AT525194B1 - Vorrichtung zur Messung zumindest eines gasförmigen oder festen Stoffes - Google Patents

Vorrichtung zur Messung zumindest eines gasförmigen oder festen Stoffes Download PDF

Info

Publication number
AT525194B1
AT525194B1 ATA50527/2021A AT505272021A AT525194B1 AT 525194 B1 AT525194 B1 AT 525194B1 AT 505272021 A AT505272021 A AT 505272021A AT 525194 B1 AT525194 B1 AT 525194B1
Authority
AT
Austria
Prior art keywords
unit
reflection area
detector
partial
beam splitter
Prior art date
Application number
ATA50527/2021A
Other languages
English (en)
Other versions
AT525194A1 (de
Inventor
Arar Dipl Ing Dr Mario
Pein Dr Techn Andreas
Steiner Dipl Ing Dr Gerald
Original Assignee
Avl List Gmbh
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 Avl List Gmbh filed Critical Avl List Gmbh
Priority to ATA50527/2021A priority Critical patent/AT525194B1/de
Priority to PCT/AT2022/060214 priority patent/WO2022266688A1/de
Priority to CN202280052406.7A priority patent/CN117795317A/zh
Priority to US18/572,928 priority patent/US20240264087A1/en
Priority to EP22740749.1A priority patent/EP4359765A1/de
Publication of AT525194A1 publication Critical patent/AT525194A1/de
Application granted granted Critical
Publication of AT525194B1 publication Critical patent/AT525194B1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines
    • G01M15/10—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines
    • G01M15/10—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame
    • G01M15/102—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame by monitoring exhaust gases
    • G01M15/108—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame by monitoring exhaust gases using optical methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/075—Investigating concentration of particle suspensions by optical means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N1/2247—Sampling from a flowing stream of gas
    • G01N2001/2264—Sampling from a flowing stream of gas with dilution
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N2021/178—Methods for obtaining spatial resolution of the property being measured
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N2021/1793—Remote sensing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
    • G01N2021/3513—Open path with an instrumental source
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids
    • G01N2021/8578—Gaseous flow
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/59—Transmissivity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06—Illumination; Optics
    • G01N2201/066—Modifiable path; multiple paths in one sample
    • G01N2201/0668—Multiple paths; optimisable path length
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0036—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
    • G01N33/0037—NOx
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0036—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
    • G01N33/0042—SO2 or SO3
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B21/00—Alarms responsive to a single specified undesired or abnormal condition and not otherwise provided for
    • G08B21/02—Alarms for ensuring the safety of persons
    • G08B21/12—Alarms for ensuring the safety of persons responsive to undesired emission of substances, e.g. pollution alarms

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

Für eine Vorrichtung zur Mehrfachmessung eines gasförmigen oder festen Stoffes in einem Messvolumen, welche in der Lage ist, auch Stoffe in geringer Konzentration zu messen, ist vorgesehen, dass der erste Spiegelungsbereich (11.1) den ersten Teilstrahl (4‘‘) als ersten Rückstrahl (14‘‘) durch das zumindest eine Messvolumen (2) zu dem zumindest einen Detektor (5) lenkt, dass der zweite Spiegelungsbereich (11.2) den zweiten Teilstrahl (4‘) als zweiten Rückstrahl (14‘) durch das zumindest eine Messvolumen (2) zu dem zumindest einen Detektor (5) lenkt, und dass der zumindest eine Detektor eine den zumindest einen gasförmigen oder festen Stoff charakterisierende Lichteigenschaft jedes Rückstrahls misst.

Description

Beschreibung
VORRICHTUNG ZUR MESSUNG ZUMINDEST EINES GASFÖRMIGEN ODER FESTEN STOFFES
[0001] Die gegenständliche Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung zumindest eines gasförmigen oder festen Stoffes in zumindest einem Messvolumen, wobei eine Lichtquelle und zumindest ein Detektor vorgesehen sind, und aus der Lichtquelle zumindest ein Hauptprimärstrahl zu zumindest einer Strahlenteilereinheit emittierbar ist, wobei die zumindest eine Strahlenteilereinheit in einem ersten Abstand von einem ersten Spiegelungsbereich einer Spiegelungseinheit angeordnet ist, und die Strahlenteilereinheit den Hauptprimärstrahl in zumindest einen, durch das Messvolumen in Richtung des ersten Spiegelungsbereichs orientierten ersten Teilstrahl und zumindest einen, in eine vom Hauptprimärstrahl unterschiedliche Richtung orientierten Nebenprimärstrahl aufteilt, wobei zumindest eine Umlenkeinheit in einem zweiten Abstand von einem zweiten Spiegelungsbereich angeordnet ist, und der zumindest eine Nebenprimärstrahl mittels der Strahlenteilereinheit zur Umlenkeinheit lenkbar ist und der zumindest eine Nebenprimärstrahl mittels der Umlenkeinheit als zweiter Teilstrahl durch das zumindest eine Messvolumen in Richtung des zweiten Spiegelungsbereichs lenkbar ist, und wobei das zumindest eine Messvolumen jeweils zwischen der Strahlenteilereinheit und/oder der Umlenkeinheit und den zugeordneten Spiegelungsbereichen angeordnet ist, und jeweils von der Strahlenteilereinheit und/oder der Umlenkeinheit und den zugeordneten Spiegelungsbereichen zumindest teilweise begrenzt ist.
[0002] Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Messung zumindest eines gasförmigen oder festen Stoffes in zumindest einem Messvolumen, welches zwischen einer Strahlenteilereinheit und einem ersten Spiegelungsbereich und/oder einer Umlenkeinheit und einem zweiten Spiegelungsbereich ausgebildet ist.
[0003] Emissionen von Stoffen in Abgasen, speziell im Individualverkehr, sind durch die steigende Anzahl speziell an Fahrzeugen nicht nur im Zuge der Klimaerwärmung, sondern auch im Zuge der gesundheitlichen Belastung für den Menschen durch Stickoxide, teilverbrannte Kraftstoffbestandteile und Feinstaubpartikel ein vieldiskutiertes Thema. Entwicklungen der letzten Jahrzehnte zielten auf der einen Seite im Zuge des verpflichtenden Katalysatoreinbaus in Ottomotoren auf Vermeidung des Ausstoßes von teilverbrannten Verbindungen, und bei Katalysatoren in Dieselmotoren auf der anderen Seite auf Vermeidung des Ausstoßes von Stickoxiden. Die zulässigen Werte von emittierten Stoffen sind oftmals über nationale und supranationale Normen bestimmt.
[0004] Nichtsdestotrotz sind heutzutage noch immer Fahrzeuge im öffentlichen Raum im Einsatz, welche zwar zum Zeitpunkt ihrer Zulassung die gesetzlichen Normen zur Abgasreduktion erfüllt haben, bei der Verwendung über einen längeren Zeitraum aber als hohe Emittenten angesehen werden. Der Grund dafür kann beispielsweise das fehlende Nachrüsten eines Katalysators sein oder fehlende Wartung, wenn beispielsweise bei einem Dieselkatalysator das Nachfüllen von Harnstoff unterbleibt und eine ordnungsgemäße Funktion eines SCR (selektive katalytische Reduktion) Katalysators nicht mehr gegeben ist. Unter anderem kann das auch auf fehlendes Wissen bezüglich der (Nicht)-Funktionalität von eben diesen Bestandteilen während der Fahrt zurückzuführen sein.
[0005] Abgasmessungen sind großteils auf Systeme limitiert, welche im Fahrzeug selbst, beispielsweise im oder nach dem Auspuff, Stoffe im Abgas, wie gasförmige Stoffe oder Partikel messen. Diese Systeme sind jedoch auf eine geringe Anzahl an Testfahrzeugen beschränkt und können daher kein repräsentatives Abbild von einer Vielzahl an verschiedenen Fahrzeugen im Realbetrieb geben. Abgasmessungen im Rahmen der regelmäßigen Uberprüfung des Fahrzeugs in einer Werkstatt ist ebensowenig repräsentativ, weil solche Überprüfungen nur in großen Zeitabständen durchgeführt werden. Daher wird versucht, Abgasmessungen von Fahrzeugen im Realbetrieb im öffentlichen Raum zu ermöglichen. Dieses sogenannte „Remote Sensing“, auch im Sinne von „real driving emissions“ (RDE) Messungen, kann beispielsweise an vorteilhaft vorin-
stallierter Infrastruktur, wie Mautstellen, Straßenlaternen, Brücken, oder auch Gebäudefassaden in der Stadt und ähnlichem angebracht werden. Das könnte beispielsweise dazu benutzt werden, Fahrzeughalter von Fahrzeugen mit hohen Emissionen zu benachrichtigen und/oder verpflichtende Wartungen vorzusehen. Man muss jedoch bei der Aufstellung der Geräte auf eine geeignete Messstelle achten, um repräsentative Ergebnisse zu erhalten. Generell sollten Kreuzungsbereiche mit Ampeln und damit potentiellem Stillstand der Fahrzeuge vermieden werden. Weiters hat sich gezeigt, dass eine leichte Steigung der Straße an der Messstelle dafür geeignet ist, eine positive Motorlast zu erzeugen.
[0006] Bei Remote Sensing wird oftmals eine Lichtquelle verwendet, welche eine charakteristische Wellenlänge oder Wellenlängenbereich(e) emittiert, um einen gasförmigen Stoff, wie Kohlenmonoxid oder Stickoxide, nachzuweisen. Ein Detektor ermöglicht beispielsweise eine Messung der Abschwächung des Lichts, das durch die Abgaswolke gesendet wird. Es kann aber auch vorgesehen sein, Partikel, wie Rußpartikel, als Stoff zu messen. Das kann dann beispielsweise über Lichtstreuung oder über die Messung der Abschwächung des Rückstrahls im Verhältnis zum eingestrahlten Licht realisiert werden.
[0007] Solche Remote Sensing Anwendungen sind aus der WO 2010/026579 A2, der CN 206756689 U, der US 2003/089854 A1, der US 5,401,967 A oder der CN 208060384 U bekannt.
[0008] Die verlässliche Messung solcher Stoffe in Abgaswolken kann jedoch zu unterschiedlichen Schwierigkeiten führen. Einerseits sind die Emissionen von Stoffen von unterschiedlichen Motoren oder auch anderen Energiesystemen, wie Brennstoffzellen, durchwegs unterschiedlich und müssen mit dem gleichen System messbar sein. Weiters schwankt der zu messende Konzentrationsbereich sehr stark und ist von der zu messenden Fahrzeugklasse (z.B. LKW vs. Motorrad) abhängig. Speziell geringe Konzentrationen bereiten bei der Auswertung Probleme. Auch Unterschiede in der Betriebstemperatur eines Motors können Unterschiede in den zu messenden Stoffen nach sich ziehen.
[0009] Man könnte eine Mehrzahl von oben genannten Quereinflüsse und Ungenauigkeiten durch eine Mehrfachmessung von Stoffen in einer Abgaswolke beheben. Dabei kann es möglich sein eine Abgaswolke mehrmals hintereinander zu messen, oder auch eine Abgaswolke an mehreren Stellen zu messen.
[0010] Die EP 3 702 757 A1 offenbart eine Mehrfachmessung für Remote Sensing im öffentlichen Raum, wobei über Strahlenteilereinheiten und Positionierungseinheiten Abgaswolken an der Straße und über der Straße gemessen werden und wobei das emittierte Licht über Kollektoren an der Straßenoberfläche aufgefangen wird und zu einem zentralen Detektor geleitet wird. Das ist nachteilig für Abgasbestandteile in geringer Konzentration, weil das emittierte Licht die Abgaswolke an jeder Stelle nur einmal durchtritt. Da die Kollektoren auf einer Straßenoberfläche angeordnet sind, führt Verschmutzung zwangsläufig zu einer Reduktion des detektierten Signals. Das erzeugt verschiedene Anderungen in der Messung und macht es notwendig, die Messvorrichtung regelmäßig zu reinigen.
[0011] Die Aufgabe der gegenständlichen Erfindung ist es daher, eine wartungsarme Vorrichtung zur Mehrfachmessung eines gasförmigen oder festen Stoffes in einem Messvolumen bereitzustellen, welche in der Lage ist, auch Stoffe in geringer Konzentration zu messen.
[0012] Diese Aufgabe wird durch eine eingangs genannte Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der erste Spiegelungsbereich vorgesehen ist, um den ersten Teilstrahl als ersten Rückstrahl durch das zumindest eine Messvolumen zu dem zumindest einen Detektor zu lenken, dass der zweite Spiegelungsbereich vorgesehen ist, um den zweiten Teilstrahl als zweiten Rückstrahl durch das zumindest eine Messvolumen zu dem zumindest einen Detektor zu lenken, und dass der zumindest eine Detektor vorgesehen ist, eine den zumindest einen gasförmigen oder festen Stoff charakterisierende Lichteigenschaft jedes Rückstrahls zu messen.
[0013] Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorteilhaft, weil die emittierten Teilstrahlen und Rückstrahlen das Messvolumen zumindest zweimal durchqueren und so aufgrund einer integralen Messung eine genauere Messung eines gasförmigen oder festen Stoffes im Messvolumen
ermöglicht wird. Ebenso können damit Stoffe in geringerer Konzentration im Messvolumen gemessen werden. Es kann dabei an zumindest zwei Stellen im selben Messvolumen oder in zumindest zwei separaten Messvolumina gemessen werden, was die Vorrichtung auch flexibel einsetzbar macht. Eine Spiegelungseinheit, die üblicherweise an einer zu messenden Oberfläche angeordnet ist und damit äußeren Einflüssen, wie beispielsweise Fahrzeugverkehr, direkt ausgesetzt ist, kann einfach und kostensparend ausgetauscht werden, wodurch eventuelle Wartungszeiten und damit verbundener Ausfälle aufgrund beschädigter Spiegelungseinheiten gering gehalten werden können.
[0014] Je nach Anwendung und Anforderung wird vorteilhafterweise der jeweilige Rückstrahl über die Spiegelungsbereiche direkt zu einem Detektor gelenkt oder über die Strahlenteilereinheit bzw. über die Umlenkeinheit oder über die Umlenkeinheit und die Strahlenteilereinheit zu dem zumindest einen Detektor zurückgelenkt. Das kann auch davon abhängig gemacht werden, wo der zumindest eine Detektor angeordnet werden kann oder eventuell schon angeordnet ist.
[0015] In einer Variante der Erfindung ist dabei der Detektor, ebenfalls je nach Anwendung und Anforderung, in der Umlenkeinheit oder der Strahlenteilereinheit angeordnet, oder auch je ein Detektor in beiden Einheiten. Auch eine Anordnung des Detektors gemeinsam mit der Lichtquelle in einem Gehäuse ist möglich. Durch diese vielfältigen Möglichkeiten, kann die Vorrichtung sehr flexibel an die jeweilige Anwendung angepasst werden, was die Verwendung erleichtert.
[0016] Um die Anzahl der Messstellen zum Messen zumindest eines gasförmigen oder festen Stoffes in zumindest einem Messvolumen auf einfache Weise zu erhöhen, kann vorgesehen sein, eine zweite Strahlenteilereinheit in einem dritten Abstand von einem dritten Spiegelungsbereich anzuordnen. Diese zweite Strahlenteilereinheit ist dabei zwischen der ersten Strahlenteilereinheit und der Umlenkeinheit angeordnet und erhält den Nebenprimärstrahl von der ersten Strahlenteilereinheit und teilt diesen in einen in Richtung des dritten Spiegelungsbereichs orientierten, dritten Teilstrahl und einen, in Richtung zur Umlenkeinheit orientierten zweiten Nebenprimärstrahl auf. Mit anderen Worten ist die zweite Strahlenteilereinheit in Strahlungsrichtung des Nebenprimärstrahls gesehen zwischen der ersten Strahlenteilereinheit und der Umlenkeinheit angeordnet. Durch den dritten Teilstrahl realisiert man folglich eine weitere Messstelle.
[0017] Eine Erhöhung der Anzahl der Messtellen kann auch dadurch erzielt werden, dass eine Strahlenteilereinheit den erhaltenen Hauptprimärstrahl oder Nebenprimärstrahl in einen ersten oder dritten Teilstrahl und in mehrere in unterschiedliche Richtungen orientierte Nebenprimärstrahlen aufteilt, wobei die Strahlenteilereinheit jeden Nebenprimärstrahl zu einer weiteren Strahlenteilereinheit oder einer Umlenkeinheit lenkt. Dabei sind die Richtungen der Nebenprimärstrahlen unterschiedlich zueinander, vorzugsweise aber auch unterschiedlich zur Richtung des ersten und/oder dritten Teilstrahls.
[0018] Um die Anzahl an Strahlenteileinheiten gering zu halten ist in einer Variante der Erfindung vorgesehen, dass zumindest eine Strahlenteilereinheit um eine Achse schwenkbar angeordnet ist, um den erzeugten Nebenprimärstrahl wahlweise zu einer Mehrzahl an Umlenkeinheiten und/oder weiteren Strahlenteilereinheiten zu leiten, wobei die Achse normal verlaufend auf einen Spiegelungsbereich oder auf eine Oberfläche, auf der die Spiegelungseinheit angeordnet ist, ausgeführt ist. Damit kann mit einer Strahlenteilereinheit auf einfache Weise ein Nebenprimärstrahl zu mehreren weiteren Strahlenteilereinheiten und/oder Umlenkeinheiten gelenkt werden.
[0019] Durch eine Positionierungsoptikeinheit in einer Strahlenteilereinheit und/oder Umlenkeinheit ist in einer weiteren Variante der Erfindung die Richtung eines erzeugten Teilstrahls verstellbar, insbesondere ablenkbar in einem von einer Normalen auf den jeweilige Spiegelungsbereich abweichenden Winkel. Mit anderen Worten ist in dieser Variante in zumindest einer Strahlenteilereinheit und/oder Umlenkeinheit eine Positionierungsoptikeinheit vorgesehen und die Positionierungsoptikeinheit lenkt den in Richtung des jeweiligen Spiegelungsbereichs orientierten ersten Teilstrahl in einem von einer Normalen auf den jeweiligen Spiegelungsbereich abweichenden Winkel ab.
[0020] Die Positionierungsoptikeinheit kann aber auch verwendet werden, um die Anzahl der
Durchtritte eines Teilstrahls durch das Messvolumen zu erhöhen und so die Sensitivität der Messung zu erhöhen. Durch den mehrfachen Durchtritt durch das Messvolumen wird eine integrale Messung realisiert, weil der Lichtstrahl mehrfach vom zumindest einen gasförmigen oder festen Stoff im Messvolumen beeinflusst wird. Dieser Vorteil ist realisierbar, indem in zumindest einer Strahlenteilereinheit und/oder Umlenkeinheit beabstandet vom jeweiligen Spiegelungsbereich eine gegenüberliegende zweite Spiegelungseinheit mit einem gegenüberliegenden und dem jeweiligen Spiegelungsbereich zugewandten Zwillings-Spiegelungsbereich angeordnet ist, wobei der jeweilige Spiegelungsbereich den Teilstrahl zum gegenüberliegenden Zwillings-Spiegelungsbereich reflektiert und der gegenüberliegende Zwillings-Spiegelungsbereich den Teilstrahl wieder zum jeweiligen Spiegelungsbereich zurückreflektiert, wobei der zumindest eine Detektor vorgesehen ist, den Teilstrahl nach einer Mehrzahl solcher Reflexionen als Rückstrahl zu erfassen oder ein Umlenkspiegel vorgesehen ist, der den Teilstrahl nach einer Mehrzahl solcher Reflexionen als Rückstrahl umlenkt und der zumindest eine Detektor den Rückstrahl nach einer Anzahl von Reflexionen zwischen der Spiegelungseinheit und der gegenüberliegenden Spiegelungseinheit erfasst.
[0021] Um die Anzahl der Durchtritte auf einfache Weise anpassen zu können, ist vorzugsweise der Winkel des Teilstrahls durch die Positionierungsoptikeinheit verstellbar.
[0022] Wenn zumindest einen Teilstrahl und/oder einen Rückstrahl und/oder den Hauptprimärstrahl und/oder einen Nebenprimärstrahl durch eine Modulationseinheit in einzelne Lichtpakete aufgeteilt wird, kann die Erfassung der Rückstrahlen im Detektor vereinfacht werden. Vorzugsweise ist daher in der Vorrichtung zumindest eine Modulationseinheit vorgesehen, um zumindest einen Teilstrahl und/oder einen Rückstrahl und/oder den Hauptprimärstrahl und/oder einen Nebenprimärstrahl in einzelne Lichtpakete aufzuteilen. Wenn die Lichtpakete zusätzlich zeitversetzt moduliert sind, können die zeitversetzten Lichtpakete vom Detektor erfasst werden. Vorzugsweise sind daher zumindest zwei Lichtpakete zeitlich versetzt. So kann beispielsweise auf einfache Weise mittels eines Detektors ortsaufgelöst gemessen werden, wenn dieser zu einem Zeitpunkt immer nur ein Lichtpaket erhält.
[0023] Um mit einer Strahlenteilereinheit oder Umlenkeinheit mehrere Messpunkte zu realisieren, ist in einer Variante der Erfindung in einer Strahlenteilereinheit und/oder Umlenkeinheit eine Multiplexereinheit vorgesehen, die den erhaltenen Hauptprimärstrahl oder Nebenprimärstrahl in eine Mehrzahl an Teilstrahlen aufteilt, und die Multiplexereinheit die Mehrzahl an Teilstrahlen zu unterschiedlichen Stellen des jeweiligen Spiegelungsbereichs lenkt, der die Mehrzahl an Teilstrahlen als Mehrzahl von Rückstrahlen reflektiert und die Mehrzahl von Rückstrahlen zur Multiplexereinheit sendet, und dass die Multiplexereinheit die Mehrzahl der reflektierten Rückstrahlen an zumindest einen Detektor sendet. Auf diese Weise kann eine ortsaufgelöste Messung des Messvolumens erreicht werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass für zumindest zwei der Mehrzahl an Rückstrahlen ein eigener Detektor vorgesehen ist, womit die Rückstrahlen auf zeitgleich erfasst werden können.
[0024] In einer weiteren Variante der Erfindung sind zumindest zwei der Mehrzahl an Teilstrahlen in der Multiplexereinheit über je einen eigenen optischen Pfad geführt, wobei die optischen Pfade unterschiedliche optische Weglängen aufweisen und für die zumindest zwei entstehenden Rückstrahlen ein gemeinsamer Detektor vorgesehen ist. Aufgrund der unterschiedlichen optischen Weglängen treffen die Rückstrahlen zu unterschiedlichen Zeitpunkten im Detektor ein, was eine einfache Trennung der Erfassung der einzelnen Rückstrahlen im Detektor ermöglicht. Das kann natürlich auch mit einer Modulation der Lichtstrahlen in einzelne Lichtpakete kombiniert werden.
[0025] In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist in der Vorrichtung zumindest eine Bildeinheit vorgesehen, um bei Vorhandensein einer Abgaswolke im Messvolumen zumindest einen Teil der Abgaswolke aus unterschiedlichen Richtungen aufzunehmen, wobei eine Auswerteeinheit vorhanden ist, um die der Bildeinheit aufgenommenen Abbildungen zu einem Abbild des zumindest einen Teils der Abgaswolke zu rekonstruieren und aus dem Abbild des zumindest einen Teils der Abgaswolke eine Durchtrittsstrecke des Teilstrahls und/oder des Rückstrahls durch die Abgaswolke im Messvolumen zu bestimmen. Der zumindest eine Detektor, der den Rückstrahl er-
fasst, bestimmt dabei eine Intensitätsabnahme des erfassten Rückstrahls aufgrund des zumindest einen gasförmigen oder festen Stoffes. Die Auswerteeinheit ermittelt dann aus der Intensitätsabnahme und der ermittelten Durchtrittsstrecke eine Konzentration des zumindest einen gasförmigen oder festen Stoffes im Messvolumen. Das ermöglicht eine genauere Bestimmung einer Konzentration eines gasförmigen oder festen Stoffes im Messvolumen. Als Bildeinheit kann vorteilhaft eine Mehrzahl von Kameras und/oder eine oder mehrere Lidareinheiten verwendet werden. Die Mehrzahl der Kameras und/oder die eine oder mehrere Lidareinheiten sind dabei vorzugsweise an unterschiedlichen Positionen angeordnet. Mit anderen Worten sind die Mehrzahl der Kameras und/oder die eine oder mehrere Lidareinheiten auf eine Weise angeordnet, dass der Teil der Abgaswolke aus unterschiedlichen Raumrichtungen abbildbar ist. Auf diese Weise können sie den Teil der Abgaswolke aus unterschiedlichen Richtungen abbilden.
[0026] Um empfindliche Spiegelungsbereiche vor Verschmutzung oder Beschädigung zu schützen ist vorteilhafterweise eine Schutzfolie austauschbar über Spiegelungsbereichen angeordnet. Damit können notwendige Wartungsintervalle reduziert werden.
[0027] Die oben geschilderte Aufgabe wird außerdem durch ein eingangs genanntes Verfahren
erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
- ein Hauptprimärstrahl von einer Lichtquelle emittiert wird und der Hauptprimärstrahl zu der zumindest einen Strahlenteilereinheit geleitet wird, in der der Hauptprimärstrahl in zumindest einen in Richtung des ersten Spiegelungsbereichs und durch das zumindest eine Messvolumen orientierten ersten Teilstrahl und einen Nebenprimärstrahl aufgeteilt wird, wobei
- der Nebenprimärstrahl in der Umlenkeinheit in einen in Richtung des zweiten Spiegelungsbereichs und durch das zumindest eine Messvolumen orientierten zweiten Teilstrahl umgelenkt wird, wobei
- der erste Teilstrahl am ersten Spiegelungsbereich reflektiert wird und als erster Rückstrahl durch das zumindest eine Messvolumen zum zumindest einen Detektor zurücklenkt wird, wobei
- der zweite Teilstrahl am zweiten Spiegelungsbereich reflektiert wird und als zweiter Rückstrahl durch das zumindest eine Messvolumen zum zumindest einen Detektor zurücklenkt wird, und
- mit dem zumindest einen Detektor eine den zumindest einen gasförmigen oder festen Stoff charakterisierende Lichteigenschaft jedes Rückstrahls gemessen wird.
[0028] Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 9 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt
[0029] Fig. 1 das Prinzip des Remote Sensings gemäß dem Stand der Technik,
[0030] Fig. 2 eine erfindungsgemäße Ausführung einer Vorrichtung zur Messung zumindest eines gasförmigen oder festen Stoffes in einem Messvolumen,
[0031] Fig.3a und 3b vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
[0032] Fig. 4 eine Ausführung mit einer Modulation der Teilstrahlen,
[0033] Fig. 5 eine Ausführung mit einer zumindest teilweise schwenkbaren Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
[0034] Fig. 6 eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Messeinheit mit Doppelspiegelsystem,
[0035] Fig. 7 eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Messeinheit mit Multiplexer,
[0036] Fig. 8 eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Messeinheit mit Konzentrati-
onsmessung, und [0037] Fig. 9 einen Schutz für die Spiegelungseinheit.
[0038] Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 gemäß dem Stand der Technik zur Messung eines gasförmigen oder festen Stoffes in einem Messvolumen 2. Im Messvolumen 2 kann sich beispielsweise eine Abgaswolke 31 befinden, welche von einem Fahrzeug oder einer anderen Emissionsquelle
15 im Öffentlichen Raum 16 ausgestoßen wird. Im Messvolumen 2 können verschiedenste gasförmige und feste (z.B. Partikel) Bestandteile vorkommen. Beispielsweise kann in dem Messvolumen 2 eine Abgaswolke 31 eines Autos vorhanden sein. Die Stoffe im Messvolumen 2 können von jeder Art von Emissionsquelle 15, beispielsweise auf einer Oberfläche 10, stammen. In dargestellter Fig 1 ist die Emissionsquelle 15 ein Fahrzeug wie ein Personenkraftwagen (PKWs), Lastkraftwagen (LKWs), aber auch ein einspuriges Fahrzeug wie ein Motorrad, Motorfahrrad und ähnliches, welche einen Verbrennungsmotor aufweisen. Emissionen einer anderen Emissionsquelle 15, wie Brennstoffzellen, welche im Regelfall nur Wasserdampf und keine Schadstoffe emittieren, können ebenfalls über eine solche Vorrichtung 1 gemessen werden. Die Erfassung solcher Emissionsquellen 15 kann hilfreich sein, um beispielsweise den Anteil an Fahrzeugen mit niedrigen oder hohen Emissionswerten im Straßenverkehr zu ermitteln. Die Messung kann beispielsweise an einer Oberfläche 10 erfolgen, beispielsweise einer Straße, vorteilhafterweise in einem gewissen Abstand d über einer Oberfläche 10. Es ist aber auch vorstellbar, dass die Vorrichtung 1 seitlich eines Messvolumens 2 angeordnet ist und die Messung parallel zur Oberfläche 10 erfolgt, oder die Vorrichtung 1 kann auch in der Oberfläche 10 selbst verbaut sein kann. Auch Kombinationen von Messungen von mehreren Seiten sind vorstellbar.
[0039] Die Vorrichtung 1 kann ein Messvolumen 2 beispielsweise auch an anderen Orten abseits einer Oberfläche 10 messen. Es ist vorstellbar, dass eine Vorrichtung 1 in einem Messvolumen 2 eine Abgaswolke eines Flugzeugs bei Start oder Landung auf einer Landepiste auf einem Flughafen misst. Auch ist es denkbar, dass eine Abgaswolke von einem Schiff, beispielsweise in einem Hafenbecken oder in einer Schleuse gemessen wird.
[0040] Die Erfindung ist nicht auf oben genannte Anwendungen limitiert, sondern alle Einsatzmöglichkeiten, die sich dem Fachmann erschließen, sind vorstellbar.
[0041] Die Abgaswolke 31 muss auch nicht zwingend von einem Fahrzeug stammen, sondern kann prinzipiell von jeglicher Emissionsquelle 15 herrühren. Ein Beispiel ist eine Abgaswolke 31 aus einem Industrieprozess, die beispielsweise an einem Schornstein abgegeben wird.
[0042] Die zu messenden Stoffe im Messvolumen 2 können gasförmige Stoffe, wie Kohlendioxid (CO), Kohlenmonoxid (CO), Stickoxide (NOX), Schwefeldioxid (SO), gasförmige polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) und ähnliches sein. Es ist aber auch denkbar feste Stoffe, wie Feststoffpartikel, wie z.B. Rußpartikel, im Messvolumen 2 zu messen. Die Stoffe und deren Konzentrationen im Messvolumen 2 sind üblicherweise abhängig von der Emissionsquelle 15, beispielsweise vom Typ des Kraftstoffes, vom Verbrennungsmotor, vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors und vom Status eines Katalysators oder Abgasnachbehandlungssystems (sofern vorhanden). Beispielsweise emittiert ein Verbrennungsmotor, der noch nicht auf Betriebstemperatur ist, oftmals eine höhere Konzentration an teilverbrannten Stoffen, wie polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, als bei normaler Betriebstemperatur. Ebenso werden bei unterschiedlichen Betriebszuständen (z.B. gegeben durch aktuelle Drehzahl und aktuelles Drehmoment) unterschiedliche Stoffe emittiert.
[0043] Diese gasförmigen oder festen Stoffe im Messvolumen 2 sollen erfindungsgemäß gemessen werden. „Messen eines Stoffes“ kann dabei das Erkennen des Vorhandenseins des Stoffes im Messvolumen 2 bedeuten, aber auch das Messen einer Menge oder Konzentration des Stoffes im Messvolumen 2.
[0044] Das Remote Sensing basiert darauf, dass ein Lichtstrahl durch das Messvolumen 2 gesendet wird und eine Lichteigenschaft des Lichtstrahls, beispielsweise die Lichtintensität, oder eine Wellenlänge des Lichts, aufgrund gasförmiger und/oder fester Stoffe im Messvolumen 2 verändert wird. Diese Veränderung kann mit einem Detektor 5 gemessen werden, um Rückschlüsse über die gasförmigen oder festen Stoffe im Messvolumen 2 zu erhalten.
[0045] Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausgestaltung des Remote Sensing, mit einer Vorrichtung 1 für eine Mehrfachmessung eines festen oder gasförmigen Stoffes in zumindest einem Messvolumen 2.
[0046] Dazu ist in der Vorrichtung 1 eine Lichtquelle 3 vorgesehen, welche im dargestellten Aus-
führungsbeispiel in örtlicher Nähe zu einem Detektor 5 angeordnet ist. Vorzugsweise sind die Lichtquelle 3 und der Detektor 5 in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Die Lichtquelle 3 kann beispielsweise monochromatisches Licht abgeben, beispielsweise als Laserlicht, welches eine definierte Wellenlänge mit vorgegebener Lichtintensität abgibt. Insbesondere können Quanten-Kaskaden-Laser (QCL) verwendet werden, es sind aber auch andere Typen und Kombinationen von Lasern vorstellbar, um verschiedene Wellenlängenbereiche abzudecken. Es ist auch denkbar, dass die Lichtquelle 3 eine polychromatische emittierende Lampe aufweist, wie eine Lampe im Ultraviolett- (UV) oder auch im Infrarotbereich (IR). Ebenfalls ist ein Monochromator in der Lichtquelle 3 oder an anderer geeigneter Stelle der Vorrichtung 1 denkbar, um gezielt Wellenlängen zu selektieren. Ein Monochromator kann beispielsweise ein Bragg-Gitter, ein Prisma, ein beweglicher Spiegel oder ein optischer Filter sein.
[0047] Die Lichtquelle 3 erzeugt einen Hauptprimärstrahl 4.1 mit vorgegebener Lichtintensität und zumindest einer Wellenlänge und dieser wird zu einer Strahlenteilereinheit 6 geleitet. Dazu kann die Lichtquelle 3 entweder in der Strahlenteilereinheit 6 oder in örtlicher Nähe dazu angeordnet sein. Auch ist es möglich, den Hauptprimärstrahl 4.1 über eine Lichttransporteinheit 8 an die Strahlenteilereinheit 6 zu leiten. Die Lichttransporteinheit 8 ist vorteilhaft, wenn eine Lichtquelle 3 örtlich getrennt von der Strahlenteilereinheit 6 angeordnet ist, beispielsweise auf Höhe der Oberfläche 10 und hinsichtlich der Lichtintensität verlustarm oder sogar verlustfrei zur Strahlenteilereinheit 6 geleitet werden soll. Die Lichttransporteinheit 8 kann beispielsweise ein Lichtleiter, wie ein Glasfaserkabel, sein, oder auch ein Spiegelsystem oder ein anderes optisches System, das den Hauptprimärstrahl 4.1 zur Strahlenteilereinheit 6 lenkt.
[0048] Die Strahlenteilereinheit 6 ist in einem ersten Abstand d+; von einem ersten Spiegelungsbereich 11.1 einer ersten Spiegelungseinheit 11 angeordnet. Am Spiegelungsbereich 11.1 wird ein eintreffender Lichtstrahl reflektiert. Der erste Spiegelungsbereich 11.1 bildet zur Reflexion eine Spiegelungsebene aus. Die erste Spiegelungseinheit 11 kann anwendungsbezogen angeordnet sein, beispielsweise auf einer Oberfläche 10 (wie z.B. auf einer Fahrbahn einer Straße). Der Abstand d:; kann ebenso anwendungsbezogen passend gewählt sein, beispielsweise abhängig von den durchfahrenden Fahrzeugen, aber auch von der Richtung der Messung sein. Der Abstand d1 kann beispielsweise geringer sein, wenn eine Messung parallel zu Oberfläche 10 durchgeführt wird, und kann höher sein, wenn normal auf die Oberfläche 10 gemessen wird.
[0049] Dabei bildet sich zwischen der Strahlenteilereinheit 6 und der ersten Spiegelungseinheit 11 ein Messvolumen 2 aus, in dem zumindest ein gasförmiger und/oder fester Stoff, welcher von einer Emissionsquelle 15 emittiert worden ist, gemessen werden soll.
[0050] Der Hauptprimärstrahl 4.1 wird in der Strahlenteilereinheit 6 in einen ersten Teilstrahl 4“ und zumindest einen Nebenprimärstrahl 13, welche in unterschiedliche Richtungen weiterlaufen, aufgeteilt. Dazu kann in der Strahlenteilereinheit 6 ein Doppelspiegel, oder ein anderes geeignetes optisches System oder Gerät, vorgesehen sein, welches die Lichtintensität des Hauptprimärstrahls 4.1 auf eine Lichtintensität des ersten Teilstrahls 4“ und des zumindest einen Nebenprimärstrahls 13 aufteilt. Vorteilhafterweise wird die Lichtintensität des Hauptprimärstrahls 4.1 jeweils zur Hälfte auf die Lichtintensität des Nebenprimärstrahls 13 und des ersten Teilstrahls 4“ aufgeteilt.
[0051] Der erste Teilstrahl 4“ wird von der Strahlenteilereinheit 6 in Richtung des ersten Spiegelungsbereichs 11.1 der Spiegelungseinheit 11 gelenkt. Dabei durchdringt der erste Teilstrahl 4“ das zumindest eine Messvolumen 2. Der erste Teilstrahl 4“ wird vom ersten Spiegelungsbereich 11.1 reflektiert und als erster Rückstrahl 14“ in Richtung zumindest eines Detektors 5 gelenkt.
[0052] Der erste Teilstrahl 4“ wird vorzugsweise von der Strahlenteilereinheit 6 derart zum ersten Spiegelungsbereichs 11.1 der Spiegelungseinheit 11 abgelenkt, dass die Richtung des ersten Rückstrahls 14‘ entgegengesetzt, aber parallel verlaufend zur Richtung des ersten Teilstrahls 4“ ist.
[0053] Dabei durchdringt der erste Rückstrahl 14“ das zumindest eine Messvolumen 2 abermals. Der Detektor 5, der den ersten Rückstrahl 14“ erfasst, kann an einer beliebigen geeigneten Stelle
der Vorrichtung 1 angeordnet sein.
[0054] Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 wird der erste Teilstrahl 4“ von der Strahlenteilereinheit 6 in eine von der Einstrahlrichtung des Hauptprimärstrahls 4.1 in die Strahlenteilereinheit 6 unterschiedliche Richtung abgelenkt und der Nebenprimärstrahl 13 behält im Wesentlichen die Einstrahlrichtung des in die Strahlenteilereinheit 6 eintretenden Hauptprimärstrahls 4.1 bei. Mit anderen Worten teilt die Strahlenteilereinheit 6 den Hauptprimärstrahl 4.1 in einen ersten Teilstrahl 4“ in eine von der Einstrahlrichtung des Hauptprimärstrahls unterschiedliche Richtung und einen Nebenprimärstrahl 13 in eine Richtung, die im Wesentlichen der Einstrahlrichtung des Hauptprimärstrahls 4.1 in die Strahlenteilereinheit 6 entspricht. Insbesondere wird der erste Teilstrahl 4“ von der Strahlenteilereinheit 6 in eine Richtung abgelenkt, die im Wesentlichen normal zum ersten Spiegelungsbereich 11.1 und/oder einer Spiegelungsebene des ersten Spiegelungsbereichs 11.1 orientiert ist.
[0055] Die Anordnung der ersten Spiegelungseinheit 11 mit dem ersten Spiegelungsbereich 11.1 kann damit unabhängig von der Lage des Detektors 5 gewählt werden. Beispielsweise kann die erste Spiegelungseinheit 11 parallel zur Ebene der Oberfläche 10, normal zur Ebene der Oberfläche 10, oder auch in einem dazwischenliegenden Winkel zur Ebene der Oberfläche 10 montiert sein. Vorteilhafterweise kann die Spiegelungseinheit 11 auch in einer Oberfläche 10 montiert sein und mittels geeigneter Beschichtung oder Verbau vor Schäden und Verschmutzung durch Emissionsquellen 15, wie Fahrzeuge, welche über die Oberfläche 10 fahren, geschützt werden.
[0056] Es kann auch vorgesehen sein, den ersten Rückstrahl 14“ vom ersten Spiegelungsbereich 11.1 zuerst zu der Strahlenteilereinheit 6 zurückzulenken. Der erste Rückstrahl 14‘ kann dann über die Strahlenteilereinheit 6 in Richtung des zumindest einen Detektors 5 gelenkt werden (angedeutet durch den Primärrückstrahl 13° in Fig.2). Das kann beispielsweise über die Lichttransporteinheit 8 erfolgen, wenn die Lichtquelle 3 und der Detektor 5 örtlich zusammen angeordnet sind. Es kann aber auch vorgesehen sein, den Detektor 5 örtlich getrennt von der Lichtquelle 3 anzuordnen. In diesem Fall könnte der erste Rückstrahl 14“ in geeigneter Weise, beispielsweise über ein Spiegelsystem oder einen separaten Lichtwellenleiter, zum Detektor 5 gesendet werden. Der Detektor 5 kann auch direkt in der Strahlenteilereinheit 6 angeordnet sein.
[0057] Die Strahlenteilereinheit 6 erzeugt auch den Nebenprimärstrahl 13, der in Richtung zumindest einer Umlenkeinheit 7 geleitet wird. Die Richtung des Nebenprimärstrahls 13 entspricht vorzugsweise im Wesentlichen der Richtung, mit der der Hauptprimärstrahl 4.1 in die Strahlenteilereinheit 6 eintritt. Die Umlenkeinheit 7 ist in einem zweiten Abstand d2 von einem zweiten Spiegelungsbereich 11.2 der Spiegelungseinheit 11 angeordnet. Der Abstand d2 kann hier ebenfalls anwendungsbezogen gewählt sein, beispielsweise abhängig von einer Emissionsquelle 15, aber auch von der Richtung der Messung. Auch können sich der erste Abstand d1 und der zweite Abstand d2 aufgrund von baulichen oder natürlichen Höhenunterschieden ergeben. Beispielsweise kann eine Erhebung der Oberfläche 10 oder Anderungen in der Beschaffenheit der Oberfläche 10 dazu führen, dass die Abstände d1, d2 unterschiedlich sind. Vorzugsweise sind die Abstände d1, d2 gleich, können aber auch unterschiedlich sein.
[0058] Dabei bildet sich zwischen der Umlenkeinheit 7 und dem zweiten Spiegelungsbereich 11.2 ein Messvolumen 2 aus. Das kann dasselbe Messvolumen 2 sein wie zwischen der Strahlenteilereinheit 6 und dem ersten Spiegelungsbereich 11.1, oder auch ein separates Messvolumen.
[0059] Das zumindest eine Messvolumen 2 ist somit zwischen der Strahlenteilereinheit 6 und/oder der Umlenkeinheit 7 und dem zugeordneten Spiegelungsbereich 11.1, 11.2 angeordnet, und von der Strahlenteilereinheit 6 und/oder der Umlenkeinheit 7 und der Spiegelungseinheit 11 zumindest teilweise begrenzt. Es können aber auch zwei getrennte Messvolumina 2 vorgesehen sein.
[0060] Der erste Spiegelungsbereich 11.1 und der zweite Spiegelungsbereich 11.2 können dabei an einer gemeinsamen ersten Spiegelungseinheit 11 ausgebildet sein, können aber auch getrennten Spiegelungseinheiten 11 zugeordnet sein.
[0061] Die Umlenkeinheit 7, beispielsweise ein Umlenkspiegel oder ein anderes geeignetes op-
tisches System oder Gerät, ist dazu ausgestaltet, den Nebenprimärstrahl 13 als einen zweiten Teilstrahl 4‘ durch das zumindest eine Messvolumen 2 in Richtung des zweiten Spiegelungsbereichs 11.2 zu lenken. Die Umlenkeinheit 7 kann den Nebenprimärstrahl 13 dazu auch umlenken (wie in Fig.2 dargestellt).
[0062] Der zweite Teilstrahl 4° durchdringt erfindungsgemäß das zumindest eine Messvolumen 2. Der zweite Teilstrahl 4‘ wird am zweiten Spiegelungsbereich 11.2 reflektiert und als zweiter Rückstrahl 14‘ in Richtung des zumindest einen Detektors 5 gelenkt und durchdringt dabei das Messvolumen 2 ein zweites Mal.
[0063] Alternativ kann der zweite Rückstrahl 14° auch zur Umlenkeinheit 7 gelenkt werden, wobei der zweite Teilstrahl 4‘ das zumindest eine Messvolumen 2 nochmals durchdringt.
[0064] Entsprechend dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 wird dabei der Nebenprimärstrahl 13 von der Umlenkeinheit 7 derart abgelenkt, dass die Richtung des zweiten Teilstrahls 4‘ im Wesentlichen normal zum zweiten Spiegelungsbereich 11.2 und/oder einer Spiegelungsebene des zweiten Spiegelungsbereichs 11.2 orientiert ist. Insbesondere wird der Nebenprimärstrahl 13 von der Umlenkeinheit 7 derart zum zweiten Spiegelungsbereich 11.2 abgelenkt, dass die Richtung des zweiten Rückstrahls 14‘ entgegengesetzt, aber parallel verlaufend zur Richtung des zweiten Teilstrahls 4‘ ist.
[0065] Der zweite Rückstrahl 14‘ kann in der Umlenkeinheit 7 zum Detektor 5 oder zur Strahlenteilereinheit 6 gelenkt werden und kann von der Strahlenteilereinheit 6, so wie der erste Rückstrahl 14“, in Richtung des zumindest einen Detektors 5 gelenkt werden (angedeutet durch den Primärrückstrahl 13‘ in Fig.2).
[0066] Die Anordnung des zweiten Spiegelungsbereichs 11.2 kann von der Lage des Detektors 5, der den zweiten Rückstrahl 14‘ erfassen soll, unabhängig gewählt werden. Beispielsweise kann der zweite Spiegelungsbereich 11.2 parallel zur Ebene der Oberfläche 10, normal zur Ebene der Oberfläche 10, oder auch in einem Winkel zur Ebene der Oberfläche 10 angeordnet sein.
[0067] In einer möglichen Ausführungsform sind auch mehrere Detektoren 5 vorgesehen, um beispielsweise verschiedene Rückstrahlen 14‘, 14“ separat zu erfassen.
[0068] In einer möglichen Ausführungsform ist ein Detektor 5 in der Umlenkeinheit 7 angeordnet, um den zweiten Rückstrahl 14‘ getrennt vom ersten Rückstrahl 14“ zu erfassen. Dann wird der zweite Rückstrahl 14‘ nach Reflexion am zweiten Spiegelungsbereich 11.2 zum Detektor 5 in der Umlenkeinheit 7 gelenkt und ein Weiterleiten zu einem anderen Detektor 5, eventuell auch über die Strahlenteilereinheit 6, erübrigt sich. Der Detektor 5 für den zweiten Rückstrahl 14‘ kann auch an einer beliebig anderen Stelle der Vorrichtung 1 angeordnet sein, solange der zweite Rückstrahl 14‘ dorthin leitbar ist. Genauso kann ein einziger Detektor 5 für den ersten Rückstrahl 14“ und den zweiten Rückstrahl 14‘ vorgesehen sein.
[0069] Der zumindest eine Detektor 5 misst zumindest eine Lichteigenschaft eines damit erfassten Rückstrahls 14‘, 14“, die den zu messenden gasförmigen oder festen Stoff charakterisiert. Als Lichteigenschaft kann beispielsweise eine Lichtintensität oder eine Wellenlänge oder eine beliebige andere messbare Lichteigenschaft gemessen werden. Aus der gemessenen Lichteigenschaft kann dann auf den gasförmigen oder festen Stoff geschlossen werden, beispielsweise auf ein Vorhandensein des Stoffes, eine Menge oder eine Konzentration des Stoffes.
[0070] Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 durchdringt ein Teilstrahl 4‘, 4“ aufgrund der Reflexion über einen Spiegelungsbereich 11.1, 11.2 das zumindest eine Messvolumen 2 zweimal, womit der Lichtstrahl zweimal vom gasförmigen und/oder festen Stoff im Messvolumen 2 beeinflusst wird, was zu einer integralen Messung führt. Das kann sich bei der Messung in einer erhöhten Sensitivität und einer Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses niederschlagen, weil größere Messsignale möglich sind. Damit kann eine höhere Messqualität erreicht werden.
[0071] Vorteilhafterweise kann der Detektor 5 die aufgrund des zumindest einen gasförmigen oder festen Stoffes reduzierte Lichtintensität des erfassten Rückstrahls 14‘, 14“ messen und in eine Absorption eines gasförmigen Stoffes umrechnen, beispielsweise mittels einer vorher durch-
geführten Referenzmesseinheit im Detektor 5, welche in Abwesenheit eines Stoffes in Messvolumen 2 durchgeführt wird. Eine solche Referenzmessung kann auch in regelmäßigen Intervallen oder bedarfsweise erfolgen. Auch eine Abschwächung der Lichtintensität aufgrund eines festen Stoffes, beispielsweise aufgrund Streuung, kann auf diese Weise erfasst werden. Es kann aber auch eine Abschwächung der Lichtintensität des erfassten Rückstrahls 14°, 14“ bezogen auf die Lichtintensität des zum jeweiligen Rückstrahl 14‘, 14“ gehörenden Teilstrahls 4‘, 4“ oder auch bezogen auf den Hauptprimärstrahl 4.1 oder den Nebenprimärstrahl 13 ermittelt werden.
[0072] In weiterer Folge werden vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 beschrieben.
[0073] Die Spiegelungseinheit 11 kann beispielsweise redundant ausgelegt sein, und es können pro Strahlenteilereinheit 6 und/oder Umlenkeinheit 7 mehrere Spiegelungseinheiten 11 vorgesehen sein. So kann es möglich sein, bei Beschädigung oder Verschmutzung eines Spiegelungsbereichs 11.1, 11.2 einer Spiegelungseinheit 11 einen Teilstrahl 4‘, 4“ auf eine andere Spiegelungseinheit 11 zu richten oder eine Spiegelungseinheit 11 durch eine andere auszutauschen. Somit können Spiegelungseinheiten 11 auch leicht getauscht und gewartet werden, ohne dadurch die Messung mit der Vorrichtung 1 unterbrechen zu müssen.
[0074] Eine mögliche Ausführungsform für einen Schutz einer Spiegelungseinheit 11 ist eine Schutzfolieneinheit 24, die in Fig. 9 dargestellt ist. Diese dient dazu, eine Schutzfolie 23 über einer Spiegelungseinheit 11 anzuordnen, um diese vor Verschmutzung oder Beschädigung (z.B. durch Kratzer) zu schützen. Die Schutzfolie 23 ist dabei natürlich hinreichend transparent ausgeführt. Eine verschmutzte Schutzfolie 23 kann bedarfsweise durch eine saubere Schutzfolie 23 ersetzt werden. Eine mögliche Ausführungsform einer Schutzfolieneinheit 24 gemäß Fig.9 besteht in der gezeigten Ausgestaltung aus einer ersten Rolle 20, auf der saubere Schutzfolie 23 aufgewickelt ist. Von dieser ersten Rolle 20 kann saubere Schutzfolie 23 abgewickelt werden und über einer Spiegelungseinheit 11 angeordnet werden. Es kann eine zweite Rolle 21 vorgesehen sein, auf der die verschmutzte Schutzfolie 23 aufgewickelt werden kann. Bei bestimmungsgemäBer Verwendung wird bedarfsweise saubere Schutzfolie von der ersten Rolle 20 abgewickelt und gleichzeitig verschmutzte Schutzfolie von der zweiten Rolle 21 aufgewickelt. Die Spiegelungseinheit 11 ist in dieser Ausführungsform unterhalb der Oberfläche 10 angeordnet. Die abgewickelte Schutzfolie 23 ist dabei über der Spiegelungseinheit 11 angeordnet, um die Spiegelungseinheit 11 vor Verschmutzung oder Beschädigung zu schützen. Aus Stabilitätsgründen kann zwischen der Spiegelungseinheit 11 und der Schutzfolie 23 auch ein mechanischer Schutz 22 vorgesehen sein, welcher allerdings ausreichende optische Durchlässigkeit ermöglichen sollte. Eine der beiden Rollen 20, 21 kann angetrieben sein, um ein bedarfsweises Weiterbewegen der Schutzfolie 23 über der Spiegelungseinheit 11 zu bewirken. Hierfür kann auch eine Automatisierungseinheit vorgesehen sein, die den Antrieb der angetriebenen Rolle 20, 21 ansteuert. Vorteilhafterweise kann das Antreiben der Rollen 20, 21 bei Unterschreiten eines Grenzwerts erfolgen, beispielsweise einem Lichtintensitätsverlust eines mit einem Detektor 5 erfassten Rückstrahls 14‘, 14“. Dann kann die Automatisierungseinheit die angetriebene Rolle 20, 21 automatisiert ansteuern, um die Schutzfolie 23 weiterzubewegen. Damit kann die verschmutzte Schutzfolie 23 oberhalb der Spiegelungseinheit 11 einfach und bedarfsweise durch eine unverschmutzte ausgetauscht werden. Das kann vorteilhaft sein, wenn die Spiegelungseinheit 11 generell hoher Verschmutzung ausgesetzt ist.
[0075] Es kann auch vorgesehen werden, dass mehrere Messvolumina 2 ausgebildet sind oder jeder Teilstrahl 4‘, 4“ ein separates Messvolumen 2 durchdringt. Das kann vorteilhaft sein, wenn beispielsweise mehrere verschiedene Oberflächen 10, wie eine mehrspurige Straße, vermessen werden. Das kann den Messdurchsatz deutlich erhöhen und die statistische Sicherheit bei einer Messkampagne erhöhen.
[0076] Fig.3a zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Ein Hauptprimärstrahl 4.1 wird in die Strahlenteilereinheit 6 eingebracht, und dort, wie oben ausgeführt in den Nebenprimärstrahl 13 und in den ersten Teilstrahl 4“ unterschiedlicher Richtung aufgeteilt. Der erste Teilstrahl 4“ wird zum ersten Spiegelungsbereich 11.1 weiterge-
lenkt. Der Nebenprimärstrahl 13 wird jetzt, anstelle zu einer Umlenkeinheit 7, zu einer weiteren, zweiten Strahlenteilereinheit 6‘ weitergeleitet, welche in einem weiteren, dritten Abstand d3 (vorzugsweise gleich zu Abständen d1, d2) von einem weiteren, dritten Spiegelungsbereich 11.3 der Spiegelungseinheit 11 angeordnet ist, wobei sich dazwischen wieder ein oder das Messvolumen 2 ausbildet. Diese zweite Strahlenteilereinheit 6‘ hat die gleiche Funktion wie die erste Strahlenteilereinheit 6 und teilt den eintreffenden Nebenprimärstrahl 13 in einen weiteren, dritten Teilstrahl 4‘ und einen weiteren, zweiten Nebenprimärstrahl 13“ unterschiedlicher Richtung auf. Der dritte Teilstrahl 4“ wird in Richtung der dritten Spiegelungseinheit 11.3 gelenkt und daran reflektiert und der reflektierte dritte Rückstrahl 14‘ zu einem Detektor 5 weitergeleitet, an dem dieser erfasst wird. Der von der zweiten Strahlenteilereinheit 6‘ weitergeleitete zweite Nebenprimärstrahl 13“ kann jetzt, wie in Fig.1, zu einer Umlenkeinheit 7 gelenkt werden und in den zweiten Teilstrahl 4‘ umgelenkt werden. Die Aufteilung der Lichtintensitäten an den Strahlenteilereinheiten 6, 6‘ kann bedarfsgerecht gewählt werden. Es ist damit möglich, durch das Vorsehen von weiteren Strahlenteilereinheiten 6‘ auf einfache Weise weitere Messtellen im selben Messvolumen 2 oder in verschiedenen Messvolumina 2 auszubilden.
[0077] Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, um mehrere ortsaufgelöste Messungen von Stoffen in zumindest einem Messvolumen 2 zu ermöglichen, beispielsweise um einen gasförmigen oder festen Stoff einer Abgaswolke einer Emissionsquelle 15 an mehreren Punkten zu messen. In diesem Fall werden die Teilstrahlen 4‘, 4“, 4‘ durch dasselbe Messvolumen 2, in dem sich die Abgaswolke befindet, geleitet. Weiters kann diese Ausführungsform vorteilhaft sein, um verschiedene örtlich getrennte Messvolumina 2 simultan mit nur einer Lichtquelle 3 zu erfassen. In diesem Fall würden zumindest zwei Teilstrahlen 4°, 4“, 4“ durch verschiedene Messvolumina 2 geleitet. Dabei kann es auch vorteilhaft sein, jeden Rückstrahl 14°, 14“, 14“ mit einem separaten Detektor 5 zu messen.
[0078] Fig. 3b zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung. Der Hauptprimärstrahl 4.1 wird in die Strahlenteilereinheit 6 eingebracht und dort in zwei Nebenprimärstrahlen 13 unterschiedlicher Richtungen aufgeteilt. Die Nebenprimärstrahlen 13 sind dabei unterschiedlich zu den (nicht eingezeichneten) Teilstrahlen 4“ orientiert. Vorteilhaft sind die Nebenprimärstrahlen 13 zwar in unterschiedliche Richtungen orientiert, die Richtungen liegen aber in einer gemeinsamen Nebenprimärstrahlebene, die in Fig. 3b der Blattebene entspricht. Mit anderen Worten wird hier der Hauptprimärstrahl 4.1 in zumindest zwei Nebenprimärstrahlen 13 aufgeteilt, die in unterschiedliche Richtung orientiert sind, aber vorzugsweise in einer gemeinsamen Nebenprimärstrahlebene verlaufen. Günstigerweise verläuft auch der Hauptprimärstrahl 4.1 in dieser Nebenprimärstrahlebene.
[0079] Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3b wird der Hauptprimärstrahl 4.1 in mehrere Nebenprimärstrahlen 13 aufgeteilt, die zusammen mit dem Hauptprimärstrahl 4.1 in einer gemeinsamen Nebenprimärstrahlebene liegen.
[0080] Die Teilstrahlen 4‘, 4“ (z.B. normal auf die Zeichnungsebene) sind hier nicht dargestellt. Jeder Nebenprimärstahl 13 kann entweder zu einer weiteren Strahlenteilereinheit 6‘ (wie in Fig. 3a) oder einer Umlenkeinheit 7 geleitet werden. Mit dieser vorteilhaften Ausführungsform können verschiedene Messanordnungen realisiert werden. In einer besonderen Ausführungsform kann so eine Messung parallel zur Oberfläche 10 und gleichzeitig normal zur Oberfläche 10 durchgeführt werden, was einer mehrdimensionalen Messung im Messvolumen 2 entspricht. Auch auf diese Weise lassen sich sowohl mehrere Messungen im selben Messvolumen 2 realisieren, als auch Messungen in verschiedenen Messvolumina 2.
[0081] Fig. 4 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform der Erfindung. Der Hauptprimärstrahl 4.1 oder der Nebenprimärstrahl 13, 13“ wird in die Strahlenteilereinheit 6, 6‘ oder in die Umlenkeinheit 7 gelenkt (nicht dargestellt) und dort wie oben beschrieben in einen Teilstrahl 4‘, 4‘, 4‘ umgelenkt. Der zumindest eine Teilstrahl 4‘, 4“, 4‘ wird danach über zumindest eine Modulationseinheit 16 geführt. Vorteilhafterweise wird eine Modulationseinheit 16 für jeden Teilstrahl 4‘, 4“, 4“ in der Vorrichtung 1 verwendet.
[0082] Die zumindest eine Modulationseinheit 16 bewirkt, dass der zumindest eine Teilstrahl 4‘,
4“, 4‘ in einzelne Lichtpakete 17, bedarfsweise auch mit unterschiedlichen Lichtintensitäten |, aufgeteilt wird. Die Lichtpakete 17 haben eine vorgegebene zeitliche Länge und sind zeitlich separiert. In einer einfachsten Ausführungsform kann eine solche Modulationseinheit 16 ein Lichtchopper sein, der definierte Lichtpakete 17 erzeugt. Solche Lichtchopper können beispielsweise rotierende Scheiben, Spiegel, Winkelspiegel oder Prismen sein. Auch elektrooptische Modulatoren als Modulationseinheit 16, wie Mach-Zehnder-Interferometer, sind denkbar.
[0083] Es ist aber auch vorstellbar, dass ein Rückstrahl 14‘, 14“, 14‘ von der Modulationseinheit 16 moduliert wird und die einzelnen Lichtpakete 17 des Rückstrahls 14‘, 14“, 14“ von einem Detektor 5 erfasst werden. Auch ist es vorstellbar, dass eine Modulationseinheit 16 den Hauptprimärstrahl 4.1 oder einen Nebenprimärstrahl 13, 13“ in einzelne Lichtpakete 17°, 17“, 17“ aufteilt.
[0084] Jedenfalls wird durch die Aufteilung in einzelne Lichtpakete 17 bewirkt, dass auch die von einem Detektor 5 erfassten Rückstrahlen 14‘, 14“, 14‘ in Lichtpakete 17 aufgeteilt sind. Die Aufteilung in einzelne Lichtpakete 17 erfolgt vorteilhafterweise so, dass die Lichtpakete 17 im Detektor 5 zeitlich versetzt ankommen. Das ermöglicht auf einfache Weise die Messung verschiedener Rückstrahlen 14°, 14“, 14“ in einem Detektor 5.
[0085] Beispielsweise kann bei einer Vorrichtung wie in Fig. 2 sowohl der erste Teilstrahl 4“ als auch der zweite Teilstrahl 4‘ mit je einer Modulationseinheit 16 in Lichtpakete 17°, 17‘ aufgeteilt werden. Die Modulation mittels einer ersten Modulationseinheit 16 des ersten Teilstrahls 4“ kann zeitversetzt zur Modulation mittels zweiter Modulationseinheit 16 des zweiten Teilstrahls 4‘ erfolgen (wie in Fig. 4 angedeutet). Damit treffen die reflektierten Lichtpakete 17“ des ersten Teilstrahls 4“ zeitversetzt zu den reflektierten Lichtpaketen 17° des zweiten Teilstrahls 4‘ bei einem Detektor 5 ein. Somit kann eine ortsaufgelöste Messung mittels eines einzigen Detektors 5 einfach ermöglicht werden.
[0086] Fig. 5 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung. Ein Hauptprimärstrahl 4.1. wird erfindungsgemäß in die Strahlenteilereinheit 6, 6‘ geleitet. Die Strahlenteilereinheit 6, 6‘ ist in einer möglichen Ausführung schwenkbar ausgebildet und kann beispielsweise in einem Winkel v um eine Achse normal auf einen Spiegelungsbereich 11.1, 11.2, 11.3 oder normal auf eine Spiegelungsebene einer Spiegelungseinheit 11 oder normal auf eine Oberfläche 10 oder normal auf eine Oberfläche 10, auf der die Spiegelungseinheit 11 angeordnet ist, verschwenkt werden, und kann so den zumindest einen Nebenprimärstrahl 13 abwechselnd zu einer Mehrzahl an stationären Umlenkeinheiten 7 oder auch weiteren Strahlenteilereinheiten 6‘ lenken.
[0087] Die Strahlenteilereinheit 6, 6‘ kann selbst schwenkbar ausgeführt sein. Vorteilhafterweise kann aber auch nur ein Spiegel in einer Strahlenteilereinheit 6, 6‘ den Wechsel zu verschiedenen Umlenkeinheiten 7 oder weiteren Strahlenteilereinheiten 6° durchführen. In einer Ausführungsform ist das beispielsweise eine rotierende Welle mit Spiegeln in einem definierten Abstand, welche die Nebenprimärstrahlen 13 zu verschiedenen Umlenkeinheiten 7 oder weiteren Strahlenteilereinheiten 6‘ lenkt. In dieser Ausführungsform wirkt die rotierende Welle mit Spiegeln auch wie eine Modulationseinheit 16, da hier ebenfalls Lichtpakete 17 erzeugt werden.
[0088] Es kann auch vorgesehen sein, die gesamte Vorrichtung 1 schwenkbar zu gestalten. Dabei sind beispielsweise Strahlenteilereinheit 6, 6‘ und Umlenkeinheit 7 an der Vorrichtung 1 fixiert und die gesamte Vorrichtung 1 kann um eine Achse normal auf die Oberfläche 10 geschwenkt werden. Dann kann die gesamte Vorrichtung 1 beispielsweise zwischen verschiedenen Fahrspuren abhängig vom Verkehrsaufkommen wechseln.
[0089] In einer Ausführungsform ist in der Strahlenteilereinheit 6, 6‘ und/oder in der Umlenkeinheit 7 zusätzlich eine Positionierungsoptikeinheit 27 (angedeutet in Fig. 6) vorgesehen. Diese ermöglicht eine Ausrichtung von Teilstrahlen 4‘, 4“, 4“ und/oder eines Nebenprimärstrahls 13, 13“ und kann beispielsweise zur Justierung und Nachjustierung verwendet werden. Eine NachjJustierung kann beispielsweise notwendig sein, wenn die Strahlenteilereinheit 6, 6‘ und/oder die Umlenkeinheit 7 durch Vibrationen oder andere Einflüsse verstellt worden sind.
[0090] Eine solche Positionierungsoptikeinheit 27 kann beispielsweise ein x-y Galvanometer
oder auch ein „digital mirror device“ sein. Eine Nachjustierung kann beispielsweise auch bei Verschmutzung eines Spiegelungsbereichs 11.1, 11.2, 11.3 notwendig werden.
[0091] Eine Positionierungsoptikeinheit 27 kann auch in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung verwendet werden, die es ermöglicht, eine Mehrzahl an Durchtritten eines Lichtstrahls durch das Messvolumen 2 zu realisieren und so eine weitere Verbesserung der Messqualität zu erzielen, wie anhand der Fig. 6 erläutert wird. Gegenüber einem Spiegelungsbereich 11.1, 11.2, ist eine gegenüberliegende zweite Spiegelungseinheit 18 mit einem ZwillingsSpiegelungsbereich 30 angeordnet, der ebenfalls eine Spiegelungsebene ausbildet und an dem ein einfallender Lichtstrahl reflektiert wird. Der Spiegelungsbereich 11.1, 11.2 der ersten Spiegelungseinheit 11 und der Zwillings-Spiegelungsbereich 30 der zweiten Spiegelungseinheit 18 sind einander zugewandt angeordnet. Vorzugsweise sind der Spiegelungsbereich 11.1, 11.2 und der Zwillings-Spiegelungsbereich 30 parallel verlaufend angeordnet. Mit anderen Worten sind die Spiegelungsebenen des Spiegelungsbereichs 11.1, 11.2 der Spiegelungseinheit 11 und des Zwillings-Spiegelungsbereichs 30 der zweiten Spiegelungseinheit 18 parallel verlaufend angeordnet.
[0092] Die Strahlenteilereinheit 6, 6‘ oder die Umlenkeinheit 7 können jetzt beispielsweise über die Positionierungsoptikeinheit 27 den Winkel a des Teilstrahls 4‘, 4“, 4“, abweichend von einer Normalen auf den Spiegelungsbereich 11.1, 11.2, verstellen. Damit wird der Teilstrahl 4“, 4‘, 4“ am Spiegelungsbereich 11.1, 11.2 reflektiert und an die gegenüberliegende zweite Spiegelungseinheit 18 rückreflektiert, wo der Teilstrahl 4‘, 4“, 4‘ am Zwillings-Spiegelungsbereich 30 erneut reflektiert wird. Abhängig vom Winkel a kann somit eine Mehrzahl n an Reflexionen eingestellt werden, mit denen der Teilstrahl 4‘, 4“, 4“ zwischen den Spiegelungseinheiten 11, 18 hin- und herläuft. Das kann vorteilhaft sein, da der Teilstrahl 4‘, 4‘, 4‘ somit ein Messvolumen 2 oftmals passieren kann, und damit über die integrale Messung eine höhere Sensitivität der Messung eines gasförmigen oder festen Stoffes im Messvolumen 2 erreicht werden kann.
[0093] Der zumindest eine Detektor 5 kann nun beispielsweise an einer der Spiegelungseinheiten 11, 18 angeordnet sein und den Teilstrahl 4‘, 4“, 4“ nach der letzten Reflexion als Rückstrahl 14‘, 14“, 14‘ erfassen. Es kann aber auch vorgesehen sein, den Teilstrahl 4‘, 4“, 4“ nach einer Mehrzahl n Reflexionen zur Strahlenteilereinheit 6, 6‘ oder Umlenkeinheit 7 als Rückstrahl 14‘, 14‘, 14‘ zurückzulenken und dort in Richtung des Detektors 5 weiter zu lenken, wobei der Detektor 5 auch in der jeweiligen Strahlenteilereinheit 6, 6‘ oder Umlenkeinheit 7 angeordnet sein kann. Das kann beispielsweise über einen Umlenkspiegel 28 erfolgen. Vorzugsweise ist der Umlenkspiegel 28 so ausgeführt, dass ein eintreffender Rückstrahl 14°, 14“, 14“ entgegen der Einstrahlrichtung reflektiert wird. Die Richtung des vom Umlenkspiegels 28 reflektierten Strahls fällt damit mit dem einfallenden Rückstrahl 14‘, 14“, 14“ zusammen, ist aber in der entgegengesetzten Richtung orientiert.
[0094] Der Rückstrahl 14°, 14“, 14‘* kann dabei wieder zwischen den Spiegelungseinheiten 11, 18 mehrfach reflektiert werden (wobei die Anzahl der Reflexionen am Rückweg nicht mit der Anzahl der Reflexionen am Hinweg übereinstimmen muss) oder wird nach Reflexion am Umlenkspiegel 28 über einen geeigneten optischen Weg zum Detektor 5 zurückgeleitet.
[0095] Die Spiegelungseinheiten 11, 18 mit den jeweiligen Spiegelungsbereichen 11.1, 11.2, 30 sind natürlich in geeigneter Weise anzuordnen und auszugestalten, um die gewünschten Reflexionen zu ermöglichen. Eine solche Anordnung und Ausgestaltung liegt im Können eines Fachmanns und kann nach den Anforderungen der Anwendung realisiert werden.
[0096] Fig. 7 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung. Der Hauptprimärstrahl 4.1 oder der Nebenprimärstrahl 13, 13‘ (nicht dargestellt) wird erfindungsgemäß in die Strahlenteilereinheit 6, 6‘ oder Umlenkeinheit 7 eingebracht. In der Strahlenteilereinheit 6, 6° oder Umlenkeinheit 7 ist eine Multiplexereinheit 19 vorgesehen. Die Multiplexereinheit 19 kann als elektrische oder elektro-optische Schaltung ausgeführt sein, welche den Hauptprimärstrahl 4.1 oder den Nebenprimärstrahl 13, 13‘ in eine Mehrzahl an einzelnen Teilstrahlen 4‘, 4“, 4“ (in Fig. 7 nur teilweise mit Bezugszeichen versehen) aufteilt. Ein Teilstrahl 4‘, 4“, 4“ wird somit mit der Multiplexereinheit 19 vervielfacht. Die Teilstrahlen 4‘, 4“, 4“ können zu unterschiedlichen Stellen des jeweiligen, der Strahlenteilereinheit 6, 6‘ oder Umlenkeinheit 7 zugeordneten Spiegelungs-
bereichs 11.1, 11.2, 11.3 geleitet werden. Die Teilstrahlen 4‘, 4“, 4“ können dabei alle dieselbe Lichtintensität wie der Hauptprimärstrahl 4.1 oder der Nebenprimärstrahl 13, 13‘ aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass die Teilstrahlen 4‘, 4‘, 4“ unterschiedliche Lichtintensitäten aufweisen. Die wie oben beschrieben entstehenden einzelnen Rückstrahlen 14‘, 14“, 14‘ können von verschiedenen Detektoren 5 erfasst werden.
[0097] In der Multiplexereinheit 19 kann jeder erzeugte Teilstrahl 4‘, 4“, 4‘““über einen eigenen optischen Pfad 32 geführt werden. Die optischen Pfade 32 können unterschiedliche optische Weglängen aufweisen, wobei jeder Teilstrahl 4‘, 4“, 4“ dadurch eine unterschiedliche optische Laufzeit erhält. Die einzelnen Teilstrahlen 4*, 4‘, 4“ werden an der Spiegelungseinheit 11 reflektiert und die einzelnen Rückstrahlen 14 (in Fig. 7 nicht eingezeichnet) wie oben beschrieben zurück an die Strahlenteilereinheit 6 bzw. Umlenkeinheit 7 gelenkt, eventuell auch über die optischen Pfade 32 unterschiedlicher Weglänge. Dann kann der zumindest eine Detektor 5 die entstehenden einzelnen Rückstrahlen 14‘, 14“, 14‘ einfacher messen, weil diese aufgrund der unterschiedlichen Weglängen zu zeitlich hintereinander folgenden Zeitpunkten am Detektor 5 eintreffen. Das kann eine ortsaufgelöste Messung des gasförmigen oder festen Stoffes im Messvolumen 2 ermöglichen.
[0098] In einer weiteren Ausführungsform wird die Multiplexereinheit 19 genutzt, um in einer Strahlenteilereinheit 6, 6‘ eine Mehrzahl an Nebenprimärstrahlen 13 zu erzeugen (beispielsweise in einer Anordnung wie in Fig.3b dargestellt), welche zu weiteren Strahlenteilereinheiten 6‘ und/oder Umlenkeinheiten 7 geleitet werden können. Damit kann in dieser Ausführungsform die Lichtintensität der Mehrzahl an Nebenprimärstrahlen 13 nach der Aufteilung durch die Multiplexereinheit 19 gleich sein.
[0099] Fig. 8 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zur genauen Konzentrationsmessung eines gasförmigen oder festen Stoffes in einem Messvolumen 2 mit einer erfindungsgemäßer Vorrichtung 1. Um eine Konzentration c eines Stoffes genauer zu bestimmen, ist Kenntnis über die tatsächliche Durchtrittsstrecke x des Lichts durch das den gasförmigen oder festen Stoff beinhaltenden Volumen (z.B. eine Abgaswolke) im Messvolumen 2 und der Absorption 1-(l/lo), kurz als A bezeichnet, oder Transmission I/I0 einer bestimmten Wellenlänge erforderlich. Die Messung eines Stoffes ist frequenzabhängig und sollte daher am, oder zumindest in der Nähe des, Absoptionsmaximum stattfinden, um ein verlässliches Ergebnis zu erhalten. Beispielsweise hat CO» charakteristische Vibrationsschwingungen bei einer Wellenzahl (Kehrwert der Wellenlänge) von 1388 cm“ (asymmetrische Streckschwingung) und bei 667 cm“ (Biegeschwingung). Laut Lambert-Beer’schen Gesetz ist die Absorption A abhängig von der Durchtrittsstrecke x, der Konzentration c und einem Absorptionskoeffizienten k (als bekannter Stoffparameter) über die Formel
In—=Kk*x*c.
[00100] Eine Absorption A kann über einen Detektor 5 ermittelt werden. Die Durchtrittsstrecke x ist aber abhängig von der Ausdehnung der Abgaswolke 31 im Messvolumen 2 und ist üblicherweise nicht bekannt.
[00101] Zum Erfassen der Durchtrittsstrecke x ist in der Vorrichtung 1 erfindungsgemäß eine Bildeinheit 29 vorgesehen, um zumindest einen Teil des Messvolumens 2 aus unterschiedlichen Richtungen (z.B. Winkeln w, ß) aufzunehmen. Die Bildeinheit 29 erzeugt Abbildungen des Messvolumens 2 aus unterschiedlichen Richtungen, die in einer Auswerteeinheit 26 verarbeitet werden. Die Auswerteeinheit 26 kann nun aus den erhaltenen Abbildungen aus verschiedenen Richtungen, einen Teil eines Abbilds einer Abgaswolke 31 im Messvolumen 2 rekonstruieren. Aus dem Abbild des Teils der Abgaswolke 31 kann die Durchtrittsstrecke x eines Teilstrahls 4‘, 4“, 4“, als Summe aller Durchtritte des Lichts durch die Abgaswolke 31, durch die Abgaswolke 31 ermittelt werden. Beispielsweise kann anhand der bekannten Abmessungen des Messvolumens 2 auf die Abmessungen des zumindest einen Teils der Abgaswolke 31 im Messvolumen 2 und damit auf die Durchtrittsstrecke x rückgerechnet werden.
[00102] Zu diesen Zweck kann aus den Abbildungen eine 2D Projektion der Abgaswolke 31 in Ebene des Teilstrahls 4‘, 4“, 4“ und/oder des Rückstrahls 14‘, 14“, 14‘ erzeugt werden und so die Durchtrittsstrecke x direkt ermittelt werden. In einer Ausführungsform erstellt die Auswerteinheit 26 eine räumliche Rekonstruktion der Abgaswolke. Diese Rekonstruktion kann beispielsweise auch abhängig von einer Laufvariable, wie der Zeit, sein. So kann beispielsweise eine zeitabhängige Ausdehnung einer Abgaswolke 31 ermittelt werden.
[00103] In einer weiteren Ausführungsform erhält die Auswerteinheit 26 Daten über Außentemperatur und Luftfeuchte. Je nach Außentemperatur und Luftfeuchte kann es zu Unterschieden in der Auswertung und Rekonstruktion einer Abgaswolke kommen. Beispielsweise sind Temperaturunterschiede im Sommer zwischen Umgebung und Abgaswolke weniger stark ausgeprägt, als im Winter. Das kann dazu führen, dass die Durchtrittsstrecke x saisonabhängig Unterschiede aufweist. Um diese Fehlerquelle zu vermeiden, kann ein Korrekturfaktor für die Berechnung der Rekonstruktion abhängig von Außentemperatur und Luftfeuchte vorgesehen sein. Damit kann die Auswerteinheit 26 eine verlässliche Berechnung unabhängig von den Bedingungen der Durchtrittsstrecke x durchführen.
[00104] Die Auswerteinheit 26, üblicherweise ein Computer mit entsprechender Auswertesoftware, kann ebenfalls Daten zur Absorption A von zumindest einem Detektor 5 empfangen, und die Durchtrittsstrecke x, welche aus dem Teil eines Abbilds der Abgaswolke 31 rekonstruiert wurde, nutzen um die Konzentration c eines Stoffes laut Lambert-Beer’schen Gesetz zu errechnen. In einer vorteilhaften Ausführungsform können auch mehrere Daten zur Absorption A genutzt werden, um eine räumliche Verteilung der Konzentration c in einem Messvolumen 2 zu errechnen.
[00105] Die Bildeinheit 29 kann in Form von mehreren Kameras 25 (wie in Fig.8 dargestellt) ausgeführt sein. Auch eine Ausführung der Bildeinheit 29 mit einer oder mehreren Lidareinheiten, einer oder mehreren Radareinheiten oder Kombinationen derartiger Einheiten bzw. mit Kameras ist denkbar. Daneben kann es natürlich auch noch weitere Ausführungen einer Bildeinheit 29 geben.
[00106] In einer Ausführung mit Kameras 25 sind diese an verschiedenen Orten installiert, um ein Messvolumen 2 aus verschiedenen Richtungen w, ß aufzunehmen. Die Kameras 25 können beispielsweise an einer Strahlenteilereinheit 6, 6° und/oder Umlenkeinheit 7 angeordnet sein. Auch können die Kameras 25 auf einer separaten Vorrichtung installiert sein, oder bestehende Infrastruktur im Bereich der Vorrichtung 1 wie Brücken, Häuser, Straßenlaternen oder Ähnliches nutzen. Bei einer Mehrzahl an Strahlenteilereinheiten 6, 6‘ und/oder Umlenkeinheiten 7 können die Kameras 25 auch so angeordnet sein, dass sie beispielsweise mehrere Messvolumen 2 gleichzeitig erfassen können. So kann die Anzahl an Kameras 25 gering gehalten werden.
[00107] Die Kameras 25 können Abbildungen des Messvolumens 2 aufnehmen und damit auch eine im Messvolumen 2 vorhandene Abgaswolke 31 aufnehmen. Es ist aber auch möglich, dass die Kameras 25 zusätzlich Metadaten eines Fahrzeugs aufzeichnen, wie Größe, Typ oder auch das Kennzeichen. Bei Verwendung von Kameras 25 als Bildeinheit 29 kann beispielsweise Bildbearbeitungssoftware, wie ImageJ, verwendet werden, um die Abgaswolke 31 oder einen Teil davon zu rekonstruieren.
[00108] Die Kameras 25 können beispielsweise Infrarotkameras sein, welche Wärmebilder der vorhandenen Abgaswolke im Messvolumen 2 aufnehmen. So kann auch die Wärmeverteilung in der Abgaswolke erfasst werden, welche einen Einfluss auf die Stoffe oder den Absorptionskoeffizienten k haben kann. Es kann aufgrund der Temperaturunterschiede zu Konvektion und Diffusionsphänomenen kommen, die eine Verteilung von Stoffen über die Zeit bewirken. Auch können einzelne Konzentrationen c von Stoffen abhängig von der Temperatur sein, da manche Reaktionen nur bei höherer Temperatur ablaufen. Es kann auch möglich sein, dass sich verschiedene Abgaswolken aus hintereinander oder nebeneinander befindlichen Emissionsquellen 15, wie Fahrzeugen, vermengen. Dann kann die Messung dementsprechend angepasst werden, beispielsweise über die oben beschriebene Positionierungsoptikeinheit 27 oder einer Positionierung oder Ausrichtung einer Kamera 25.
[00109] Die Kameras 25 können aber auch beispielsweise im ultravioletten (UV) oder sichtbaren (VIS) Bereich arbeiten, oder auch in beiden Bereichen (UV/VIS Kameras). UV oder VIS ist höher energetische Strahlung als IR und regt Elektronen-Ubergange in Molekülen an und kann für die Messung vorteilhafter sein.
[00110] In einer möglichen Ausführungsform sind die Kameras 25 als multi- und hyperspektrale Kameras ausgeführt. Dabei werden statt der klassischen einfachen Aufnahme in einem einfachen Spektralbereich eine hohe Anzahl an Spektralbändern benutzt. Das kann vorteilhaft sein, um eine deutlich höhere Farbqualität und Farbunterschiede zu erkennen, da jeder Pixel bereits ein vollständiges Farbspektrum enthält. Eine solche Kamera 25 kann beispielsweise mit der SnapshotMosaiktechnik funktionieren.
[00111] Eine Lidareinheit basiert auf einem Laser, beispielsweise einem YAG Laser mit 1064 nm oder 532 nm Wellenläge, oder ähnlichen Ausführungen, die der Fachmann für passend erachtet. Es können auch IR-Laser verwendet werden, wobei jedoch eine hinreichende Abschirmung nötig sein kann, um Augenschäden zu vermeiden. Eine Lidareinheit im UV oder NIR (Nahinfrarot) Bereich können beispielsweise genutzt werden, um gasförmige oder feste Stoffe auch direkt zu messen. Lidar kann bekanntermaßen aus atmosphärischen Messungen, beispielsweise Kohlendioxid (CO»), Schwefeldioxid (SO2) und Methan (CH«) nachweisen. Das kann benutzt werden, um beispielsweise grobe Abschätzungen von Stoffen durchzuführen oder auch redundante Messungen zu der erfindungsgemäßen Messung zu erhalten.
[00112] Die zumindest eine Lidareinheit kann sich in zumindest einer Achse bewegen und Abbildungen der Umgebung und der vorhandenen Abgaswolken 31 aufzeichnen. Die zumindest eine Lidareinheit kann benutzt werden, um verschiedene Abgaswolken 31 in einem Messvolumen 2 abzubilden oder auch verschiedene Abgaswolken 31 in verschiedenen Messvolumen 2. Dazu scannt die Lidareinheit die Umgebung und abhängig von der Reflexionszeit des ausgesendeten Laserimpulses können Abbildungen der Umgebung erzeugt werden.
[00113] Es ist als Bildeinheit 29 auch eine Kombination aus Lidareinheiten und Kameras 25 denkbar. Damit können beispielsweise gasförmige Stoffe über eine Lidareinheit gemessen werden, während feste Stoffe in der Abgaswolke 31 über die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 erfasst werden. So kann eine repräsentative Konzentrationsmessung von mehreren kritischen Stoffen der Abgaswolke 31 erfolgen.
[00114] Es kann weiters auch vorgesehen sein, dass zu oben beschriebenen Messungen auch eine Kameraaufnahme im Bereich der Vorrichtung 1 durchgeführt wird. Damit können, unter datenschutzrechtlichen Vorrausetzungen, Kennzeichen von Fahrzeugen erfasst werden. Damit können Fahrzeughalter benachrichtigt werden, falls ein Fahrzeug Stoffe in Form von Abgasemissionen außerhalb normengetreuer Richtwerte aufweist.

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1. Vorrichtung (1) zur Messung zumindest eines gasförmigen oder festen Stoffes in zumindest einem Messvolumen (2), wobei eine Lichtquelle (3) und zumindest ein Detektor (5) vorgesehen sind, und aus der Lichtquelle (3) zumindest ein Hauptprimärstrahl (4.1) zu zumindest einer Strahlenteilereinheit (6) emittierbar ist,
    - wobei die zumindest eine Strahlenteilereinheit (6) in einem ersten Abstand (d+;) von einem ersten Spiegelungsbereich (11.1) einer Spiegelungseinheit (11) angeordnet ist, und die Strahlenteilereinheit (6) den Hauptprimärstrahl (4.1) in zumindest einen, durch das Messvolumen (2) in Richtung des ersten Spiegelungsbereichs (11.1) orientierten ersten Teilstrahl (4°) und zumindest einen, in eine vom Hauptprimärstrahl (4.1) unterschiedliche Richtung orientierten Nebenprimärstrahl (13) aufteilt,
    - wobei zumindest eine Umlenkeinheit (7) in einem zweiten Abstand (d>) von einem zweiten Spiegelungsbereich (11.2) angeordnet ist, und der zumindest eine Nebenprimärstrahl (13) mittels der Strahlenteilereinheit (6) zur Umlenkeinheit (7) lenkbar ist und der zumindest eine Nebenprimärstrahl (13) mittels der Umlenkeinheit (7) als zweiter Teilstrahl (4°) durch das zumindest eine Messvolumen (2) in Richtung des zweiten Spiegelungsbereichs (11.2) lenkbar ist,
    - wobei das zumindest eine Messvolumen (2) jeweils zwischen der Strahlenteilereinheit (6) und/oder der Umlenkeinheit (7) und den zugeordneten Spiegelungsbereichen (11.1, 11.2) angeordnet ist, und jeweils von der Strahlenteilereinheit (6) und/oder der Umlenkeinheit (7) und den zugeordneten Spiegelungsbereichen (11.1, 11.2) zumindest teilweise begrenzt ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass der erste Spiegelungsbereich (11.1) vorgesehen ist, um
    den ersten Teilstrahl (4*) als ersten Rückstrahl (14°) durch das zumindest eine Messvolumen
    (2) zu dem zumindest einen Detektor (5) zu lenken, dass der zweite Spiegelungsbereich
    (11.2) vorgesehen ist, um den zweiten Teilstrahl (4°) als zweiten Rückstrahl (14°) durch das
    zumindest eine Messvolumen (2) zu dem zumindest einen Detektor (5) zu lenken, und dass
    der zumindest eine Detektor (5) vorgesehen ist, eine den zumindest einen gasförmigen oder festen Stoff charakterisierende Lichteigenschaft jedes Rückstrahls (14‘, 14‘) zu messen.
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelungsbereiche (11.1, 11.2) ausgestaltet sind, den jeweiligen Rückstrahl (14‘, 14‘) zu je einem Detektor (5) zu lenken.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Rückstrahl (14“) vom ersten Spiegelungsbereich (11.1) über die Strahlenteilereinheit (6) zu dem zumindest einen Detektor (5) zurücklenkbar ist.
    4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Rückstrahl (14°) vom zweiten Spiegelungsbereich (11.2) über die Umlenkeinheit (7) oder über die Umlenkeinheit (7) und die Strahlenteilereinheit (6) zu dem zumindest einen Detektor (5) zurücklenkbar ist.
    5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Detektor (5) in der Umlenkeinheit (7) oder der Strahlenteilereinheit (6) angeordnet ist oder in der der Umlenkeinheit (7) oder der Strahlenteilereinheit (6) jeweils ein Detektor (5) angeordnet ist.
    6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Detektor (5) mit der Lichtquelle (3) in einem Gehäuse verbaut ist.
    7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine zweite Strahlenteilereinheit (6°) in einem dritten Abstand (ds) von einem dritten Spiegelungsbereich (11.3) vorgesehen ist, wobei die zweite Strahlenteilereinheit (6°) zwischen der ersten Strahlenteilereinheit (6) und der Umlenkeinheit (7) angeordnet ist und den Nebenprimärstrahl (13) von der ersten Strahlenteilereinheit (6) erhält, und dass die zweite Strahlenteilereinheit (6°) den erhaltenen Nebenprimärstrahl (13) in einen in Richtung des dritten Spie-
    10.
    11.
    12.
    13.
    14.
    15.
    Österreichischer AT 525 194 B1 2023-03-15
    gelungsbereichs (11.3) orientierten, dritten Teilstrahl (4*) und einen, in Richtung zur Umlenkeinheit (7) orientierten zweiten Nebenprimärstrahl (13“°) aufteilt.
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenteilereinheit (6, 6°) den erhaltenen Hauptprimärstrahl (4.1) oder Nebenprimärstrahl (13) in einen ersten Teilstrahl (4‘) oder dritten Teilstrahl (4“‘) und in mehrere in unterschiedliche Richtungen orientierte Nebenprimärstrahlen (13) aufteilt, wobei die Strahlenteilereinheit (6, 6‘) jeden Nebenprimärstrahl (13) zu einer weiteren Strahlenteilereinheit (6°) oder einer Umlenkeinheit (7) lenkt.
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Strahlenteilereinheit (6, 6°) um eine Achse schwenkbar angeordnet ist, um den erzeugten Nebenprimärstrahl (13, 13°) wahlweise zu einer Mehrzahl an Umlenkeinheiten (7) und/oder weiteren Strahlenteilereinheiten (6°) zu leiten, wobei die Achse normal verlaufend auf einen Spiegelungsbereich (11.1, 11.2) oder auf eine Oberfläche (10), auf der die Spiegelungseinheit (11) angeordnet ist, ausgeführt ist.
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer Strahlenteilereinheit (6, 6°) und/oder der Umlenkeinheit (7) eine Positionierungsoptikeinheit (27) vorgesehen ist und die Positionierungsoptikeinheit (27) den in Richtung des jeweiligen Spiegelungsbereichs (11.1, 11.2, 11.3) orientierten ersten Teilstrahl (4*, 4“, 4“) in einem von einer Normalen auf den jeweilige Spiegelungsbereich (11.1, 11.2, 11.3) abweichenden Winkel (a) ablenkt.
    Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer Strahlenteilereinheit (6, 6°) und/oder Umlenkeinheit (7) beabstandet vom jeweiligen Spiegelungsbereich (11.1, 11.2, 11.3) eine gegenüberliegende zweite Spiegelungseinheit (18) mit einem gegenüberliegenden und dem jeweiligen Spiegelungsbereich (11.1, 11.2, 11.3) zugewandten Zwillings-Spiegelungsbereich (30) angeordnet ist, wobei der jeweilige Spiegelungsbereich (11.1, 11.2, 11.3) den Teilstrahl (4‘, 4“, 4“) zum gegenüberliegenden Zwillings-Spiegelungsbereich (30) reflektiert und der gegenüberliegende Zwillings-Spiegelungsbereich (30) den Teilstrahl (4‘, 4‘, 4“) wieder zum jeweiligen Spiegelungsbereich (11.1, 11.2, 11.3) zurückreflektiert, wobei der zumindest eine Detektor (5) vorgesehen ist, den Teilstrahl (4‘, 4“, 4‘) nach einer Mehrzahl solcher Reflexionen als Rückstrahl (14*, 14‘, 14‘) zu erfassen oder ein Umlenkspiegel (28) vorgesehen ist, der den Teilstrahl (4‘, 4“, 4“) nach einer Mehrzahl solcher Reflexionen als Rückstrahl (14°, 14“, 14‘) umlenkt und der zumindest eine Detektor (5) den Rückstrahl (14*, 14“, 14‘) nach einer Anzahl von Reflexionen zwischen der Spiegelungseinheit (11) und der gegenüberliegenden Spiegelungseinheit (18) erfasst.
    Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (a) durch die Positionierungsoptikeinheit (27) verstellbar ist.
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorrichtung (1) zumindest eine Modulationseinheit (16) vorgesehen ist, um zumindest einen Teilstrahl (4*, 4“, 4“) und/oder einen Rückstrahl (14°, 14‘, 14‘) und/oder den Hauptprimärstrahl (4.1) und/oder einen Nebenprimärstrahl (13, 13‘, 13‘) in einzelne Lichtpakete (17) aufzuteilen.
    Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Lichtpakete (17) zeitlich versetzt sind.
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer Strahlenteilereinheit (6, 6°) und/oder Umlenkeinheit (7) eine Multiplexereinheit (19) vorgesehen ist, die den erhaltenen Hauptprimärstrahl (4.1) oder Nebenprimärstrahl (13, 13°) in eine Mehrzahl an Teilstrahlen (4*, 4“, 4“) aufteilt, und die Multiplexereinheit (19) die Mehrzahl an Teilstrahl (4*, 4“, 4“) zu unterschiedlichen Stellen des jeweiligen Spiegelungsbereichs (11) lenkt, der die Mehrzahl an Teilstrahlen (4*, 4“, 4‘) als Mehrzahl von Rückstrahlen (14‘, 14“, 14‘) reflektiert und die Mehrzahl von Rückstrahlen (14*, 14“, 14‘) zur Multiplexereinheit (19) sendet, und dass die Multiplexereinheit (19) die Mehrzahl der reflektierten Rückstrahlen (14°, 14“, 14‘) an zumindest einen Detektor (5) sendet.
    16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass für zumindest zwei der Mehrzahl an Rückstrahlen (14‘*, 14“, 14‘) ein eigener Detektor (5) vorgesehen ist.
    17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der Mehrzahl an Teilstrahlen (4*, 4“, 4“) in der Multiplexereinheit (19) über je einen eigenen optischen Pfad (32) geführt sind, wobei die optischen Pfade (32) unterschiedliche optische Weglängen aufweisen und dass für die zumindest zwei entstehenden Rückstrahlen (14‘, 14‘, 14‘) ein gemeinsamer Detektor (5) vorgesehen ist.
    18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorrichtung (1) zumindest eine Bildeinheit (29) vorgesehen ist, um bei Vorhandensein einer Abgaswolke (31) im Messvolumen (2) zumindest einen Teil der Abgaswolke (31) aus unterschiedlichen Richtungen aufzunehmen, wobei eine Auswerteeinheit (26) vorhanden ist, um die der Bildeinheit (29) aufgenommenen Abbildungen zu einem Abbild des zumindest einen Teils der Abgaswolke (31) zu rekonstruieren und aus dem Abbild des zumindest einen Teils der Abgaswolke (31) eine Durchtrittsstrecke (x) des Teilstrahls (4‘, 4“, 4“) und/oder des Rückstrahls (14*, 14“, 14“) durch die Abgaswolke (31) im Messvolumen (2) zu bestimmen, wobei der zumindest eine Detektor (5), der den Rückstrahl (14‘, 14‘, 14‘) erfasst, eine Intensitätsabnahme des Rückstrahls (14‘, 14“, 14‘) aufgrund des zumindest einen gasförmigen oder festen Stoffes erfasst und die Auswerteeinheit (26) vorgesehen ist, aus der Intensitätsabnahme und der ermittelten Durchtrittsstrecke (x) eine Konzentration (c) des zumindest einen gasförmigen oder festen Stoffes im Messvolumen (2) zu ermitteln.
    19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schutzfolie (23) austauschbar über einem Spiegelungsbereich (11.1, 11.2, 11.3) angeordnet ist.
    20. Verfahren zur Messung zumindest eines gasförmigen oder festen Stoffes in zumindest einem Messvolumen (2), welches zwischen einer Strahlenteilereinheit (6) und einem ersten Spiegelungsbereich (11.1) und/oder einer Umlenkeinheit (7) und einem zweiten Spiegelungsbereich (11.2) ausgebildet ist,
    - wobei ein Hauptprimärstrahl (4.1) von einer Lichtquelle (3) emittiert wird und der Hauptprimärstrahl (4.1) zu der zumindest einen Strahlenteilereinheit (6) geleitet wird, in der der Hauptprimärstrahl (4.1) in zumindest einen in Richtung des ersten Spiegelungsbereichs (11.1) und durch das zumindest eine Messvolumen (2) orientierten ersten Teilstrahl (4*) und einen Nebenprimärstrahl (13) aufgeteilt wird,
    - wobei der Nebenprimärstrahl (13) in der Umlenkeinheit (7) in einen in Richtung des zweiten Spiegelungsbereichs (11.2) und durch das zumindest eine Messvolumen (2) orientierten zweiten Teilstrahl (4°) umgelenkt wird,
    - wobei der erste Teilstrahl (4“) am ersten Spiegelungsbereich (11.1) reflektiert wird und als erster Rückstrahl (14) durch das zumindest eine Messvolumen (2) zum zumindest einen Detektor (5) zurücklenkt wird,
    - wobei der zweite Teilstrahl (4°) am zweiten Spiegelungsbereich (11.2) reflektiert wird und als zweiter Rückstrahl (14°) durch das zumindest eine Messvolumen (2) zum zumindest einen Detektor (5) zurücklenkt wird,
    - und wobei mit dem zumindest einen Detektor (5) eine den zumindest einen gasförmigen oder festen Stoff charakterisierende Lichteigenschaft jedes Rückstrahls (14‘, 14‘) gemessen wird.
    Hierzu 6 Blatt Zeichnungen
ATA50527/2021A 2021-06-25 2021-06-25 Vorrichtung zur Messung zumindest eines gasförmigen oder festen Stoffes AT525194B1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA50527/2021A AT525194B1 (de) 2021-06-25 2021-06-25 Vorrichtung zur Messung zumindest eines gasförmigen oder festen Stoffes
PCT/AT2022/060214 WO2022266688A1 (de) 2021-06-25 2022-06-24 Vorrichtung zur messung zumindest eines gasförmigen oder festen stoffes
CN202280052406.7A CN117795317A (zh) 2021-06-25 2022-06-24 用于测量至少一种气态或固态物质的设备
US18/572,928 US20240264087A1 (en) 2021-06-25 2022-06-24 Device for measuring at least one gaseous or solid material
EP22740749.1A EP4359765A1 (de) 2021-06-25 2022-06-24 Vorrichtung zur messung zumindest eines gasförmigen oder festen stoffes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA50527/2021A AT525194B1 (de) 2021-06-25 2021-06-25 Vorrichtung zur Messung zumindest eines gasförmigen oder festen Stoffes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
AT525194A1 AT525194A1 (de) 2023-01-15
AT525194B1 true AT525194B1 (de) 2023-03-15

Family

ID=82492723

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ATA50527/2021A AT525194B1 (de) 2021-06-25 2021-06-25 Vorrichtung zur Messung zumindest eines gasförmigen oder festen Stoffes

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20240264087A1 (de)
EP (1) EP4359765A1 (de)
CN (1) CN117795317A (de)
AT (1) AT525194B1 (de)
WO (1) WO2022266688A1 (de)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5401967A (en) * 1990-12-26 1995-03-28 Colorado Seminary Dba University Of Denver Apparatus for remote analysis of vehicle emissions
EP0985921A1 (de) * 1998-09-08 2000-03-15 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung von Infrarot-Strahlungseigenschaften von Abgasen
US20030089854A1 (en) * 2001-11-09 2003-05-15 Shifflett Peter S. Apparatus and method for remotely sensing hydrocarbons and other pollutants in vehicle emissions
WO2010026579A2 (en) * 2008-09-02 2010-03-11 Technion Research & Development Foundation Ltd. Method and apparatus for sensing the nature of a gaseous composition, particularly vehicular emissions
CN206756689U (zh) * 2017-04-07 2017-12-15 北京星空永恒科技有限公司 机动车尾气遥测系统
CN208060384U (zh) * 2018-04-08 2018-11-06 华电智控（北京）技术有限公司 一种多光程机动车尾气遥测系统和装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3677652A (en) * 1971-06-15 1972-07-18 Gte Sylvania Inc Fluid analyzer apparatus
US4924095A (en) * 1987-06-02 1990-05-08 West Lodge Research Remote gas analyzer for motor vehicle exhaust emissions surveillance
GB2219656B (en) * 1988-06-10 1992-01-29 Plessey Co Plc Sensors
AU2730901A (en) * 1999-12-29 2001-07-09 Environmental Systems Products, Inc. System and method for remote analysis of small engine vehicle emissions
CN208224072U (zh) * 2018-06-08 2018-12-11 广东泓胜科技股份有限公司 一种垂直式多光程汽车尾气测试遥感装置
EP3702757B1 (de) 2019-03-01 2023-05-03 Opus RS Europe, S.L. Messsystem von schadstoffen, die von kraftfahrzeugen auf strassen ausgestossen werden
CN112748088A (zh) * 2021-01-04 2021-05-04 安徽中科华仪科技有限公司 一种双光路收发一体垂直式机动车尾气遥感装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5401967A (en) * 1990-12-26 1995-03-28 Colorado Seminary Dba University Of Denver Apparatus for remote analysis of vehicle emissions
EP0985921A1 (de) * 1998-09-08 2000-03-15 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung von Infrarot-Strahlungseigenschaften von Abgasen
US20030089854A1 (en) * 2001-11-09 2003-05-15 Shifflett Peter S. Apparatus and method for remotely sensing hydrocarbons and other pollutants in vehicle emissions
WO2010026579A2 (en) * 2008-09-02 2010-03-11 Technion Research & Development Foundation Ltd. Method and apparatus for sensing the nature of a gaseous composition, particularly vehicular emissions
CN206756689U (zh) * 2017-04-07 2017-12-15 北京星空永恒科技有限公司 机动车尾气遥测系统
CN208060384U (zh) * 2018-04-08 2018-11-06 华电智控（北京）技术有限公司 一种多光程机动车尾气遥测系统和装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP4359765A1 (de) 2024-05-01
AT525194A1 (de) 2023-01-15
WO2022266688A1 (de) 2022-12-29
CN117795317A (zh) 2024-03-29
US20240264087A1 (en) 2024-08-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69530636T2 (de) Infrarotfühler für Stickstoffoxyd mit Wasserdampfkompensation
DE69131048T2 (de) Apparat zur distanzanalyse von fahrzeugemissionen
EP1053497B1 (de) Vorrichtung zur gleichzeitigen detektion mehrerer spektralbereiche eines lichtstrahls
EP1754032B1 (de) Echelle-spektrometer mit verbesserter detektorausnutzung durch die verwendung zweier spektrometeranordnungen
EP3521810A1 (de) Analysegerät zur bestimmung von feinstaub
DE19912500A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen von Eigenschaften einer laufenden Materialbahn
DE2504300B2 (de) Vorrichtung zur Messung des Absorptionsvermögens eines Mediums, insbesondere von Rauch
DE2827704B2 (de) Optische Vorrichtung zur Bestimmung der Lichtaustrittswinkel
DE202006014264U1 (de) Lidar-System
AT525194B1 (de) Vorrichtung zur Messung zumindest eines gasförmigen oder festen Stoffes
AT525195B1 (de) Messeinheit zur Messung eines gasförmigen oder festen Stoffes in einem Messvolumen
AT525197B1 (de) Messeinheit und ein Verfahren zur Messung zumindest eines gasförmigen oder festen Stoffes
EP0417042B1 (de) Photoelektrische Abtastvorrichtung
AT525196B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Konzentrationsbestimmung eines Stoffes in einem Messvolumen
DE2827705C3 (de) Gerät zur Feststellung von Fehlern an Bahnmaterial
DE2948590A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur gasanalyse
CN109239001B (zh) 机动车尾气差量吸收滤光成像遥感监测装置及方法
DE69929086T2 (de) Vorrichtung und verfahren zum fernnachweis von emissionen mit einem aus ir- und uv-strahlung zusammengesetzten strahl, der zum nachweis nicht geteilt wird
DE69310969T2 (de) Vorrichtung zum Messen der axialen Geschwindigkeit
CN108801933B (zh) 分子旋光滤光的机动车尾气成像遥感监测装置及方法
EP3879434B1 (de) Bilderfassungssystem zum erfassen eines objekts
DE102015107942A1 (de) Spektrometer und Gasanalysator
DE102014201800B3 (de) Vorrichtung zum Aufnehmen von überlagerten Distanz- und Intensitätsbildern
EP1843149A2 (de) Vorrichtung zur Messung einer Spektralverteilung eines mit einer Druckeinrichtung hergestellten Druckerzeugnisses
DE2462346A1 (de) Vorrichtung zur ueberwachung einer materialbahn auf fehlstellen