости от концентрации субстанции, определенной в веществе, активируется дозирующее устройство для дозирования субстанции в вещество, в частности в тело пациента, и/или выводится акустический и/или оптический сигнал, и/или сигнал выводится на устройство обработки с помощью радиоканала и/или что один или более продуктов или комбинаций продуктов присвоенных измеряемой концентрации вещества с помощью базы данных и выводятся в качестве информации о питательной ценности, в частности, рекомендации по питанию.Depending on the concentration of the substance determined in the substance, the dosing device is activated to dose the substance into the substance, in particular into the patient's body, and/or an acoustic and/or optical signal is output, and/or the signal is output to the processing device using a radio channel and/or that one or more foods or combinations of foods are assigned a measurable concentration of a substance using a database and are output as nutritional information, in particular dietary recommendations.

В дополнение к такой рекомендации или в сочетании с ней также может выводиться указание количества продукта или сочетаний продуктов. Под комбинациями пищевых продуктов также следует понимать приготовленные порции пищи.In addition to or in combination with such advice, an indication of the quantity of product or combinations of products may also be provided. Food combinations also refer to prepared portions of food.

Все характеристики и меры возбуждающего луча, его оптическое ведение и модуляция, которые перечислены в аспектах, связанных с любым способом измерения, в частности, в связи с измерительным световым лучом и обнаружением его отклонения, а также характеристики для механической конструкции и управления, особенности корпуса и связи с внешними устройствами, базами данными и подключенными устройствами, также используются в способе обнаружения, как указано в формуле изобретения настоящей заявки, т.е. с использованием интерферометрического эффекта для детектирования в качестве ответного сигнала исходящей в измерительный элемент из вещества волны давления и/или тепловой волны.All characteristics and measures of the excitation beam, its optical guidance and modulation, which are listed in the aspects associated with any measurement method, in particular in connection with the measuring light beam and the detection of its deviation, as well as characteristics for mechanical design and control, housing features and communications with external devices, databases and connected devices are also used in the detection method as specified in the claims of the present application, i.e. using the interferometric effect to detect a pressure wave and/or a thermal wave emanating from a substance as a response signal.

В принципе, значения, определенные для фазового сдвига ответного сигнала относительно периодической модуляции возбуждающего луча, могут использоваться для профилирования по глубине. (Фазы нагрева/охлаждения поверхности вещества следует оценивать более точно с учетом их протекания).In principle, values determined for the phase shift of the response signal relative to the periodic modulation of the excitation beam can be used for depth profiling. (The heating/cooling phases of the surface of a substance should be assessed more accurately taking into account their occurrence).

К описанному устройству может быть подсоединен запас липких полосок для удаления омертвевших слоев кожи, чтобы обеспечить максимально возможное отсутствие помех на теле человека, а также пластыри или другим формы введения связывающей среды, в частности геля или термопасты, которые можно регулярно наносить на оптическую среду. Оптическая среда может быть заменена при подходящем креплении и регулировке других частей.Connected to the device described may be a supply of adhesive strips for removing dead skin layers to ensure that the human body is as free from interference as possible, as well as patches or other forms of introducing a bonding medium, particularly a gel or thermal paste, which can be regularly applied to the optical medium. The optical medium can be replaced by suitable mounting and adjustment of other parts.

Сбор данных (DAQ) и синхронный усилитель при оценке могут быть объединены в одном устройстве, и оценка может быть оцифрована как единое целое. Синхронный усилитель подключен к детекторному устройству и выбирает сигналы, которые имеют фазовое соотнесение с модуляцией возбуждающего луча. Для этого синхронный усилитель подключается, например, к устройству управления для лазерного устройства, которое генерирует возбуждающий луч, и/или к устройству модуляции возбуждающего луча.Data acquisition (DAQ) and evaluation lock-in amplifier can be combined in one device, and evaluation can be digitized as a single unit. A lock-in amplifier is connected to the detector device and selects signals that have a phase relationship with the modulation of the excitation beam. For this purpose, the synchronous amplifier is connected, for example, to a control device for a laser device that generates the excitation beam and/or to a modulation device for the excitation beam.

Измерение также можно проводить посредством устройства на поверхности вещества, которая перемещается относительно него, так что в процессе измерения сетки источник возбуждающего света и/или источник света измерения перемещается или перемещается по сетке по коже во время измерения, что может привести к компенсации или устранению неровности кожи.The measurement can also be carried out by means of a device on the surface of the substance that moves relative to it, so that during the grid measurement process, the excitation light source and/or the measurement light source moves or moves along the grid across the skin during the measurement, which can lead to compensation or elimination of skin unevenness .

Дополнительный вариант осуществления и пояснение изобретения согласно формуле изобретения показаны в следующем раскрытии. Детали этого раскрытия также могут быть объединены с вариантами воплощения поданной формулы изобретения. Это раскрытие также представляет собой по меньшей мере одно независимое изобретение в сочетании с вышеуказанными аспектами или предметом формулы изобретения. Заявитель оставляет за собой право сделать это изобретение или изобретения предметом формулы изобретения позднее. Это может быть сделано в контексте настоящей заявки, а также в контексте последующих выделенных заявок или последующих заявок с испрашиванием приоритета настоящей заявки. A further embodiment and explanation of the invention according to the claims is shown in the following disclosure. The details of this disclosure may also be combined with embodiments of the filed claims. This disclosure also constitutes at least one independent invention in combination with the above aspects or subject matter of the claims. The applicant reserves the right to make this invention or inventions the subject of claims at a later date. This may be done in the context of the present application, as well as in the context of subsequent divisional applications or subsequent applications claiming priority of the present application.

Следующая концепция неинвазивного измерения уровня сахара в крови путем определения глюкозы в коже посредством возбуждения квантово-каскадным лазером и измерения тепловой волны с помощью лучистого тепла также должна быть охвачена изобретением и может быть объединена с предметами формулы изобретения или рассмотрена независимо в выделенной заявке:The following concept of non-invasive blood sugar measurement by sensing glucose in the skin via quantum cascade laser excitation and thermal wave measurement using radiant heat would also be covered by the invention and could be combined with the subject matter of the claims or dealt with independently in a divisional application:

Описан способ, с помощью которого можно определить концентрацию глюкозы или другого вещества в интерстициальной жидкости (ISF) кожи. Глюкоза в ISF является репрезентативной для глюкозы в крови и быстро следует за ней при ее изменении. Способ состоит как минимум из отдельных или групп следующих стадий или общей последовательности:A method is described that can determine the concentration of glucose or other substance in the interstitial fluid (ISF) of the skin. The glucose in the ISF is representative of blood glucose and quickly follows it as it changes. The method consists of at least individual or groups of the following stages or general sequence:

1. Область кожи (в данном случае первая область поверхности вещества) облучается сфокусированным лучом квантово-каскадного лазера, который, при необходимости, отражается от зеркала или вогнутого зеркала, которое постепенно или непрерывно настраивается на определенный инфракрасный диапазон, в котором глюкоза специфически поглощает излучение. Вместо квантово-каскадного лазера также можно использовать лазерный массив с несколькими лазерами, излучающими с отдельными длинами волн. Спектральный диапазон (или отдельные длины волн, обычно 5 или более длин волн), может лежать, в частности, между приблизительно 900 и приблизительно 1300 см-1, где глюкоза имеет отпечаток поглощения, то есть типичные и характерные линии поглощения.1. An area of the skin (in this case the first area of the surface of the substance) is irradiated with a focused beam of a quantum cascade laser, which, if necessary, is reflected from a mirror or concave mirror, which is gradually or continuously tuned to a certain infrared range in which glucose specifically absorbs radiation. Instead of a quantum cascade laser, it is also possible to use a laser array with multiple lasers emitting at separate wavelengths. The spectral range (or individual wavelengths, typically 5 or more wavelengths) may lie in particular between about 900 and about 1300 cm -1 where glucose has an absorption fingerprint, that is, typical and characteristic absorption lines.

2. Возбуждающий луч используется непрерывно (CW-лазер) или в импульсном режиме с высокой частотой следования импульсов или модулируется. Кроме того, возбуждающий луч модулируется с низкой частотой, особенно в диапазоне частот от 10 до 1000 Гц. Низкочастотная модуляция может иметь место с различными периодическими функциями, в различных вариантах осуществления - синусоидальная, квадратная, пилообразная или аналогичная. Прямоугольная форма является наиболее предпочтительной в соответствии с характеристиками излучения ККЛ.2. The excitation beam is used continuously (CW laser) or in a pulsed mode with a high pulse repetition rate or modulated. In addition, the excitation beam is modulated at a low frequency, especially in the frequency range from 10 to 1000 Hz. Low frequency modulation may take place with various periodic functions, in various embodiments sine, square, sawtooth, or the like. The rectangular shape is the most preferred according to the emission characteristics of QCLs.

3. При облучении кожи, ИК-излучение проникает в кожу на глубину примерно 50-100 мкм и, в зависимости от длины волны, стимулирует определенные колебания в молекуле глюкозы. Эти возбуждения от уровня вибрации v0 до v1 возвращаются в основное состояние за очень короткое время; на этом этапе выделяется тепло.3. When irradiating the skin, IR radiation penetrates the skin to a depth of approximately 50-100 microns and, depending on the wavelength, stimulates certain vibrations in the glucose molecule. These excitations from the vibration level v0 to v1 return to the ground state in a very short time; During this stage, heat is generated.

4. В результате выделения тепла согласно (3) образуется тепловая волна, которая изотропно исходит от точки поглощения. В зависимости от термической диффузионной длины, которая определяется низкочастотной модуляцией, описанной в (2), тепловая волна периодически достигает поверхности кожи с частотой модуляции.4. As a result of the release of heat according to (3), a thermal wave is formed, which emanates isotropically from the absorption point. Depending on the thermal diffusion length, which is determined by the low-frequency modulation described in (2), the thermal wave periodically reaches the skin surface at the modulation frequency.

5. Периодическое появление тепловой волны на поверхности соответствует периодической модуляции свойства теплового излучения кожи (поверхности вещества образца). Кожу можно грубо описать как черное тело, полное излучение которого пропорционально четвертой степени температуры поверхности в соответствии с законом Стефана-Больцмана. В описанной здесь методике измерения основное внимание уделяется измерению теплопроводности.5. The periodic appearance of a thermal wave on the surface corresponds to the periodic modulation of the thermal radiation property of the skin (the surface of the sample substance). The skin can be roughly described as a black body whose total radiation is proportional to the fourth power of the surface temperature according to the Stefan-Boltzmann law. The measurement technique described here focuses on the measurement of thermal conductivity.

6. С помощью детекторного устройства в соответствии с формулой изобретения настоящей заявки обнаруживается влияние волны тепла и/или давления, поступающей на детекторное устройство, на показатель преломления световодного устройства, в частности интерферометрического устройства.6. Using a detector device according to the claims of the present application, the effect of a heat wave and/or pressure applied to the detector device on the refractive index of a light guide device, in particular an interferometric device, is detected.

7. При обработке ответных сигналов можно специально учитывать частоту модуляции, для чего ответный сигнал может обрабатываться синхронным усилителем. Анализируя положение фазы между возбуждающим сигналом и сигналом теплового излучения (ответным сигналом) с помощью устройства управления и обработки, можно получить информацию о глубине под поверхностью материала, из которой преимущественно получают ответные сигналы.7. When processing response signals, the modulation frequency can be specifically taken into account, for which the response signal can be processed by a synchronous amplifier. By analyzing the phase position between the excitation signal and the thermal radiation signal (response signal) using a control and processing device, it is possible to obtain information about the depth below the surface of the material from which the response signals are predominantly obtained.

8. Информация о глубине также может быть получена путем выбора и анализа различных частот низкочастотной модуляции, как описано в разделе (2) для возбуждающего луча, и связывания результатов для разных частот модуляции (при этом результаты для разных частот модуляции также могут быть взвешены по-разному). Если необходимо, для компенсации поглощения самых верхних слоев кожи можно использовать разностные способы, формирование отношения по меньшей мере двух ответных сигналов (например, каждый для одной длины волны и этой длины волны в измеренном спектре) или другие способы определения.8. Depth information can also be obtained by selecting and analyzing different low frequency modulation frequencies as described in section (2) for the excitation beam, and linking the results for different modulation frequencies (whereby results for different modulation frequencies can also be weighted by differently). If necessary, difference methods, ratio generation of at least two response signals (eg, each for one wavelength and that wavelength in the measured spectrum), or other determination methods can be used to compensate for the absorption of the uppermost layers of the skin.

9. По тепловому сигналу, измеренному в соответствии с (6-8) и зависящему от длины возбуждающей волны, в одном варианте осуществления, если должна быть обнаружена глюкоза, сначала для не относящихся к глюкозе длин волн возбуждающего луча (или с их исключением) определяется фон, затем для (или с включением) относящихся к глюкозе длин волн определяется разность с фоновым сигналом. Из этого получается концентрация глюкозы в слое кожи или слоях кожи, которая определяется выбранным положением фазы согласно (7) или различными частотами модуляции согласно (8) или их комбинацией.9. From the thermal signal measured in accordance with (6-8) and depending on the excitation wavelength, in one embodiment, if glucose is to be detected, first for non-glucose excitation beam wavelengths (or excluding them) is determined background, then for (or including) glucose-related wavelengths the difference with the background signal is determined. From this, the glucose concentration in the skin layer or skin layers is obtained, which is determined by the selected phase position according to (7) or the different modulation frequencies according to (8) or a combination thereof.

Хотя изобретение было проиллюстрировано и описано более подробно с помощью предпочтительных примерных вариантов осуществления, изобретение не ограничивается раскрытыми примерами, и другие варианты могут быть выведены из него специалистом в данной области без выхода за объем притязаний настоящего изобретения.Although the invention has been illustrated and described in more detail by means of preferred exemplary embodiments, the invention is not limited to the disclosed examples, and other variations may be derived therefrom by one skilled in the art without departing from the scope of the present invention.

Claims (27)

1. Устройство для анализа вещества, содержащее:1. A device for analyzing a substance, containing: - измерительный элемент (1, 1a), который имеет измерительную поверхность (2) и выполнен с возможностью связываться, по меньшей мере, частично с веществом (3) в области измерительной поверхности для осуществления измерения или выполнен с возможностью приведения в контакт с ним непосредственно или также посредством среды, причем указанная измерительная поверхность (2) реализована как плоская поверхность или содержит вогнутую поверхность или часть поверхности,- a measuring element (1, 1a), which has a measuring surface (2) and is configured to contact, at least partially, a substance (3) in the region of the measuring surface to carry out the measurement or is configured to be brought into contact with it directly or also by means of a medium, wherein said measuring surface (2) is implemented as a flat surface or contains a concave surface or part of a surface, - источник возбуждающего луча, который выполнен с возможностью генерировать свет или возбуждающий луч с разными длинами волн, причем возбуждающий луч (10) направлен на вещество (3), когда измерительный элемент (1, 1a) в области измерительной поверхности (2) связан и/или находится в контакте с веществом (3),- an exciting beam source, which is configured to generate light or an exciting beam with different wavelengths, wherein the exciting beam (10) is directed towards the substance (3) when the measuring element (1, 1a) in the area of the measuring surface (2) is connected and/ or is in contact with a substance (3), - устройство (8) модуляции для модуляции интенсивности возбуждающего луча (10) с частотой модуляции от 1 Гц до 10 кГц, - modulation device (8) for modulating the intensity of the exciting beam (10) with a modulation frequency from 1 Hz to 10 kHz, - детекторное устройство (5, 6, 7), которое, по меньшей мере, частично интегрировано в измерительный элемент (1, 1a) или связано с ним, и включает в себя следующее:- a detector device (5, 6, 7), which is at least partially integrated into or associated with the measuring element (1, 1a), and includes the following: источник (5) детекторного света, предпочтительно когерентного детекторного света (11), а также a source (5) of detector light, preferably coherent detector light (11), and подключенную или выполненную с возможностью подключения к упомянутому источнику детекторного света первую световодную структуру (6), которая направляет детекторный свет, и показатель преломления которой по меньшей мере на участках зависит от температуры и/или давления, причем первая световодная структура содержит, по меньшей мере, один участок (9), на котором интенсивность света зависит от фазового сдвига детекторного света в по меньшей мере одной части первой световодной структуры (6) вследствие изменения температуры или давления за счет волн давления или тепловых волн, вызванных поглощением возбуждающего луча, когда измерительный элемент (1, 1a) связан с веществом (3) в области измерительной поверхности, иconnected or configured to be connected to said detector light source, a first light guide structure (6), which directs the detector light, and whose refractive index at least in portions depends on temperature and/or pressure, wherein the first light guide structure comprises at least one portion (9) in which the light intensity depends on the phase shift of the detector light in at least one part of the first light guide structure (6) due to changes in temperature or pressure due to pressure waves or thermal waves caused by absorption of the excitation beam when the measuring element ( 1, 1a) is connected to the substance (3) in the area of the measuring surface, and измерительное устройство (7) для прямого или косвенного определения интенсивности света на указанном участке (9) первой световодной структуры (6), на котором интенсивность света зависит от фазового сдвига детекторного света в указанной по меньшей мере одной части первой световодной структуры вследствие изменения температуры или давления,measuring device (7) for directly or indirectly determining the light intensity in the specified area (9) of the first light guide structure (6), in which the light intensity depends on the phase shift of the detector light in the specified at least one part of the first light guide structure due to a change in temperature or pressure , причем упомянутый измерительный элемент (1, 1a) представляет собой или содержит подложку (1а), и причем по меньшей мере один световод (15, 16) указанной первой световодной структуры (6) интегрирован в указанную подложку (1а).wherein said measuring element (1, 1a) represents or contains a substrate (1a), and wherein at least one light guide (15, 16) of said first light guide structure (6) is integrated into said substrate (1a). 2. Устройство по п. 1, в котором по меньшей мере, участок проекции первой световодной структуры (6) в направлении нормалей к измерительной поверхности (2) перекрывается с этой измерительной поверхностью (2).2. The device according to claim 1, in which at least the projection portion of the first light guide structure (6) in the direction of normals to the measuring surface (2) overlaps with this measuring surface (2). 3. Устройство по п. 1 или 2, содержащее корпус (33), выполненный в виде переносного корпуса, который можно носить на запястье человека как наручные часы.3. The device according to claim 1 or 2, comprising a housing (33) made in the form of a portable housing that can be worn on a person’s wrist like a wristwatch. 4. Устройство по п. 3, в котором источник возбуждающего луча расположен вне корпуса и выполнен с возможностью подключения для измерения с помощью волоконно-оптического световода.4. The device according to claim 3, in which the source of the excitation beam is located outside the housing and is configured to be connected for measurement using a fiber-optic light guide. 5. Устройство по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что детекторное устройство содержит интерферометрическое устройство, в частности интерферометр (12) и/или резонансный элемент световода, в частности резонансное кольцо (13) или резонансную пластину.5. Device according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that the detector device contains an interferometric device, in particular an interferometer (12) and/or a resonant light guide element, in particular a resonant ring (13) or a resonant plate. 6. Устройство по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что первая световодная структура (6), в частности интерферометрическое устройство первой световодной структуры, включает в себя по меньшей мере один стекловолоконный световод (14), который по меньшей мере участками прочно соединен с измерительным элементом (1).6. Device according to any one of paragraphs. 1-5, characterized in that the first light guide structure (6), in particular the interferometric device of the first light guide structure, includes at least one glass fiber light guide (14), which is firmly connected at least in sections to the measuring element (1). 7. Устройство по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что первая световодная структура (6) содержит, по меньшей мере, один кремниевый оптический световод, который соединен с изолирующей подложкой или встроен в изолирующую подложку, и причем, в частности, кремниевый оптический световод по меньшей мере частично покрыт изолятором, в частности SiO2.7. Device according to any one of paragraphs. 1-6, characterized in that the first light guide structure (6) contains at least one silicon optical light guide, which is connected to the insulating substrate or integrated into the insulating substrate, and, in particular, the silicon optical light guide is at least partially covered insulator, in particular SiO 2 . 8. Устройство по любому из пп. 1-7, отличающееся тем, что возбуждающий луч (10) проходит через материал измерительного элемента (1, 1а), в частности, в области измерительной поверхности измерительного элемента или в области, прилегающей к измерительной поверхности (2) или в области, непосредственно граничащей с измерительной поверхностью, причем измерительный элемент или область, проходимая возбуждающим лучом (10), является прозрачной для возбуждающего луча. 8. Device according to any one of paragraphs. 1-7, characterized in that the exciting beam (10) passes through the material of the measuring element (1, 1a), in particular, in the area of the measuring surface of the measuring element or in the area adjacent to the measuring surface (2) or in the area directly adjacent with a measuring surface, wherein the measuring element or area traversed by the exciting beam (10) is transparent to the exciting beam. 9. Устройство по любому из пп. 1-8, отличающееся тем, что возбуждающий луч (10) направляется внутри измерительного элемента (1, 1а) или на измерительный элемент через вторую световодную структуру (17).9. Device according to any one of paragraphs. 1-8, characterized in that the exciting beam (10) is directed inside the measuring element (1, 1a) or onto the measuring element through the second light guide structure (17). 10. Устройство по любому из пп. 1-9, отличающееся тем, что возбуждающий луч (10) проходит в непрерывной выемке (18) измерительного элемента между лазерным устройством (4) и веществом (3), подлежащим измерению, причем выемка заканчивается, в частности, на удалении от измерительной поверхности или проходит через измерительную поверхность (2), или расположена в области, которая непосредственно примыкает к измерительной поверхности и/или граничит с ней.10. Device according to any one of paragraphs. 1-9, characterized in that the exciting beam (10) passes in a continuous recess (18) of the measuring element between the laser device (4) and the substance (3) to be measured, and the recess ends, in particular, at a distance from the measuring surface or passes through the measuring surface (2), or is located in an area that is directly adjacent to and/or borders the measuring surface. 11. Устройство по любому из пп. 1-10, отличающееся тем, что измерительный элемент (1, 1а) выполнен в виде плоского корпуса, в частности, в виде плоскопараллельного тела в форме пластины, причем, в частности, толщина измерительного элемента в направлении, перпендикулярном к измерительной поверхности (2), составляет менее 50% наименьшей протяженности измерительного элемента в направлении, проходящем в измерительной поверхности, в частности, менее чем 25%, еще в частности менее чем 10%.11. Device according to any one of paragraphs. 1-10, characterized in that the measuring element (1, 1a) is made in the form of a flat body, in particular, in the form of a plane-parallel body in the form of a plate, and, in particular, the thickness of the measuring element in the direction perpendicular to the measuring surface (2) , is less than 50% of the shortest extent of the measuring element in the direction passing in the measuring surface, in particular less than 25%, in particular less than 10%. 12. Устройство по любому из пп. 1-11, отличающееся тем, что измерительный элемент (1, 1а) имеет или несет зеркальное устройство (19) для отражения возбуждающего луча (10), испускаемого лазерным устройством (4), на измерительную поверхность (2).12. Device according to any one of paragraphs. 1-11, characterized in that the measuring element (1, 1a) has or carries a mirror device (19) for reflecting the exciting beam (10) emitted by the laser device (4) onto the measuring surface (2). 13. Устройство по любому из пп. 1-12, отличающееся тем, что возбуждающий луч (10) направлен параллельно измерительной поверхности (2) или под углом менее 30 градусов, в частности, менее 20 градусов, более конкретно, менее 10 градусов или менее 5 градусов к измерительной поверхности в измерительном элементе (1, 1a), причем возбуждающий луч отклоняется или отводится в направлении измерительной поверхности, причем возбуждающий луч проходит, в частности через измерительную поверхность или через воображаемое продолжение измерительной поверхности в области непрерывной выемки (18) в измерительном элементе.13. Device according to any one of paragraphs. 1-12, characterized in that the exciting beam (10) is directed parallel to the measuring surface (2) or at an angle of less than 30 degrees, in particular less than 20 degrees, more specifically less than 10 degrees or less than 5 degrees to the measuring surface in the measuring element (1, 1a), wherein the exciting beam is deflected or retracted in the direction of the measuring surface, the exciting beam passing in particular through the measuring surface or through an imaginary extension of the measuring surface in the region of a continuous recess (18) in the measuring element. 14. Устройство по любому из пп. 1-13, отличающееся тем, что в измерительном элементе (1, 1a), при рассмотрении от измерительной поверхности (2) позади и/или рядом с детекторным устройством (5, 6, 7), в частности первой световодной структурой (6), в частности, примыкая к ней и в тепловом контакте размещен по меньшей мере один охладитель (20) в виде твердого тела или материала, причем, в частности удельная теплоемкость и/или удельной теплопроводность упомянутого твердого тела или материала охладителя превышает удельную теплоемкость и/или удельную теплопроводность материала детекторного устройства (5, 6, 7) и/или первой световодной структуры и/или подложки (1а) первой световодной структуры (6) и/или других материалов, из которых состоит измерительный элемент (1, 1a), и/или предусмотрен барьер (30, 40, 41) в измерительном элементе (1, 1a), который по меньшей мере, частично предотвращает воздействие тепловой волны и/или волны давления на часть детекторного устройства, в частности, на часть первой световодной структуры (6), далее, в частности на опорное плечо интерферометра, и/или первая световодная структура (6) детекторного устройства содержит по меньшей мере два измерительных участка (15а, 16а), которые расположены, в частности, в разных плечах интерферометра, и в которых показатель преломления изменяется в зависимости от изменений давления и/или температуры, в частности, от тепловой волны и/или волны давления, так что фазовый сдвиг проходящего через измерительные участки детекторного света и, как следствие, изменение интенсивности детекторного света, происходит на следующем участке в зависимости от изменений давления и/или температуры, причем два измерительных участка расположены в измерительном элементе таким образом, что через них один за другим во времени, в частности, в смещенных во времени временных промежутках или с интервалом времени проходит волна давления и/или тепловая волна, которая распространяется в измерительном элементе от измерительной поверхности (2), в частности от области измерительной поверхности, в которой через нее проходит возбуждающий луч.14. Device according to any one of paragraphs. 1-13, characterized in that in the measuring element (1, 1a), when viewed from the measuring surface (2) behind and/or next to the detector device (5, 6, 7), in particular the first light guide structure (6), in particular, adjacent to it and in thermal contact there is at least one cooler (20) in the form of a solid body or material, and, in particular, the specific heat capacity and/or specific thermal conductivity of said solid body or material of the cooler exceeds the specific heat capacity and/or specific heat thermal conductivity of the material of the detector device (5, 6, 7) and/or the first light guide structure and/or the substrate (1a) of the first light guide structure (6) and/or other materials that make up the measuring element (1, 1a), and/or a barrier (30, 40, 41) is provided in the measuring element (1, 1a), which at least partially prevents the thermal wave and/or pressure wave from affecting a part of the detector device, in particular a part of the first light guide structure (6), further, in particular on the reference arm of the interferometer, and/or the first light guide structure (6) of the detector device contains at least two measuring sections (15a, 16a), which are located, in particular, in different arms of the interferometer, and in which the refractive index changes depending on changes in pressure and/or temperature, in particular on a thermal wave and/or pressure wave, so that a phase shift of the detector light passing through the measuring sections and, as a consequence, a change in the intensity of the detector light, occurs in the next section depending on the changes pressure and/or temperature, wherein two measuring sections are arranged in the measuring element in such a way that a pressure wave and/or a heat wave passes through them one after the other in time, in particular in time-shifted time intervals or with a time interval, which propagates in the measuring element from the measuring surface (2), in particular from the region of the measuring surface in which the exciting beam passes through it. 15. Устройство по любому из пп. 1-14, отличающееся тем, что указанная измерительная поверхность (2) выполнена с возможностью связываться, по меньшей мере, частично с веществом (3) в области измерительной поверхности для осуществления измерения.15. Device according to any one of paragraphs. 1-14, characterized in that said measuring surface (2) is configured to communicate at least partially with a substance (3) in the region of the measuring surface to carry out the measurement. 16. Устройство по любому из пп. 1-15, отличающееся тем, что указанная измерительная поверхность (2) выполнена с возможностью связываться, по меньшей мере, частично с веществом (3) в области измерительной поверхности для осуществления измерения посредством среды, в частности жидкости.16. Device according to any one of paragraphs. 1-15, characterized in that said measuring surface (2) is configured to communicate at least partially with a substance (3) in the region of the measuring surface to carry out measurement through a medium, in particular a liquid. 17. Устройство по любому из пп. 1-16, отличающееся тем, что указанный источник возбуждающего луча является лазерным устройством (4), в частности, лазерным устройством с квантово-каскадным лазером (ККЛ), настраиваемым ККЛ и/или с лазерным массивом, предпочтительно, представляет собой массив ККЛ, для генерации одного или более возбуждающих лучей (10) с различными длинами волн, предпочтительно в инфракрасной или средней инфракрасной области спектра.17. Device according to any one of paragraphs. 1-16, characterized in that said source of the exciting beam is a laser device (4), in particular a laser device with a quantum cascade laser (QCL), a tunable QCL and/or a laser array, preferably a QCL array, for generating one or more exciting beams (10) with different wavelengths, preferably in the infrared or mid-infrared region of the spectrum. 18. Способ управления устройством по любому из пп. 1-17, отличающийся тем, что модулированный возбуждающий луч (10), в частности, через измерительный элемент, направляют на вещество (3), которое необходимо проанализировать, при этом посредством детекторного устройства определяют профиль интенсивности света или периодическое изменение интенсивности света, причем его регистрируют для множества длин волн возбуждающего луча путем измерения изменения интенсивности света в первой световодной структуре или путем измерения интенсивности света из первой световодной структуры, и из зарегистрированных данных получают спектр поглощения анализируемого вещества.18. A method for controlling a device according to any one of claims. 1-17, characterized in that a modulated excitation beam (10), in particular through a measuring element, is directed to the substance (3) to be analyzed, whereby a light intensity profile or a periodic change in light intensity is determined by means of a detector device, wherein recording a plurality of wavelengths of the excitation beam by measuring a change in light intensity in the first light guide structure or by measuring the light intensity from the first light guide structure, and an absorption spectrum of the analyte is obtained from the recorded data. 19. Способ по п. 18, отличающийся тем, что измерение проводят для разных частот модуляции возбуждающего луча (10), причем определяют скорректированный спектр поглощения из комбинации полученных спектров поглощения.19. Method according to claim 18, characterized in that the measurement is carried out for different modulation frequencies of the exciting beam (10), and the corrected absorption spectrum is determined from the combination of the obtained absorption spectra.
RU2021115303A 2018-11-08 2019-06-03 Device and method of analyzing substance RU2813964C2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EPPCT/EP2018/080665 2018-11-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2021115303A RU2021115303A (en) 2022-12-08
RU2813964C2 true RU2813964C2 (en) 2024-02-20

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1901846A (en) * 2003-11-10 2007-01-24 蒂姆医药公司 Electrosurgical instrument
US7446880B2 (en) * 2005-04-06 2008-11-04 President And Fellows Of Harvard College Method and apparatus for measuring and monitoring optical properties based on a ring-resonator
WO2017097824A1 (en) * 2015-12-09 2017-06-15 Diamontech Gmbh Device and method for analysing a material

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1901846A (en) * 2003-11-10 2007-01-24 蒂姆医药公司 Electrosurgical instrument
US7446880B2 (en) * 2005-04-06 2008-11-04 President And Fellows Of Harvard College Method and apparatus for measuring and monitoring optical properties based on a ring-resonator
WO2017097824A1 (en) * 2015-12-09 2017-06-15 Diamontech Gmbh Device and method for analysing a material

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7423622B2 (en) Apparatus and method for analyzing substances
US10261011B2 (en) Device and method for analyzing a material
US20210109019A1 (en) Apparatus and Method for Analyzing a Material
EP2336747B1 (en) Component concentration measuring device
US11946887B2 (en) Device and method for analyzing a substance
CN101346097B (en) System for non-invasive measurement of blood glucose concentration
JP2011519635A (en) Optical microneedle spectrometer
RU2813964C2 (en) Device and method of analyzing substance
JP2021051078A (en) Device and method for analyzing substance