AT525197A1 - Measuring unit and a method for measuring at least one gaseous or solid substance - Google Patents

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AT525197A1 ATA50530/2021A AT505302021A AT525197A1 AT 525197 A1 AT525197 A1 AT 525197A1 AT 505302021 A AT505302021 A AT 505302021A AT 525197 A1 AT525197 A1 AT 525197A1
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Abstract

Um eine schnelle ortsaufgelöste Messung eines gasförmigen oder festen Stoffes in einem Messvolumen (9) ermöglicht ist vorgesehen, dass ein von einer Lichtquelle (12) erzeugter Primärlichtstrahl (4) in einer Multiplexereinheit (2) in eine Mehrzahl an Teilstrahlen (3) aufgeteilt wird, wobei die Teilstrahlen (3) zu unterschiedlichen Stellen einer Spiegelungsebene (7.1) einer Spiegelungseinheit (7) abgestrahlt werden, und die Teilstrahlen (3) dabei das Messvolumen (9) durchdringen, welches zwischen den Auskoppelungseinheiten (21) und der Spiegelungseinheit (7) ausgebildet ist, wobei die Teilstrahlen (3) an der Spiegelungseinheit (7) als Rückstrahlen (14) reflektiert werden und die Rückstrahlen (14) dabei das Messvolumen (9) ein zweites Mal durchdringen und wobei die Rückstrahlen (14) mit zumindest einem Detektor (11) erfasst werden und mit dem zumindest einen Detektor (11) eine den gasförmigen oder festen Stoff charakterisierende Lichteigenschaft zumindest eines erfassten Rückstrahls (14) gemessen wird.In order to enable fast, spatially resolved measurement of a gaseous or solid substance in a measurement volume (9), a primary light beam (4) generated by a light source (12) is divided into a plurality of partial beams (3) in a multiplexer unit (2), wherein the partial beams (3) are emitted to different points of a reflection plane (7.1) of a reflection unit (7), and the partial beams (3) penetrate the measurement volume (9) formed between the decoupling units (21) and the reflection unit (7). is, the partial beams (3) being reflected at the reflection unit (7) as return beams (14) and the return beams (14) penetrating the measurement volume (9) a second time and the return beams (14) being detected with at least one detector (11 ) are detected and with the at least one detector (11) a light property characterizing the gaseous or solid substance of at least one detected return beam (14) is measured.

Description

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Messeinheit und ein Verfahren zur Messung zumindest eines gasförmigen oder festen Stoffes Measuring unit and a method for measuring at least one gaseous or solid substance

Die gegenständliche Erfindung betrifft eine Messeinheit und ein Verfahren zur Messung The present invention relates to a measuring unit and a method for measuring

zumindest eines gasförmigen oder festen Stoffes in zumindest einem Messvolumen. at least one gaseous or solid substance in at least one measurement volume.

Emissionen von gasförmigen oder festen 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 Emissions of gaseous or solid substances in exhaust gases, especially in private transport, are a much-discussed topic due to the increasing number of vehicles, not only in the course of global warming, but also in the course of the health burden on people from nitrogen oxides, partially burned fuel components and fine dust particles. Developments in recent decades have aimed on the one hand at avoiding the emission of partially burned compounds in the course of the mandatory installation of catalytic converters in Otto engines, and on the other hand at avoiding the emission of nitrogen oxides in the case of catalytic converters in diesel engines. The allowable values of emitted

Stoffen sind oftmals über nationale und supranationale Normen bestimmt. Substances are often determined by national and supranational standards.

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 Nevertheless, there are still vehicles in public use today which, although they met the legal standards for reducing exhaust emissions at the time of their approval, are regarded as high emitters when used over a longer period of time. The reason for this can be, for example, the failure to retrofit a catalytic converter or a lack of maintenance, for example if a diesel catalytic converter is not refilled with urea and a proper function of an SCR (selective catalytic reduction) catalytic converter is no longer given. Among other things, this can also be due to a lack of knowledge regarding the (non) functionality of these

Bestandteilen während der Fahrt zurückzuführen sein. components during the journey.

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 Überprüfung 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 vorinstallierter 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 Exhaust gas measurements are largely limited to systems that measure substances in the exhaust gas, such as gaseous substances or particles, in the vehicle itself, for example in or after the exhaust. However, these systems are limited to a small number of test vehicles and therefore cannot provide a representative image of a large number of different vehicles in real operation. Emission measurements as part of the regular inspection of the vehicle in a workshop are also unrepresentative because such inspections are only carried out at long intervals. Attempts are therefore being made to enable exhaust gas measurements from vehicles in real operation in public spaces. This so-called "remote sensing", also in the sense of "real driving emissions" (RDE) measurements, can be attached to advantageously pre-installed infrastructure, such as toll stations, street lamps, bridges, or building facades in the city and the like. This could be used, for example, to notify vehicle owners of high emission vehicles and/or

verpflichtende Wartungen vorzusehen. Man muss jedoch bei der Aufstellung der Geräte auf provide mandatory maintenance. One must, however, when setting up the devices

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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 ensure a suitable measuring point in order to obtain representative results. In general, crossing areas with traffic lights and the resulting potential standstill of vehicles should be avoided. Furthermore, it has been shown that a slight incline of the road at the

Messstelle dafür geeignet ist, eine positive Motorlast zu erzeugen. Measuring point is suitable for generating a positive engine load.

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 Remote sensing often uses a light source that emits a characteristic wavelength or wavelength range(s) to detect a gaseous substance such as carbon monoxide or nitrogen oxides. A detector allows, for example, a measurement of the attenuation of the light that is sent through the exhaust plume. However, it can also be provided to measure particles, such as soot particles, as a substance. This can then be done, for example, via light scattering or by measuring the attenuation of the

Rückstrahls im Verhältnis zum eingestrahlten Licht realisiert werden. Reflection can be realized in relation to the incident light.

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 However, the reliable measurement of such substances in exhaust clouds can lead to various difficulties. On the one hand, the emissions of substances from different engines or other energy systems, such as fuel cells, are consistently different and must be measurable with the same system. Furthermore, the concentration range to be measured varies greatly and depends on the vehicle class to be measured (e.g. truck vs. motorcycle). Especially low concentrations cause problems in the evaluation. Also differences in the operating temperature of a

Motors können Unterschiede in den zu messenden Stoffen nach sich ziehen. Motors can result in differences in the substances to be measured.

Durch die Unterschiede in den gasförmigen oder festen Stoffen und den Ausdehnungen der Abgaswolke ist es schwierig, eine repräsentative und vergleichbare Absorption bzw. Konzentration oder Menge eines gasförmigen oder festen Stoffes in der Abgaswolke zu Due to the differences in the gaseous or solid substances and the expansion of the exhaust cloud, it is difficult to obtain a representative and comparable absorption or concentration or quantity of a gaseous or solid substance in the exhaust cloud

bestimmen. determine.

US 6,171,522 B1 offenbart eine ortaufgelöste Konzentrationsmessung in einem Abgas einer Flugzeugturbine mittels einer Mehrzahl an Strahlengängen. Im Messbetrieb (bei laufendem Triebwerk) emittieren die heißen Abgase des Triebwerks Infrarotstrahlung, die von Empfangseinrichtungen erfasst, und über Lichtleitfaserbündel an einen Multiplexer geleitet werden. Jede Empfangseinrichtung erfasst nur Strahlung aus dem ihr zugeordneten Strahlbündel. Der Multiplexer leitet die Strahlung aus allen Faserbündeln sequentiell an ein Spektrometer weiter, wo das zugehörige Spektrum bestimmt wird. Die vom Abgas erzeugten Lichtstrahlen werden somit über eine Multiplexereinheit zusammengeführt und in einem Detektor analysiert. Das ermöglicht eine ortsaufgelöste Messung der Konzentration von verschiedenen Stoffen in einer Abgaswolke. Jedoch wird die Messung nacheinander durchgeführt und kann daher zu Ungenauigkeiten in der Analyse einer schnell flüchtigen US Pat. No. 6,171,522 B1 discloses a spatially resolved concentration measurement in an exhaust gas from an aircraft turbine using a plurality of beam paths. In measurement mode (while the engine is running), the hot exhaust gases from the engine emit infrared radiation, which is recorded by receivers and sent to a multiplexer via fiber optic bundles. Each receiving device only detects radiation from the beam bundle assigned to it. The multiplexer forwards the radiation from all fiber bundles sequentially to a spectrometer, where the associated spectrum is determined. The light beams generated by the exhaust gas are thus combined via a multiplexer unit and analyzed in a detector. This enables a spatially resolved measurement of the concentration of various substances in an exhaust cloud. However, the measurement is performed sequentially and can therefore lead to inaccuracies in the analysis of a rapidly volatile

Abgaswolke führen, wie sie beispielsweise im Straßenverkehr vorkommt. Lead exhaust cloud, as it occurs, for example, in road traffic.

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EP 173 930 A2 offenbart eine Ausführung einer optischen Multiplexereinheit, wobei hier jedoch nach Wellenlänge aufgeteilt wird. Eine Wellenlängenaufteilung ist allerdings unvorteilhaft für die Anwendung im Zuge von Remote Sensing, weil die Absorption eines Stoffes wellenlängenabhängig ist und somit keine ortsaufgelöste Messung des gleichen EP 173 930 A2 discloses an embodiment of an optical multiplexer unit, but here it is divided according to wavelength. However, a wavelength division is disadvantageous for the application in the course of remote sensing, because the absorption of a substance is wavelength-dependent and therefore no spatially resolved measurement of the same

Stoffes möglich ist. substance is possible.

Die Aufgabe der gegenständlichen Erfindung ist daher, ein Messsystem zur Verfügung zu stellen, welches eine schnelle ortsaufgelöste Messung eines gasförmigen oder festen Stoffes The object of the present invention is therefore to provide a measuring system that enables a fast, spatially resolved measurement of a gaseous or solid substance

in einem Messvolumen ermöglicht. possible in a measuring volume.

Diese Aufgabe wird durch eine eingangs genannte Messeinheit erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in der Messeinheit eine Multiplexereinheit und eine Lichtquelle vorgesehen sind, wobei die Lichtquelle einen Primärlichtstrahl erzeugt und an die Multiplexereinheit sendet und die Multiplexereinheit aus dem Primärlichtstrahl eine Mehrzahl an Teilstrahlen erzeugt, dass die Multiplexereinheit ausgebildet ist, die Teilstrahlen jeweils über einen optischen Pfad und eine Auskopplungseinheit zu unterschiedlichen Stellen einer Spiegelungsebene zumindest einer Spiegelungseinheit abzustrahlen, wobei die Auskoppelungseinheiten beabstandet von der Spiegelungseinheit angeordnet sind und das zumindest eine Messvolumen zwischen den Auskoppelungseinheiten und der Spiegelungseinheit angeordnet ist, dass die zumindest eine Spiegelungseinheit vorgesehen ist, die Teilstrahlen nach deren Durchtritt durch das Messvolumen als Rückstrahlen in Richtung des Messvolumens zu reflektieren, dass zumindest ein Detektor vorgesehen ist, der die Rückstrahlen nach deren Durchtritt durch das Messvolumen erfasst und dass der zumindest eine Detektor vorgesehen ist, eine den zumindest einen gasförmigen oder festen Stoff This object is achieved according to the invention by a measuring unit mentioned at the outset in that a multiplexer unit and a light source are provided in the measuring unit, the light source generating a primary light beam and sending it to the multiplexer unit and the multiplexer unit generating a plurality of partial beams from the primary light beam, such that the multiplexer unit is designed to emit the partial beams via an optical path and a decoupling unit to different points of a reflection plane of at least one reflection unit, wherein the decoupling units are arranged at a distance from the reflection unit and the at least one measuring volume is arranged between the decoupling units and the reflection unit, that the at least one Reflection unit is provided to reflect the partial beams after their passage through the measurement volume as reflections in the direction of the measurement volume that at least one detector is provided, which detects the return rays after they have passed through the measurement volume and that the at least one detector is provided, one of the at least one gaseous or solid substance

charakterisierende Lichteigenschaft zumindest eines erfassten Rückstrahls zu messen. to measure characterizing light property of at least one detected return beam.

Durch Verwendung einer Multiplexereinheit, z.B. in Form eines optischen Multiplexers, können einfach mehrere Teilstrahlen erzeugt werden, die an unterschiedlichen Stellen durch das Messvolumen gesendet und von einer Spiegelungseinheit reflektiert und nach erneutem Durchtritt durch das Messvolumen als Rückstrahlen von einem Detektor erfasst werden können, wodurch eine einfache ortsaufgelöst Messung im Messvolumen ermöglicht wird. Durch den zweimaligen Durchtritt durch das Messvolumen kann zusätzlich die Sensitivität der Messung erhöht werden, weil jeder Lichtstrahl mehrmals von den gasförmigen oder festen Stoffen im Messvolumen beeinflusst wird. Aufgrund dieser integralen Messung kann eine genauere Messung eines gasförmigen oder festen Stoffes im Messvolumen ermöglicht werden und es können Stoffe in geringerer Konzentration im Messvolumen gemessen werden. Zusätzlich kann die Messeinheit sehr flexibel eingesetzt werden, weil die Positionen und die Richtungen der Teilstrahlen flexibel gewählt werden können. Das ermöglicht durch entsprechende Anordnung auch eine zweidimensionale oder dreidimensionale Messung im By using a multiplexer unit, e.g. in the form of an optical multiplexer, several partial beams can be easily generated, which are sent through the measurement volume at different points and reflected by a reflection unit and, after passing through the measurement volume again, can be detected by a detector as return beams, resulting in a simple spatially resolved measurement in the measurement volume is made possible. The sensitivity of the measurement can also be increased by passing through the measurement volume twice, because each light beam is influenced several times by the gaseous or solid substances in the measurement volume. Due to this integral measurement, a more precise measurement of a gaseous or solid substance in the measurement volume can be made possible and substances can be measured in a lower concentration in the measurement volume. In addition, the measuring unit can be used very flexibly because the positions and directions of the partial beams can be chosen flexibly. This also allows a two-dimensional or three-dimensional measurement in the appropriate arrangement

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Vorteilhafterweise ist eine Teillichtintensität jedes Teilstrahls gleich einer Primärlichtintensität des Primärlichtstrahls oder eine Summe der Teillichtintensitäten jedes Teilstrahls ist gleich einer Primärlichtintensität des Primärlichtstrahls. Das vereinfacht die Ausführung der Multiplexereineit. In einer Variante weisen die Teilstrahlen zumindest teilweise oder vollständig unterschiedliche Teillichtintensitäten auf, wobei Gruppen von Teilstrahlen eine A partial light intensity of each partial beam is advantageously equal to a primary light intensity of the primary light beam or a sum of the partial light intensities of each partial beam is equal to a primary light intensity of the primary light beam. This simplifies the implementation of the multiplexing unit. In one variant, the partial beams have at least partially or completely different partial light intensities, with groups of partial beams having one

identische Teillichtintensität aufweisen können. can have identical partial light intensity.

Die Anordnung und die Anzahl der Detektoren in der Messeinheit kann ebenso flexibel gewählt werden. Beispielsweise reflektiert die zumindest eine Spiegelungseinheit zumindest zwei Teilstrahlen der Mehrzahl an Teilstrahlen als zumindest zwei Rückstrahlen zu je einem Detektor oder jeder Teilstrahl wird von der zumindest einen Spiegelungseinheit als The arrangement and the number of detectors in the measuring unit can also be chosen flexibly. For example, the at least one mirroring unit reflects at least two partial beams of the plurality of partial beams as at least two return beams to one detector each, or each partial beam is reflected by the at least one mirroring unit as a

Rückstrahl zu je einem Detektor reflektiert. Return beam reflected to one detector each.

Um das Messvolumen aus unterschiedlichen Richtungen zu vermessen ist in einer weiteren Variante der Erfindung vorgesehen, dass zumindest zwei Teilstrahlen der Mehrzahl an Teilstrahlen unterschiedliche Richtungen aufweisen und die zumindest zwei Teilstrahlen unterschiedlicher Richtung zu jeweils einer Spiegelungseinheit mit einer Spiegelungsebene gerichtet sind, und die jeweilige Spiegelungseinheit den jeweils einfallenden Teilstrahl als Rückstrahl zu dem zumindest eine Detektor reflektiert. Mit anderen Worten sind in dieser Variante zumindest zwei Teilstrahlen der Mehrzahl in Teilstrahlen in voneinander unterschiedliche Richtungen orientiert. Das bedeutet, dass z.B. ein Teilstrahl in eine erste Richtung orientiert sein kann und alle anderen Teilstrahlen in eine zweite Richtung orientiert sind, genau so können aber auch ein Teilstrahl in eine erste Richtung, ein weiterer Teilstrahl in eine zweite Richtung und die übrigen Teilstrahlen in eine dritte oder mehrere andere Richtungen orientiert sein. In einer solchen Anordnung können beispielsweise zwei Gruppen von Teilstrahlen ausgesendet werden, wobei die Teilstrahlen der Gruppen unterschiedliche Richtungen aufweisen (z.B. normal aufeinander sind) und das Messvolumen in unterschiedlichen Richtungen durchdringen. Mit anderen Worten sind in einer solchen Variante zwei Gruppen von Teilstrahlen vorgesehen und die Teilstrahlen einer ersten Gruppe durchringen das Messvolumen in einer unterschiedlichen Richtung als die Teilstrahlen einer zweiten Gruppe. Die Rückstrahlen der jeweiligen Gruppe können von einem Detektor oder von verschiedenen Detektoren erfasst werden. Damit kann eine zweidimensionale In order to measure the measurement volume from different directions, a further variant of the invention provides that at least two partial beams of the plurality of partial beams have different directions and the at least two partial beams in different directions are each directed to a reflection unit with a reflection plane, and the respective reflection unit each incident partial beam is reflected as a return beam to the at least one detector. In other words, in this variant, at least two partial beams of the plurality are oriented in partial beams in directions that differ from one another. This means that, for example, a partial beam can be oriented in a first direction and all other partial beams are oriented in a second direction, but in exactly the same way one partial beam can also be directed in a first direction, another partial beam in a second direction and the remaining partial beams in one be oriented in third or more other directions. In such an arrangement, for example, two groups of partial beams can be emitted, with the partial beams of the groups having different directions (e.g. being normal to one another) and penetrating the measurement volume in different directions. In other words, in such a variant, two groups of partial beams are provided and the partial beams of a first group penetrate the measurement volume in a different direction than the partial beams of a second group. The return beams of the respective group can be detected by one detector or by different detectors. This allows a two-dimensional

Vermessung eines Messvolumens erzielt werden. Measurement of a measurement volume can be achieved.

Die Erfassung mehrerer Rückstrahlen mit einem Detektor kann vereinfacht werden, wenn zumindest zwei optische Pfade unterschiedliche optische Weglängen aufweisen und die über diese zumindest zwei optischen Pfade laufenden Teilstrahlen der Mehrzahl an Teilstrahlen aufgrund der unterschiedlichen optischen Weglängen nach dem Durchtritt durch das The detection of several return beams with one detector can be simplified if at least two optical paths have different optical path lengths and the partial beams of the plurality of partial beams running over these at least two optical paths due to the different optical path lengths after passing through the

Messvolumen, der Reflexion an der zumindest einen Spiegelungseinheit und dem Durchtritt Measuring volume, the reflection at the at least one reflection unit and the passage

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durch das Messvolumen als Rückstrahlen zeitlich versetzt an dem zumindest einen Detektor by the measurement volume as reflections with a time offset at the at least one detector

ankommen. Das erlaubt eine zeitlich klar separierte Erfassung solcher Rückstrahls. arrive. This allows such return beams to be recorded at clearly separate times.

In einer Variante weisen alle optischen Pfade unterschiedliche optische Weglängen auf. Mit anderen Worten weist jeder optische Pfad eine optische Weglänge auf, die sich von den In one variant, all optical paths have different optical path lengths. In other words, each optical path has an optical path length that differs from the

optischen Weglängen aller anderen optischen Pfade unterscheidet. optical path lengths of all other optical paths differs.

Wenn die Messeinheit ausgestaltet ist, zumindest einen Teilstrahl in einem von einer Normalen auf die Spiegelungsebene der zumindest einen Spiegelungseinheit abweichenden Winkel abzustrahlen, kann das auf vielfältigste Weise genutzt werden. Zum einen kann damit gezielt ein bestimmt angeordneter Detektor mit dem Rückstrahl anvisiert werden, was die Erfassung des Rückstrahls erleichtern kann. Zum anderen kann damit auch ein vielfacher Durchtritt des Teilstrahls, und gegebenenfalls auch des Rückstrahls, durch das Messvolumen realisiert werden. Dazu kann der Teilstrahl mehrfach zwischen zwei beabstandet voneinander und einander zugewandt angeordneten Spiegelungseinheiten hinund herreflektiert werden und so der Teilstrahl das Messvolumen mehrfach durchdringen. Mit If the measuring unit is designed to emit at least one partial beam at an angle deviating from a normal to the reflection plane of the at least one reflection unit, this can be used in a wide variety of ways. On the one hand, a specifically arranged detector can be targeted with the return beam, which can facilitate the detection of the return beam. On the other hand, multiple passages of the partial beam, and possibly also of the return beam, can be realized through the measurement volume. For this purpose, the partial beam can be reflected back and forth multiple times between two reflection units arranged at a distance from one another and facing one another, and the partial beam can thus penetrate the measurement volume multiple times. with

einer solchen Anordnung kann die Sensitivität der Messung noch weiter erhöht werden. With such an arrangement, the sensitivity of the measurement can be increased even further.

Mehrere, voneinander unterschiedliche bzw. beabstandete Messvolumina können gemessen werden, wenn die Multiplexereinheit ausgebildet ist, eine Anzahl an Teilstrahlen zu zumindest einer Umlenkeinheit zu lenken, wobei die zumindest eine Umlenkeinheit vorgesehen ist, die Anzahl an Teilstrahlen in Richtung der zumindest einen Spiegelungseinheit zu lenken und die Spiegelungseinheit die Teilstrahlen als Rückstrahlen reflektiert. Mit anderen Worten ist die zumindest eine Umlenkeinheit dazu ausgebildet, die Richtung eines aus ihr austretenden Teilstrahls gegenüber dessen Eintrittsrichtung zu ändern. Die Rückstrahlen können dabei auch über die Multiplexereinheit zum zumindest einen Detektor geführt werden. An jeder Umlenkeinheit kann ein eigenes Messvolumen Several measurement volumes that are different or spaced apart can be measured if the multiplexer unit is designed to direct a number of partial beams to at least one deflection unit, with the at least one deflection unit being provided to direct the number of partial beams in the direction of the at least one reflection unit and the reflection unit reflects the partial beams as return beams. In other words, the at least one deflection unit is designed to change the direction of a partial beam exiting from it in relation to its entry direction. The return beams can also be guided to at least one detector via the multiplexer unit. Each deflection unit can have its own measuring volume

ausgebildet werden. be formed.

In einer weiteren Variante der Erfindung ist die Multiplexereinheit um eine Achse schwenkbar ausgeführt, wobei die Achse normal auf die Spiegelungsebene der zumindest einen Spiegelungseinheit oder normal auf eine Oberfläche, an der die Messeinheit angeordnet ist, In a further variant of the invention, the multiplexer unit can be pivoted about an axis, the axis being normal to the reflection plane of the at least one reflection unit or normal to a surface on which the measuring unit is arranged.

verlaufend angeordnet ist. is arranged to run.

Die Erfassung mehrerer Rückstrahlen in einem Detektor kann auch dann vereinfacht werden, wenn in der Messeinheit eine Modulationseinheit vorgesehen ist, um den Primärstrahl und/oder zumindest zwei Teilstrahlen und/oder zumindest zwei Rückstrahl in einzelne Lichtpakete aufzuteilen. Mit anderen Worten ist zumindest eine Modulationseinheit vorgesehen, mit der kontinuierliche Lichtstrahlen in eine Vielzahl von separaten, voneinander getrennten Lichtpaketen aufteilbar sind. Am Detektor, der die Rückstrahlen erfasst, kommen The detection of multiple return beams in a detector can also be simplified if a modulation unit is provided in the measuring unit in order to split the primary beam and/or at least two partial beams and/or at least two return beams into individual light packets. In other words, at least one modulation unit is provided, with which continuous light beams can be divided into a large number of separate light packets that are separate from one another. Come at the detector that detects the return rays

dann einzelne Lichtpakete an. Wenn diese Lichtpakete zusätzlich zeitlich separiert then individual light packets on. If these light packets are additionally separated in time

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voneinander sind, kann die Erfassung der Rückstrahl am Detektor noch weiter vereinfacht from each other, the detection of the return beam at the detector can be simplified even further

werden. will.

In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist in der Messeinheit 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 mit der Bildeinheit aufgenommenen mehreren Abbildungen aus unterschiedlichen Richtungen zu einem Abbild des zumindest einen Teils der Abgaswolke zu rekonstruieren und aus dem Abbild des zumindest einen Teils der Abgaswolke eine Durchtrittsstrecke zumindest eines Teilstrahls der Mehrzahl an Teilstrahlen und/oder des Rückstrahls durch die Abgaswolke im Messvolumen zu bestimmen, wobei der zumindest eine Detektor, der den Rückstrahl erfasst, eine Intensitätsabnahme des Rückstrahls aufgrund des zumindest einen gasförmigen oder festen Stoffes erfasst und die Auswerteeinheit vorgesehen ist, aus der Intensitätsabnahme und der ermittelten Durchtrittsstrecke eine Konzentration des zumindest einen gasförmigen oder festen Stoffes im Messvolumen zu ermitteln. 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. In a particularly advantageous embodiment, at least one imaging unit is provided in the measuring unit in order to record at least part of the exhaust gas cloud from different directions if an exhaust gas cloud is present in the measuring volume, with an evaluation unit being present to combine the multiple images recorded with the imaging unit from different directions into one to reconstruct the image of at least part of the exhaust gas cloud and to determine a passage distance of at least one partial beam of the plurality of partial beams and/or the return beam through the exhaust gas cloud in the measurement volume from the image of at least one part of the exhaust gas cloud, with the at least one detector that detects the return beam detected, a decrease in intensity of the return beam due to the at least one gaseous or solid substance is detected and the evaluation unit is provided, from the decrease in intensity and the determined passage distance a concentration of the at least one gaseous or to determine the solid substance in the measuring volume. This enables a more precise determination of a concentration of a gaseous or solid substance in the measurement volume. A plurality of cameras and/or one or more lidar units can advantageously be used as the imaging unit. The plurality of cameras and/or the one or more lidar units are preferably arranged at different positions. In other words, the plurality of cameras and/or the one or more lidar units are arranged in such a way that the part of the exhaust gas cloud can be imaged from different spatial directions. In this way, they can image part of the exhaust cloud from different directions.

Um empfindliche Spiegelungsbereiche vor Verschmutzung oder Beschädigung zu schützen ist vorteilhafterweise eine Schutzfolie austauschbar über einer Spiegelungseinheit In order to protect sensitive reflection areas from dirt or damage, a protective film can advantageously be exchanged over a reflection unit

angeordnet. Damit können notwendige Wartungsintervalle reduziert werden. arranged. This means that necessary maintenance intervals can be reduced.

Die oben geschilderte Aufgabe wird außerdem durch ein eingangs genanntes Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein von einer Lichtquelle erzeugter Primärlichtstrahl in einer Multiplexereinheit in eine Mehrzahl an Teilstrahlen aufgeteilt wird, wobei die Teilstrahlen über jeweils einen optischen Pfad und eine Auskopplungseinheit zu unterschiedlichen Stellen einer Spiegelungsebene einer Spiegelungseinheit gelenkt werden, und die Teilstrahlen dabei das Messvolumen durchdringen, welches zwischen den Auskoppelungseinheiten und der Spiegelungseinheit ausgebildet ist, wobei die Teilstrahlen an der Spiegelungseinheit als Rückstrahlen reflektiert werden und die Rückstrahlen dabei das Messvolumen ein zweites Mal durchdringen und wobei die Rückstrahlen mit zumindest The above-described object is also achieved according to the invention by a method mentioned at the outset in that a primary light beam generated by a light source is divided into a plurality of partial beams in a multiplexer unit, with the partial beams each traveling via an optical path and a decoupling unit to different points of a reflection plane reflection unit, and the partial beams penetrate the measurement volume, which is formed between the decoupling units and the reflection unit, the partial beams being reflected at the reflection unit as return beams, and the return beams penetrating the measurement volume a second time, and the return beams having at least

einem Detektor erfasst werden und mit dem zumindest einen Detektor eine den gasförmigen be detected by a detector and with the at least one detector a gaseous

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oder festen Stoff charakterisierende Lichteigenschaft zumindest eines erfassten Rückstrahls or solid substance characterizing light property of at least one detected return beam

gemessen wird. is measured.

Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 6 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte The subject invention is explained in more detail below with reference to FIGS. 1 to 6, which are advantageous by way of example, diagrammatically and not by way of limitation

Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt Fig.1 eine Messeinheit mit Multiplexereinheit, Show configurations of the invention. 1 shows a measuring unit with a multiplexer unit,

Fig.2 und 3 jeweils eine mögliche Ausführungsform der Messeinheit mit 2 and 3 each with a possible embodiment of the measuring unit

Multiplexereinheit, Fig.4 eine Mehrfachmessung mit mehreren Messvolumina, Multiplexer unit, Fig. 4 a multiple measurement with multiple measurement volumes,

Fig.5 eine Konzentrationsmessung eines Stoffes in einer erfindungsgemäßen 5 shows a concentration measurement of a substance in an inventive

Messeinheit, und Fig.6 eine Schutzfolieneinheit für erfindungsgemäße Messeinheit. measuring unit, and FIG. 6 shows a protective film unit for the measuring unit according to the invention.

Fig. 1 zeigt eine Messeinheit 1 zur Messung eines gasförmigen oder festen Stoffes in einem Messvolumen 9, welche von einer Emissionsquelle, wie beispielsweise einem Fahrzeug, ausgestoßen wird. Im Messvolumen 9 kann sich beispielsweise eine Abgaswolke 5 befinden, welche von der Emissionsquelle ausgestoßen wird. Im Messvolumen 9 können verschiedenste gasförmige und feste (z.B. Partikel) Stoffe vorkommen. Beispielsweise kann in dem Messvolumen 9 eine Abgaswolke 5 eines Autos vorhanden sein. Die Stoffe im Messvolumen 9 können aber von jeder Art von Emissionsquelle, beispielsweise auf einer Oberfläche 8, stammen. Beispielsweise ist die Emissionsquelle ein Fahrzeug wie ein Personenkraftwagen (PKWSs), Lastkraftwagen (LKWs), aber auch ein einspuriges Fahrzeug wie ein Motorrad, Motorfahrrad und ähnliches, welche einen Verbrennungsmotor aufweisen. Emissionen anderer Emissionsquellen, wie einer Brennstoffzelle, welche im Regelfall nur Wasserdampf und keine Schadstoffe emittieren, können ebenfalls über eine solche Messeinheit 1 gemessen werden. Die Erfassung von gasförmigen oder festen Stoffen in einem Messvolumen 9 kann hilfreich sein, um beispielsweise den Anteil an Fahrzeugen mit 1 shows a measuring unit 1 for measuring a gaseous or solid substance in a measuring volume 9 which is emitted from an emission source, such as a vehicle. In the measurement volume 9 there can be, for example, an exhaust gas cloud 5 which is emitted by the emission source. A wide variety of gaseous and solid (e.g. particles) substances can occur in the measuring volume 9 . For example, an exhaust gas cloud 5 from a car can be present in the measurement volume 9 . However, the substances in the measurement volume 9 can come from any type of emission source, for example on a surface 8 . For example, the emission source is a vehicle such as passenger cars (passenger cars), trucks (trucks), but also a single-track vehicle such as a motorcycle, moped, and the like that have an internal combustion engine. Emissions from other emission sources, such as a fuel cell, which as a rule only emit water vapor and no pollutants, can also be measured using such a measuring unit 1 . The detection of gaseous or solid substances in a measurement volume 9 can be helpful, for example, to determine the proportion of vehicles with

niedrigen oder hohen Emissionswerten im Straßenverkehr zu ermitteln. to determine low or high emission values in road traffic.

Die Messung kann an einer Oberfläche 8 erfolgen, beispielsweise einer Straße, vorteilhafterweise in einem gewissen Abstand d über einer Oberfläche 8. Es ist aber auch vorstellbar, dass die Messeinheit 1 seitlich eines Messvolumens 9 angeordnet ist und die Messung parallel zur Oberfläche 8 erfolgt, oder dass die Messeinheit 1 auch in der Oberfläche 8 selbst verbaut ist. Auch Kombinationen von Messungen von mehreren Seiten The measurement can take place on a surface 8, for example a road, advantageously at a certain distance d above a surface 8. However, it is also conceivable that the measuring unit 1 is arranged to the side of a measuring volume 9 and the measurement takes place parallel to the surface 8, or that the measuring unit 1 is also installed in the surface 8 itself. Also combinations of measurements from several sides

sind vorstellbar. are imaginable.

Die Messeinheit 1 kann ein Messvolumen 9 beispielsweise auch an anderen Orten abseits The measuring unit 1 can also have a measuring volume 9 at other remote locations, for example

einer Oberfläche 8 messen. Es ist vorstellbar, dass eine Messeinheit 1 im Messvolumen 9 a surface 8 measure. It is conceivable that a measuring unit 1 in the measuring volume 9

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eine Abgaswolke eines Flugzeugs bei Start oder Landung auf einer Landepiste auf einem Flughafen misst. Auch ist es denkbar, dass eine Abgaswolke 5 von einem Schiff, measures an exhaust cloud from an aircraft when taking off or landing on a runway at an airport. It is also conceivable that an exhaust gas cloud 5 from a ship

beispielsweise in einem Hafenbecken oder in einer Schleuse gemessen wird. measured in a harbor basin or in a lock, for example.

Die Erfindung ist nicht auf oben genannte Anwendungen limitiert, sondern alle Einsatzmöglichkeiten der Messeinheit 1, die sich dem Fachmann erschließen, sind The invention is not limited to the applications mentioned above, but rather all possible uses of the measuring unit 1 that are apparent to a person skilled in the art

vorstellbar. imaginable.

Die Abgaswolke 5 muss auch nicht zwingend von einem Fahrzeug stammen, sondern kann prinzipiell von jeglicher Emissionsquelle herrühren. Ein Beispiel ist eine Abgaswolke 5 aus The exhaust gas cloud 5 does not necessarily have to come from a vehicle either, but can in principle come from any emission source. An example is an exhaust cloud 5 from

einem Industrieprozess, die beispielsweise an einem Schornstein abgegeben wird. an industrial process, which is emitted, for example, in a chimney.

Die zu messenden Stoffe im Messvolumen 9 können gasförmige Stoffe, wie Kohlendioxid (CO), Kohlenmonoxid (CO), Stickoxide (NOx), Schwefeldioxid (SO2), gasförmige polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) und ähnliches sein. Es ist aber auch denkbar feste Stoffe, wie Feststoffpartikel, wie z.B. Rußpartikel, im Messvolumen 9 zu messen. Die Stoffe und deren Mengen und/oder Konzentrationen im Messvolumen 9 sind üblicherweise abhängig von der Emissionsquelle, 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 The substances to be measured in the measuring volume 9 can be gaseous substances such as carbon dioxide (CO), carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NOx), sulfur dioxide (SO2), gaseous polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) and the like. However, it is also conceivable to measure solid substances, such as solid particles, such as soot particles, in the measuring volume 9 . The substances and their quantities and/or concentrations in the measuring volume 9 are usually dependent on the emission source, for example the type of fuel, the internal combustion engine, the operating state of the internal combustion engine and the status of a catalytic converter or exhaust gas aftertreatment system (if present). For example, an internal combustion engine that is not yet up to operating temperature often emits a higher concentration of partially combusted substances, such as polycyclic aromatic hydrocarbons, than at normal operating temperature. Likewise, in different operating states (e.g. given by current speed and current

Drehmoment) unterschiedliche Stoffe emittiert. Torque) emits different substances.

Diese gasförmigen oder festen Stoffe im Messvolumen 9 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 These gaseous or solid substances in the measuring volume 9 are to be measured according to the invention. "Measuring a substance" can mean recognizing the presence of the substance in the measuring volume 2, but also measuring a quantity or concentration of the

gasförmigen oder festen Stoffes im Messvolumen 2. gaseous or solid substance in the measuring volume 2.

In der Messeinheit 1 ist eine Lichtquelle 12 vorgesehen, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel in örtlicher Nähe zu einem Detektor 11 angeordnet ist. Vorzugsweise sind die Lichtquelle 12 und der Detektor 11 in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Die Lichtquelle 12 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 12 eine polychromatisch emittierende Lampe aufweist, wie eine Lampe im Ultraviolett- (UV) oder A light source 12 is provided in the measuring unit 1 and is arranged in close proximity to a detector 11 in the exemplary embodiment shown. The light source 12 and the detector 11 are preferably arranged in a common housing. The light source 12 can, for example, emit monochromatic light, for example as laser light, which emits a defined wavelength with a predetermined light intensity. In particular, quantum cascade lasers (QCL) can be used, but other types and combinations of lasers are also conceivable in order to cover different wavelength ranges. It is also conceivable that the light source 12 comprises a polychromatic emitting lamp, such as a lamp in the ultraviolet (UV) or

auch im Infrarotbereich (IR). Ebenfalls ist ein Monochromator in der Lichtquelle 12 oder an also in the infrared range (IR). There is also a monochromator in the light source 12 or on

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anderer geeigneter Stelle der Messeinheit 1 denkbar, um gezielt Wellenlängen zu selektieren. Ein Monochromator kann beispielsweise ein Bragg-Gitter, ein Prisma, ein other suitable location of the measuring unit 1 conceivable in order to select specific wavelengths. A monochromator, for example, a Bragg grating, a prism, a

beweglicher Spiegel oder ein optischer Filter sein. be a movable mirror or an optical filter.

Die Lichtquelle 12 erzeugt einen Primärlichtstrahl 4 mit vorgegebener Primärlichtintensität Ip. Der Primärlichtstrahl 4 hat zumindest eine vorgegebene Wellenlänge. Der Primärlichtstrahl 4 kann über einen optischen Primärpfad 10 zu zumindest einer Multiplexereinheit 2 geleitet werden. Die Multiplexereinheit 2 und die Lichtquelle 12 können auch als eine Einheit ausgeführt sein, wobei in diesem Fall der optische Primärpfad 10 in dieser gemeinsamen Einheit implementiert wäre. Die Lichtquelle 12 kann aber auch örtlich getrennt von der Multiplexereinheit 2 angeordnet sein (wie in Fig. 1). Der optische Primärpfad 10 kann beispielsweise ein Lichtleiter, wie ein Glasfaserkabel, ein Spiegelsystem oder ein anderes geeignetes optisches System sein, das den Primärlichtstrahl 4 von der Lichtquelle 12 zur The light source 12 generates a primary light beam 4 with a predetermined primary light intensity Ip. The primary light beam 4 has at least a predetermined wavelength. The primary light beam 4 can be routed to at least one multiplexer unit 2 via an optical primary path 10 . The multiplexer unit 2 and the light source 12 can also be designed as one unit, in which case the primary optical path 10 would be implemented in this common unit. However, the light source 12 can also be arranged locally separately from the multiplexer unit 2 (as in FIG. 1). The primary optical path 10 can be, for example, a light guide, such as a fiber optic cable, a mirror system or another suitable optical system that directs the primary light beam 4 from the light source 12 to the

Multiplexereinheit 2 leitet. Multiplexer unit 2 conducts.

Der Primärlichtstrahl 4 wird in der Multiplexereinheit 2 in eine Mehrzahl n an Teilstrahlen 3 mit vorgegebener Teillichtintensität I+ aufgeteilt (in Fig.1 sind nur einige davon mit Bezugszeichen versehen). In einer Variante weisen zumindest zwei der Mehrzahl n an The primary light beam 4 is divided in the multiplexer unit 2 into a plurality n of partial beams 3 with a predetermined partial light intensity I+ (in FIG. 1 only some of them are provided with reference symbols). In one variant, at least two of the plurality n

Teilstrahlen 3 unterschiedliche Teillichtintensitäten auf. Sub-beams 3 different partial light intensities.

Eine Multiplexereinheit 2 ist ein optisches System oder Gerät in Form einer elektrischen oder optischen oder elektro-optischen Schaltung oder Anordnung, welche einen eingehenden Primärlichtstrahl 4 in eine Mehrzahl n an ausgehenden Teilstrahlen 3 mit Teillichtintensitäten aufteilt, wobei die Wellenlänge der Teilstrahlen 3 vorzugsweise gleich zum Primärlichtstrahl 4 bleibt. Die Wellenlänge der Teilstrahlen 3 kann aber auch unterschiedlich zur Wellenlänge des Primärlichtstrahls 4 sein. Je nach Anwendung kann die Teillichtintensität I+ gleich der Primärlichtintensität Ip sein, kann aber auch unterschiedlich sein. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass gewisse Teilstrahlen 3 die gleiche Wellenlänge wie die Wellenlänge des Primärlichtstrahls 4 und/oder die Primärlichtintensität Ip haben und andere nicht. Es ist aber auch vorstellbar, dass die Summe der Teilintensitäten I; der Teilstrahlen der Primärlichtintensität Ip entspricht, und damit eine gleichzeitige Strahlenteilung in der Multiplexereinheit 2 erfolgen kann. Die Teillichtintensitäten I} der Teilstrahlen 3 sind A multiplexer unit 2 is an optical system or device in the form of an electrical or optical or electro-optical circuit or arrangement, which divides an incoming primary light beam 4 into a plurality n of outgoing partial beams 3 with partial light intensities, the wavelength of the partial beams 3 preferably being the same as the primary light beam 4 remains. However, the wavelength of the partial beams 3 can also be different from the wavelength of the primary light beam 4 . Depending on the application, the partial light intensity I+ can be the same as the primary light intensity Ip, but it can also be different. In principle it is also conceivable that certain partial beams 3 have the same wavelength as the wavelength of the primary light beam 4 and/or the primary light intensity Ip and others do not. However, it is also conceivable that the sum of the partial intensities I; of the partial beams corresponds to the primary light intensity Ip, and thus a simultaneous beam splitting in the multiplexer unit 2 can take place. The partial light intensities I} of the partial beams 3 are

vorzugsweise gleich. preferably the same.

Eine Multiplexereinheit 2 kann beispielsweise durch einen „optical fiber multiplexer“ oder auch „optical coupler“ oder „optical splitter“ realisiert werden. Auch eine Realisierung der Multiplexereinheit 2 als „Fiber Optic Switching Network“ ist denkbar. Dabei wird der A multiplexer unit 2 can be implemented, for example, by an “optical fiber multiplexer” or also “optical coupler” or “optical splitter”. A realization of the multiplexer unit 2 as a “Fiber Optic Switching Network” is also conceivable. In doing so, he will

Primärlichtstrahl 4 mittels elektronischer Schaltung nacheinander auf eine Mehrzahl n an Primary light beam 4 successively to a plurality n by means of an electronic circuit

Teilstrahlen 3 aufgeteilt. Verschiedene Ausführungen einer Multiplexereinheit 2 sind Partial beams 3 divided. Various versions of a multiplexer unit 2 are

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hinreichend bekannt und der Fachmann kann eine für die jeweilige Anwendung geeignete well known and the person skilled in the art can choose one suitable for the respective application

wählen. Select.

In einer Variante ist die Multiplexereinheit 2 so ausgeführt, dass damit gleichzeitig auch ein optischer Demultiplexer realisiert wird. Ein optischer Demultiplexer ist praktisch die Umkehrung eines optischen Multiplexers und verbindet mehrere Eingänge mit einem Ausgang. Damit können mehrere Eingangsstrahlen in einem Demultiplexer auf einen Ausgang des Demultiplexer geschaltet werden. Alternativ und bedarfsweise können eine In one variant, the multiplexer unit 2 is designed in such a way that an optical demultiplexer is also implemented at the same time. An optical demultiplexer is effectively the inverse of an optical multiplexer, connecting multiple inputs to one output. This allows multiple input beams in a demultiplexer to be switched to an output of the demultiplexer. Alternatively and if necessary, a

Multiplexereinheit 2 und eine Demultiplexereinheit getrennt voneinander realisiert sein. Multiplexer unit 2 and a demultiplexer unit can be implemented separately from one another.

Die von der Multiplexereinheit 2 erzeugten Teilstrahlen 3 werden jeweils über einen eigenen optischen Pfad 6 geleitet, wobei vorzugsweise jedem Teilstrahl 3 genau ein optischer Pfad 6 zugeordnet ist und die optischen Pfade 6 der einzelnen Teilstrahlen 3 voneinander getrennt verlaufen. Ein optischer Pfad 6 ist beispielsweise als Lichtwellenleiter oder optische Faser bestimmter Länge ausgeführt. Ein optischer Pfad 6 kann aber auch als anderes geeignetes optisches System, wie eine Spiegelanordnung, ausgeführt sein. Je nach Messaufgabe oder Anwendung oder Anforderung kann eine unterschiedliche Anzahl an Teilstrahlen 3 in der The partial beams 3 generated by the multiplexer unit 2 are each routed via their own optical path 6, with each partial beam 3 preferably being assigned exactly one optical path 6 and the optical paths 6 of the individual partial beams 3 running separately from one another. An optical path 6 is designed, for example, as an optical waveguide or optical fiber of a specific length. However, an optical path 6 can also be designed as another suitable optical system, such as a mirror arrangement. Depending on the measurement task or application or requirement, a different number of partial beams 3 in the

erfindungsgemäßen Messeinheit 1 vorgesehen sein. measuring unit 1 according to the invention can be provided.

Die Teilstrahlen 3 werden an den von der Multiplexereinheit 2 abgewandten Enden der optischen Pfade 6 an Auskoppelungseinheiten 21 an verschiedenen Stellen ausgekoppelt und in Richtung einer Spiegelungseinheit 7 mit einer Spiegelungsebene 7.1 ausgestrahlt. Die abgestrahlten Teilstrahlen 3 sind damit räumlich getrennt voneinander, wobei sich die Strahlengänge der Teilstrahlen 3 zwischen Auskoppelungseinheit 21 und Spiegelungseinheit 7 aber auch kreuzen können. Eine Auskoppelungseinheit 21 dient im Wesentlichen dazu, die in den optischen Pfaden 6 geführten Teilstrahlen 3 in den Bereich zwischen Auskoppelungseinheiten 21 und Spiegelungseinheit 7, insbesondere das Messvolumen 9, in der gewünschten Richtung abzustrahlen. Hierbei spielt die Orientierung der Teilstrahlen 3 keine Rolle. Die Teilstrahlen 3 könnte daher beispielsweise normal auf eine Oberfläche 8 oder auch parallel dazu oder auch in einem beliebigen Winkel zur Oberfläche 8 abgestrahlt werden. Die jeweilige Spiegelungseinheit 7 ist entsprechend The partial beams 3 are coupled out at different points at the ends of the optical paths 6 facing away from the multiplexer unit 2 at decoupling units 21 and emitted in the direction of a reflection unit 7 with a reflection plane 7.1. The emitted partial beams 3 are thus spatially separated from one another, but the beam paths of the partial beams 3 can also cross between the decoupling unit 21 and the reflection unit 7 . A decoupling unit 21 essentially serves to emit the partial beams 3 guided in the optical paths 6 in the desired direction into the area between the decoupling units 21 and the reflection unit 7, in particular the measurement volume 9. The orientation of the partial beams 3 is irrelevant here. The partial beams 3 could therefore be radiated, for example, normally onto a surface 8 or also parallel to it or also at any angle to the surface 8 . The respective mirroring unit 7 is corresponding

anzuordnen, damit ein Teilstrahl daran reflektiert wird. to be arranged so that a partial beam is reflected on it.

Die Auskoppelungseinheiten 21 sind in einem ersten Abstand d beabstandet von der The decoupling units 21 are spaced a first distance d from the

Spiegelungseinheit 7 mit der Spiegelungsebene 7.1 angeordnet. Reflection unit 7 arranged with the reflection plane 7.1.

Die Spiegelungseinheit 7 kann aus mehreren einzelnen Spiegeln oder mehreren getrennten Spiegelungsebenen 7.1 bestehen. Auch mehrere Spiegelungseinheiten 7 sind grundsätzlich The reflection unit 7 can consist of several individual mirrors or several separate reflection planes 7.1. Several mirroring units 7 are also fundamental

möglich. possible.

Der Abstand d kann anwendungsbezogen passend gewählt werden. Beispielsweise kann The distance d can be selected to suit the application. For example, can

der Abstand d abhängig von den durchfahrenden Fahrzeugen, aber auch von der Richtung the distance d depends on the vehicles passing through, but also on the direction

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der Messung sein. Der Abstand d kann beispielsweise geringer sein, wenn eine Messung parallel zu Oberfläche 8 durchgeführt wird, und kann höher sein, wenn normal auf die Oberfläche 8 gemessen wird. Der Abstand d zur Spiegelungsebene 7.1 der be the measurement. For example, the distance d can be smaller when measuring parallel to surface 8 and larger when measuring normal to surface 8 . The distance d to the reflection plane of 7.1

Spiegelungseinheit 7 muss auch nicht für jede Auskoppelungseinheit 21 gleich sein. Reflection unit 7 does not have to be the same for each decoupling unit 21 either.

Zwischen den Auskoppelungseinheiten 21 und der Spiegelungseinheit 7 ist das This is between the decoupling units 21 and the mirroring unit 7

Messvolumen 9 ausgebildet. Measuring volume 9 formed.

In Fig.1 sind die Auskoppelungseinheiten 21 nebeneinander in einer Linie angeordnet sind, sodass die einzelnen Teilstrahlen 3 einen Lichtvorhang bestimmter Breite im Messvolumen 9 erzeugen. Damit können insbesondere Abgaswolken 5 verschiedenere Größen im Messvolumen 9 sicher erfasst werden. Durch eine entsprechende Anordnung der Auskoppelungseinheiten 21 kann aber auch eine flächige oder sogar räumliche Verteilung In FIG. 1, the decoupling units 21 are arranged next to one another in a line, so that the individual partial beams 3 produce a light curtain of a certain width in the measurement volume 9 . In this way, in particular, exhaust gas clouds 5 of different sizes can be reliably detected in the measurement volume 9 . An area or even spatial distribution can also be achieved by a corresponding arrangement of the decoupling units 21

der Teilstrahlen 3 realisiert werden. of the partial beams 3 can be realized.

Für eine flächige Verteilung könnten beispielsweise zwei Gruppen von Teilstrahlen 3 mit unterschiedlichen Orientierungen, vorzugsweise normal aufeinander, erzeugt werden, wobei alle Teilstrahlen 3 in einer gemeinsamen Strahlenebene angeordnet sind. Damit sind zwei Anordnungen von Auskoppelungseinheiten 21 mit unterschiedlichen Orientierungen vorhanden, wobei gegenüber jeder der Anordnungen eine Spiegelungseinheit 7, 7‘ mit einer Spiegelungsebene 7.1, 7.1‘ vorgesehen ist. Das ist beispielsweise in Fig.2 dargestellt. Mit einer solchen Anordnung kann die zweidimensionale Verteilung eines gasförmigen oder festen Stoffes im Messvolumen ermittelt werden. Wenn sich eine Abgaswolke 5 im Messvolumen 9 bewegt (beispielsweise in einer Richtung normal auf die Zeichnungsebene in Fig.2), dann könnte durch zeitlich aufeinanderfolgende Messung sogar eine dreidimensionale Verteilung eines gasförmigen oder festen Stoffes im Messvolumen 9 For a two-dimensional distribution, for example, two groups of partial beams 3 with different orientations, preferably perpendicular to one another, could be generated, with all partial beams 3 being arranged in a common beam plane. There are thus two arrangements of decoupling units 21 with different orientations, with a reflection unit 7, 7' having a reflection plane 7.1, 7.1' being provided opposite each of the arrangements. This is shown, for example, in FIG. With such an arrangement, the two-dimensional distribution of a gaseous or solid substance in the measurement volume can be determined. If an exhaust gas cloud 5 moves in the measurement volume 9 (for example in a direction normal to the plane of the drawing in Fig. 2), then a three-dimensional distribution of a gaseous or solid substance in the measurement volume 9 could even be determined by sequential measurement

rekonstruiert werden. be reconstructed.

Es ist aber auch möglich, eine räumliche Verteilung der Teilstrahlen 3 zu realisieren. Dazu könnten die Auskoppelungseinheiten 21 beispielsweise zusätzlich auch in einer dritten Dimension (in Fig.1 beispielsweise in einer Richtung normal auf die Zeichnungsebene versetzt zueinander) angeordnet sein. In einer solchen Anordnung könnten beispielsweise However, it is also possible to realize a spatial distribution of the partial beams 3 . For this purpose, the decoupling units 21 could, for example, also be arranged in a third dimension (in FIG. 1, for example, offset from one another in a direction normal to the plane of the drawing). In such an arrangement, for example

mehrere Anordnungsebenen wie in Fig.2 dargestellt hintereinander vorgesehen sein. several arrangement levels as shown in Figure 2 can be provided one behind the other.

Die einzelnen Teilstrahlen 3 werden zu einer Spiegelungsebene 7.1 zumindest einer zugeordneten Spiegelungseinheit 7 gelenkt. Dabei durchdringen die Teilstrahlen 3 das zumindest eine Messvolumen 9. Die Anordnung der Spiegelungseinheit 7 ist abhängig von der Orientierung der Teilstrahlen 3, welche aus der Multiplexereinheit 2 ausgekoppelt werden. Die Spiegelungseinheit 7 kann beispielsweise parallel zur Ebene der Oberfläche 8, The individual partial beams 3 are directed to a reflection plane 7.1 of at least one associated reflection unit 7. The partial beams 3 penetrate the at least one measurement volume 9. The arrangement of the reflection unit 7 depends on the orientation of the partial beams 3, which are coupled out of the multiplexer unit 2. The reflection unit 7 can, for example, be parallel to the plane of the surface 8,

normal zur Ebene der Oberfläche 8, oder auch in einem Winkel zur Ebene der Oberfläche 8 normal to the plane of surface 8, or at an angle to the plane of surface 8

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angeordnet sein. In einer möglichen Ausführung kann die Spiegelungseinheit 7 auch in bzw. be arranged. In one possible embodiment, the mirroring unit 7 can also be installed in or

als Teil einer Oberfläche 8 angeordnet sein. be arranged as part of a surface 8.

Die Teilstrahlen 3 werden an der Spiegelungsebene 7.1 der zumindest einen Spiegelungseinheit 7 als Rückstrahlen 14 (in Fig.1 und 2 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einige Rückstrahlen mit einem Bezugszeichen versehen) in Richtung des Messvolumens 9 reflektiert und durchdringen das Messvolumen 9 dabei ein zweites Mal. The partial beams 3 are reflected at the reflection plane 7.1 of the at least one reflection unit 7 as return beams 14 (in Fig. 1 and 2 only some return beams are provided with a reference number for reasons of clarity) in the direction of the measurement volume 9 and penetrate the measurement volume 9 a second Just.

Die Rückstrahlen 14 werden danach von zumindest einem Detektor 11 erfasst. The return rays 14 are then detected by at least one detector 11 .

Der zumindest eine Detektor 11 misst zumindest eine Lichteigenschaft eines damit erfassten Rückstrahls 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. The at least one detector 11 measures at least one light property of a reflected beam 14 detected thereby, which characterizes the gaseous or solid substance to be measured. For example, a light intensity or a wavelength or any other measurable light property can be measured as a light property. The gaseous or solid substance can then be inferred from the measured light property, for example the presence of the substance, a quantity or a concentration of the substance.

Bei der erfindungsgemäßen Messeinheit 1 durchdringt ein Teilstrahl 3 aufgrund der Reflexion über die Spiegelungseinheit 7 das zumindest eine Messvolumen 9 zweimal, nämlich als Teilstrahl 3 und nach der Reflexion als Rückstrahl 13, wobei der Lichtstrahl zweimal vom gasförmigen und/oder festen Stoff im Messvolumen 9 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 In the measuring unit 1 according to the invention, a partial beam 3 penetrates the at least one measuring volume 9 twice due to the reflection via the reflection unit 7, namely as a partial beam 3 and after reflection as a return beam 13, the light beam being influenced twice by the gaseous and/or solid substance in the measuring volume 9 becomes, resulting in an integral measurement. This can be reflected in the measurement in increased sensitivity and an improvement in the signal-to-noise ratio because larger

Messsignale möglich sind. Damit kann eine höhere Messqualität erreicht werden. measurement signals are possible. A higher measurement quality can thus be achieved.

In einer möglichen Ausgestaltung misst der Detektor 11 die aufgrund des zumindest einen gasförmigen oder festen Stoffes reduzierte Lichtintensität des erfassten Rückstrahls 14. Die gemessene Lichtintensität kann in eine Absorption eines gasförmigen Stoffes umgerechnet werden, beispielsweise mittels einer vorher durchgeführten Referenzmesseinheit im Detektor 11, welche in Abwesenheit eines Stoffes in Messvolumen 9 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 bezogen auf die Lichtintensität des zum jeweiligen Rückstrahl 14 gehörenden Teilstrahls 3 oder auch In one possible embodiment, the detector 11 measures the reduced light intensity of the detected return beam 14 due to the at least one gaseous or solid substance. The measured light intensity can be converted into an absorption of a gaseous substance, for example by means of a previously performed reference measurement unit in the detector 11, which in the absence of a substance in the measuring volume 9 is carried out. Such a reference measurement can also take place at regular intervals or as required. A weakening of the light intensity due to a solid substance, for example due to scattering, can also be detected in this way. However, there can also be a weakening of the light intensity of the detected return beam 14 in relation to the light intensity of the partial beam 3 or 3 belonging to the respective return beam 14

bezogen auf den Primärstrahl 4 ermittelt werden. based on the primary beam 4 can be determined.

Der Detektor 11 kann in der Messeinheit 1 an einer geeigneten Stelle angeordnet sein und The detector 11 can be arranged in the measuring unit 1 at a suitable point and

es kann eine verschiedene Anzahl von Detektoren 11 vorgesehen sein. a different number of detectors 11 can be provided.

Beispielsweise ist für jeden Rückstrahl 14 ein eigener Detektor 11 vorgesehen. Eine solche For example, a separate detector 11 is provided for each return beam 14 . Such

Ausführung ist in Fig.3 dargestellt. In dieser Ausgestaltung wird ein Primärlichtstrahl 4 in die Execution is shown in Fig.3. In this embodiment, a primary light beam 4 in the

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Multiplexereinheit 2 eingebracht, und die Multiplexereinheit 2 teilt den Primärlichtstrahl 4 in eine Mehrzahl n an Teilstrahlen 3 auf. Die Teilstrahlen 3 werden in Richtung der Spiegelungseinheit 7 abgestrahlt, durchdringen das Messvolumen 9, werden an der Spiegelungseinheit 7 reflektiert, durchdringen das Messvolumen 9 ein zweites Mal und laufen als Rückstrahlen 14 zurück zur Multiplexereinheit 2. In der Multiplexereinheit 2 sind Detektoren 11 für jeden der Rückstrahlen 14 vorgesehen. Das ermöglicht eine sehr genaue, örtlich getrennte Messung der gasförmigen oder festen Stoffe im Messvolumen 9 und Multiplexer unit 2 introduced, and the multiplexer unit 2 divides the primary light beam 4 into a plurality n of partial beams 3 . The partial beams 3 are emitted in the direction of the reflection unit 7, penetrate the measurement volume 9, are reflected on the reflection unit 7, penetrate the measurement volume 9 a second time and run back to the multiplexer unit 2 as return beams 14. In the multiplexer unit 2 there are detectors 11 for each of the Reflectors 14 provided. This enables a very accurate, locally separate measurement of the gaseous or solid substances in the measurement volume 9 and

benötigt nur eine Lichtquelle 12, welche einen Primärlichtstrahl 4 zur Verfügung stellt. requires only one light source 12, which provides a primary light beam 4.

Alternativ könnte auch ein Detektor 11 für mehrere oder sogar für alle Rückstrahlen 14 vorgesehen sein. Eine solche Ausführung ist in Fig.1 angedeutet. Das kann beispielsweise durch eine Ausführung der Multiplexereinheit 2 als Multiplexer und Demultiplexer realisiert werden. Die Rückstrahlen 14 werden hierbei über den optischen Primärpfad 10 zum Detektor 11 geleitet und darin erfasst. Die Rückstrahlen 14 können aber auch über eine Alternatively, a detector 11 could also be provided for several or even for all return beams 14 . Such an embodiment is indicated in FIG. This can be implemented, for example, by designing the multiplexer unit 2 as a multiplexer and demultiplexer. In this case, the return beams 14 are guided via the primary optical path 10 to the detector 11 and detected therein. The reflections 14 can also have a

separate Demultiplexereinheit zum Detektor 11 geführt werden. separate demultiplexer unit to the detector 11 are performed.

Es ist aber auch denkbar, dass die Teilstrahlen 3 nicht normal auf die Spiegelungsebene 7.1 abgestrahlt werden, sondern in einem bestimmten Winkel darauf, sodass die reflektierten Rückstrahlen 14 danach, vorzugsweise nach dem nochmaligen Durchtritt durch das Messvolumen 9, an einen geeignet angeordneten Detektor 11 geleitet werden. Auf diese Weise lassen sich auch mehrere Rückstrahlen 14 mit einem Detektor 11 erfassen oder auch However, it is also conceivable that the partial beams 3 are not radiated normally onto the reflection plane 7.1, but rather at a certain angle, so that the reflected return beams 14 are then, preferably after passing through the measurement volume 9 again, directed to a suitably arranged detector 11 will. In this way, multiple return beams 14 can be detected with one detector 11 or else

jeder Rückstrahl 14 einzelnen mit einem eigenen Detektor 11. each return beam 14 individually with its own detector 11.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung haben zumindest zwei optische Pfade 6 unterschiedliche optische Weglängen. Die darüber laufenden Teilstrahlen 3 werden damit aufgrund der unterschiedlichen optischen Laufzeiten zeitlich versetzt in Richtung der Spiegelungseinheit 7 abgestrahlt. Wenn die dabei erzeugten Rückstrahlen 14 vom selben Detektor 11 erfasst werden, dann kommen die Rückstrahlen 14 aufgrund der unterschiedlichen optischen Laufzeiten auch zeitlich versetzt am Detektor 11 an, was eine einfache örtlich aufgelöste Messung mit einem gemeinsamen Detektor 11 ermöglicht. In einer möglichen Ausführungsform weisen alle optischen Pfade 6 der Teilstrahlen 3 unterschiedliche optische Weglängen auf, was eine Erfassung aller Rückstrahlen 14 mit In a particularly advantageous embodiment, at least two optical paths 6 have different optical path lengths. The partial beams 3 running over it are therefore radiated in the direction of the reflection unit 7 with a time offset due to the different optical propagation times. If the return beams 14 generated in this way are detected by the same detector 11, the return beams 14 also arrive at the detector 11 with a time offset due to the different optical propagation times, which enables a simple spatially resolved measurement with a common detector 11. In one possible embodiment, all optical paths 6 of the partial beams 3 have different optical path lengths, which means that all return beams 14 can be detected

einem einzigen Detektor 11 erleichtert. a single detector 11 facilitated.

Wenn die Multiplexereinheit 2 als „Fiber Optic Switching Network“ ausgeführt ist und der Primärstrahl 4 nacheinander auf zumindest zwei Teilstrahlen 3 aufgeteilt wird, ermöglicht auch das auf einfache Weise einen Detektor 11 für die zumindest zwei Teilstrahlen 3 zu If the multiplexer unit 2 is designed as a “Fiber Optic Switching Network” and the primary beam 4 is divided into at least two partial beams 3 one after the other, this also allows a detector 11 for the at least two partial beams 3 to be added in a simple manner

verwenden, weil auch dann immer nur ein Rückstrahl 14 am Detektor 11 ankommt. use, because even then only one return beam 14 arrives at the detector 11.

Fig.4 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messeinheit 1. 4 shows a further advantageous embodiment of the measuring unit 1 according to the invention.

Die Multiplexereinheit 2 erhält erfindungsgemäß einen Primärlichtstrahl 4 und teilt diesen in According to the invention, the multiplexer unit 2 receives a primary light beam 4 and divides it into

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eine Mehrzahl an Teilstrahlen 3 auf. Zumindest ein Teilstrahl 3 der Mehrzahl an Teilstrahlen 3 wird zu zumindest einer Umlenkeinheit 13 gelenkt, die in diesem Fall die Auskoppelungseinheit 21 darstellt. In einer möglichen Ausführungsform können mehrere Teilstrahlen 3 zu einer Umlenkeinheit 13 gelenkt werden, es kann aber auch eine Mehrzahl an Umlenkeinheiten 13, beispielsweise eine Umlenkeinheit 13 pro Teilstrahl 3, vorhanden sein. Die Umlenkeinheit 13 enthält dazu beispielsweise einen Spiegel, oder ein anderes geeignetes optisches System oder Gerät, welches den Teilstrahl 3 umlenkt und in Richtung einer zugeordneten Spiegelungseinheit 7 mit Spiegelungsebene 7.1 lenkt. In dieser Ausführung ist vorzugsweise für jeden in einer Umlenkeinheit 13 umgelenkten Teilstrahl 3 eine eigene Spiegelungseinheit 7 vorgesehen. Die umgelenkten Teilstrahlen 3 werden dann an der jeweiligen zugeordneten Spiegelungseinheit 7 reflektiert, und werden dann (wie oben beschrieben) als Rückstrahlen 14 (in Fig.4 ist nur einer davon bezeichnet) zum zumindest a plurality of partial beams 3. At least one partial beam 3 of the plurality of partial beams 3 is directed to at least one deflection unit 13, which in this case represents the decoupling unit 21. In one possible embodiment, a plurality of partial beams 3 can be directed to a deflection unit 13, but a plurality of deflection units 13, for example one deflection unit 13 per partial beam 3, can also be present. For this purpose, the deflection unit 13 contains, for example, a mirror or another suitable optical system or device, which deflects the partial beam 3 and directs it in the direction of an associated reflection unit 7 with a reflection plane 7.1. In this embodiment, a dedicated reflection unit 7 is preferably provided for each partial beam 3 deflected in a deflection unit 13 . The deflected partial beams 3 are then reflected at the respective associated reflection unit 7 and are then (as described above) as return beams 14 (only one of them is labeled in FIG. 4) for at least

einen Detektor 11 (in Fig.4 nicht dargestellt) gesendet. sent to a detector 11 (not shown in Figure 4).

Es ist auch vorstellbar, dass zumindest ein Detektor 11 an einer Umlenkeinheit 13 angeordnet ist. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, um eine hohe Anzahl an parallelen Messungen zu ermöglichen. Die Umlenkeinheiten 13 können, wie in Fig.4 dargestellt, nebeneinander auf bzw. in einem gewissen Abstand über einer Oberfläche 8, hier einer mehrspurigen Straße, angeordnet sein. Die Umlenkeinheiten 13 können aber auch hintereinander auf bzw. in einem gewissen Abstand über einer Oberfläche 8 angeordnet sein. Hintereinander bedeutet hier versetzt entlang einer Fahrtrichtung, wenn es sich bei der It is also conceivable that at least one detector 11 is arranged on a deflection unit 13 . This embodiment is advantageous in order to enable a large number of parallel measurements. As shown in FIG. 4, the deflection units 13 can be arranged next to one another on or at a certain distance above a surface 8, here a multi-lane road. However, the deflection units 13 can also be arranged one behind the other on or at a certain distance above a surface 8 . One behind the other means offset along a direction of travel when it is the

Oberfläche 8 um eine Straße handelt. Surface 8 is a road.

In einer möglichen Ausführung nach Fig.4 werden zumindest zwei Teilstrahlen 3 wie in Fign.1, 2 oder 3 beschrieben abgestrahlt und verwendet. Für diese Teilstrahlen 3 wäre dann In a possible embodiment according to FIG. 4, at least two partial beams 3 are radiated and used as described in FIGS. For these partial beams 3 would then be

keine Umlenkeinheit 13 vorhanden. no deflection unit 13 available.

Damit ist es dem Fachmann möglich auf einfach Weise mehrere, getrennt ausgebildete Messvolumina 9 zu realisieren. Damit kann eine Messarchitektur realisiert werden, die für It is thus possible for a person skilled in the art to implement several separately designed measurement volumes 9 in a simple manner. This allows a measurement architecture to be implemented that

eine bestimmte Messaufgabe und Messanforderung nötig ist. a specific measurement task and measurement requirement is necessary.

Eine Umlenkeinheit 13 kann in einer nicht dargestellten Variante auch verwendet werden, um einen mehrfachen Durchtritt durch das Messvolumen 9 zu realisieren. In dieser Ausführung ist gegenüber der und beabstandet zur Spiegelungsebene 7.1 der der Umlenkeinheit 13 zugeordneten Spiegelungseinheit 7 eine weitere Spiegelungseinheit mit einer Spiegelungsebene angeordnet sein. Der Teilstrahl 3 wird von der Umlenkeinheit 13 in einem von der Normalen auf die Spiegelungsebene 7.1 abweichenden Winkel auf die Spiegelungsebene 7.1 abgestrahlt. Der Teilstrahl 3 wird an der Spiegelungsebene 7.1 in Richtung der weiteren Spiegelungsebene reflektiert und an dieser wieder in Richtung der In a variant that is not shown, a deflection unit 13 can also be used in order to implement a multiple passage through the measurement volume 9 . In this embodiment, a further reflection unit with a reflection plane is arranged opposite and at a distance from the reflection plane 7.1 of the reflection unit 7 assigned to the deflection unit 13. The partial beam 3 is radiated by the deflection unit 13 onto the reflection plane 7.1 at an angle that deviates from the normal to the reflection plane 7.1. The partial beam 3 is reflected at the reflection plane 7.1 in the direction of the further reflection plane and at this again in the direction of the

Spiegelungsebene 7.1 zurückreflektiert. Damit läuft der Teilstrahl in einer Mehrzahl von Mirror plane 7.1 reflected back. So that the partial beam runs in a plurality of

15/31° 15/31°

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Reflexionen zwischen den Spiegelungsebenen hin- und her, was die Anzahl der Durchtritt durch das Messvolumen 9 erhöht. Auch der Rückstrahl 14 kann in einer Anzahl von Reflexionen zwischen den Spiegelungsebenen zurück zu zugeordneten Detektor 11 gesendet werden. Damit wird aufgrund der vielfachen Durchtritte des Lichts durch das Messvolumen 9 eine höhere Sensitivität der Messung erzielt. In einer solchen Ausführung kann der Winkel des Teilstrahl auch verstellbar sein, beispielsweise mit einer geeigneten Reflections back and forth between the reflection planes, which increases the number of passages through the measurement volume 9 . The return beam 14 can also be sent back to the associated detector 11 in a number of reflections between the reflection planes. A higher sensitivity of the measurement is thus achieved due to the multiple passages of the light through the measurement volume 9 . In such an embodiment, the angle of the partial beam can also be adjustable, for example with a suitable

Positionieroptik, um die Anzahl der Durchtritte durch das Messvolumen 9 vorzugeben. Positioning optics to specify the number of passages through the measurement volume 9.

In einer weiteren vorteilhaften, ebenfalls in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die Multiplexereinheit 2 schwenkbar ausgebildet. Das kann beispielsweise über eine drehbare Achse erfolgen, die die Multiplexereinheit 2 drehbar macht. Die Multiplexereinheit 2 kann dabei vorzugsweise um eine Achse verschwenkt werden, die normal auf die Spiegelungsebene 7.1 und/oder normal auf eine Oberfläche 8 steht. Damit können in einer Ausführung nach Fig.4 die Teilstrahlen 3 beispielsweise zu verschiedenen In a further advantageous embodiment of the invention, also not shown in the figures, the multiplexer unit 2 is pivotable. This can be done, for example, via a rotatable axis that makes the multiplexer unit 2 rotatable. The multiplexer unit 2 can preferably be pivoted about an axis which is normal to the reflection plane 7.1 and/or normal to a surface 8. Thus, in an embodiment according to Figure 4, the partial beams 3, for example, to different

Umlenkeinheiten 13 gelenkt werden, um an verschiedenen Stellen messen zu können. Deflection units 13 are directed in order to be able to measure at different points.

Es kann auch vorgesehen sein, die gesamte Messeinheit 1 schwenkbar zu gestalten. Dabei sind beispielsweise die Multiplexereinheit 2 und die Mehrzahl an Umlenkeinheiten 13 an der Messeinheit 1 fixiert und die gesamte Messeinheit 1 kann um eine oben erwähnte Achse verschwenkt werden. Dann kann die Messeinheit 1 beispielsweise zwischen verschiedenen Fahrspuren einer Straße wechseln, oder es kann von verschiedenen Fahrspuren auf Provision can also be made for the entire measuring unit 1 to be pivotable. In this case, for example, the multiplexer unit 2 and the plurality of deflection units 13 are fixed to the measuring unit 1 and the entire measuring unit 1 can be pivoted about an axis mentioned above. The measuring unit 1 can then change between different lanes of a road, for example, or it can start from different lanes

mehrere hintereinanderliegende Messungen an einer Fahrspur gewechselt werden. several consecutive measurements on a lane are changed.

In einer weiteren Ausführungsform ist in der Messeinheit auch eine Mehrzahl an Multiplexereinheiten 2 vorgesehen. Beispielsweise kann eine Strahlenteilereinheit vorgesehen sein, um einen Primärlichtstrahl 4 in mehrere Lichtstrahlen aufzuteilen und diese zu einer Mehrzahl an Multiplexereinheiten 2 zu leiten, welche dann erfindungsgemäß wie oben beschrieben ausgeführt sein können, um einen gasförmigen oder festen Stoff in verschiedenen Messvolumina 9 zu erfassen. Damit kann es möglich sein, eine mehrfache In a further embodiment, a plurality of multiplexer units 2 is also provided in the measuring unit. For example, a beam splitter unit can be provided to split a primary light beam 4 into several light beams and to direct them to a plurality of multiplexer units 2, which can then be designed according to the invention as described above in order to detect a gaseous or solid substance in different measurement volumes 9. It may thus be possible to

ortsaufgelöste Messung von verschiedenen Messvolumina 9 durchzuführen. spatially resolved measurement of different measurement volumes 9 to perform.

In einer weiteren Ausgestaltung ist in einer erfindungsgemäßen Messeinheit 1 zumindest eine Modulationseinheit 27 vorgesehen (angedeutet in Fig.3), um den Primärlichtstrahl 4 und/oder zumindest einen Teilstrahl 3 (wie in Fig.3) und/oder zumindest einen Rückstrahl 14 in einzelne Lichtpakete aufzuteilen. Durch die Aufteilung in einzelne Lichtpakete wird bewirkt, dass auch die von einem Detektor 11 erfassten Rückstrahlen 14 in Lichtpakete aufgeteilt sind. Die Lichtpakete haben eine vorgegebene zeitliche Länge und sind zeitlich separiert. In einer einfachsten Ausführungsform kann eine solche Modulationseinheit 27 ein Lichtchopper In a further embodiment, at least one modulation unit 27 is provided in a measuring unit 1 according to the invention (indicated in Fig. 3) in order to split the primary light beam 4 and/or at least one partial beam 3 (as in Fig. 3) and/or at least one return beam 14 into individual split light packets. The division into individual light packets has the effect that the return beams 14 detected by a detector 11 are also divided into light packets. The light packets have a predetermined time length and are separated in time. In the simplest embodiment, such a modulation unit 27 can be a light chopper

sein, der definierte Lichtpakete erzeugt. Solche Lichtchopper können beispielsweise be that generates defined light packets. Such light choppers can, for example

16/31” 16/31”

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20 20

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rotierende Scheiben, Spiegel, Winkelspiegel oder Prismen sein. Auch elektrooptische be rotating discs, mirrors, corner mirrors or prisms. Also electro-optical

Modulatoren als Modulationseinheit, wie Mach-Zehnder-Interferometer, sind denkbar. Modulators as a modulation unit, such as Mach-Zehnder interferometers, are conceivable.

Die Aufteilung in Lichtpakete kann vorteilhaft sein, um die Erfassung mehrerer Rückstrahlen 14 mit einem Detektor 11 zu vereinfachen oder zu erleichtern, insbesondere wenn dafür The division into light packets can be advantageous in order to simplify or facilitate the detection of a plurality of return beams 14 with a detector 11, in particular when this is the case

gesorgt wird, dass die Lichtpakete zeitlich versetzt am Detektor 11 ankommen. it is ensured that the light packets arrive at the detector 11 with a time offset.

Das kann auch vorteilhaft sein, um Lichtpakete verschiedener Wellenlängen an eine Multiplexereinheit 2 zu senden, und somit eine spektroskopische Messung zu ermöglichen. In diesem Fall würde der Primärlichtstrahl 4 in Lichtpakete aufgeteilt werden. Das kann beispielweise nacheinander in verschiedenen Lichtpaketen erfolgen, und somit wird eine spektroskopische ortsaufgelöste Messung verschiedener gasförmiger oder fester Stoffe in This can also be advantageous in order to send light packets of different wavelengths to a multiplexer unit 2 and thus enable a spectroscopic measurement. In this case, the primary light beam 4 would be divided into light packets. This can be done, for example, in different light packets one after the other, and thus a spectroscopic spatially resolved measurement of different gaseous or solid substances in

der Messeinheit 1 ermöglicht. the measuring unit 1 allows.

Fig. 5 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zur genauen Konzentrationsmessung eines gasförmigen oder festen Stoffes in einem Messvolumen 9 mit einer erfindungsgemäßer Messeinheit 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 5) im Messvolumen 9 und der Absorption 1-(l/lo), kurz als A bezeichnet, oder Transmission 1/lo 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 LambertBeer’schen Gesetz ist die Absorption A abhängig von der Durchtrittsstrecke x, der Konzentration c und einem Absorptionskoeffizienten k (als bekannter Stoffparameter) über Fig. 5 shows a further advantageous embodiment of the invention for the precise measurement of the concentration of a gaseous or solid substance in a measuring volume 9 with a measuring unit 1 according to the invention. In order to determine a concentration c of a substance more precisely, knowledge of the actual passage distance x of the light through the den volume containing gaseous or solid substances (e.g. an exhaust gas cloud 5) in the measuring volume 9 and the absorption 1-(l/lo), referred to as A for short, or transmission 1/lo of a specific wavelength is required. The measurement of a substance is frequency-dependent and should therefore take place at, or at least close to, the absorption maximum in order to obtain a reliable result. For example, CO, has characteristic vibrational modes at a wavenumber (reciprocal wavelength) of 1388 cm' (asymmetric stretch mode) and at 667 cm (bending mode). According to Lambert-Beer's law, the absorption A depends on the passage distance x, the concentration c and an absorption coefficient k (as a known material parameter).

die Formel the formula

In Lak*xke. In Lak*xke.

Eine Absorption A kann über einen Detektor 11 ermittelt werden. Die Durchtrittsstrecke x ist aber abhängig von der Ausdehnung der Abgaswolke 5 im Messvolumen 9 und ist An absorption A can be determined using a detector 11 . However, the passage distance x is dependent on the expansion of the exhaust gas cloud 5 in the measurement volume 9 and is

üblicherweise nicht bekannt. usually not known.

Zum Erfassen der Durchtrittsstrecke x ist in dieser Ausführung in der Messeinheit 1 eine Bildeinheit 29 vorgesehen, um zumindest einen Teil des Messvolumens 9 aus unterschiedlichen Richtungen (z.B. Winkeln w, ß) aufzunehmen. Die Bildeinheit 29 erzeugt Abbildungen des Messvolumens 9 aus unterschiedlichen Richtungen, die in einer In this embodiment, an imaging unit 29 is provided in the measuring unit 1 to record the passage distance x, in order to record at least part of the measuring volume 9 from different directions (e.g. angles w, β). The imaging unit 29 generates images of the measurement volume 9 from different directions in one

Auswerteeinheit 15 verarbeitet werden. Die Auswerteeinheit 15 kann nun aus den erhaltenen Evaluation unit 15 are processed. The evaluation unit 15 can now from the received

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

AV-4264 AT AV-4264AT

Abbildungen aus verschiedenen Richtungen, einen Teil eines Abbilds einer Abgaswolke 5 im Messvolumen 9 rekonstruieren. Aus dem Abbild des Teils der Abgaswolke 5 kann die Durchtrittsstrecke x, als Summe aller Durchtritte eines Teilstrahls 3 und des zugehörigen reflektierten Rückstrahls 14, durch die Abgaswolke 5 ermittelt werden. Beispielsweise kann anhand der bekannten Abmessungen des Messvolumens 9 auf die Abmessungen des zumindest einen Teils der Abgaswolke 5 im Messvolumen 9 und damit auf die Durchtrittsstrecke x eines bestimmten Teilstrahls 3 und/oder Rückstrahls 14 rückgerechnet Reconstruct images from different directions, part of an image of an exhaust gas cloud 5 in the measurement volume 9 . From the image of the part of the exhaust gas cloud 5, the passage distance x, as the sum of all passages of a partial beam 3 and the associated reflected return beam 14, through the exhaust gas cloud 5 can be determined. For example, the known dimensions of the measurement volume 9 can be used to calculate the dimensions of at least part of the exhaust gas cloud 5 in the measurement volume 9 and thus the passage distance x of a specific partial jet 3 and/or return jet 14

werden. will.

Zu diesen Zweck kann aus den Abbildungen eine 2D Projektion der Abgaswolke 5 in Ebene des Teilstrahls 3 und/oder des Rückstrahls 14 erzeugt werden und so die Durchtrittsstrecke x des Teilstrahls 3 und/oder des Rückstrahls 14 direkt ermittelt werden. In einer möglichen Ausführungsform erstellt die Auswerteinheit 15 eine räumliche Rekonstruktion der Abgaswolke 5. Diese Rekonstruktion kann beispielsweise auch abhängig von einer Laufvariable, wie der Zeit, sein. So kann beispielsweise eine zeitabhängige Ausdehnung For this purpose, a 2D projection of the exhaust gas cloud 5 in the plane of the partial beam 3 and/or the return beam 14 can be generated from the images and the passage distance x of the partial beam 3 and/or the return beam 14 can thus be determined directly. In one possible embodiment, the evaluation unit 15 creates a spatial reconstruction of the exhaust gas cloud 5. This reconstruction can also be dependent on a running variable, such as time, for example. For example, a time-dependent expansion

einer Abgaswolke 5 ermittelt werden. an exhaust gas cloud 5 can be determined.

In einer möglichen Ausführungsform erhält die Auswerteinheit 15 Daten über Außentemperatur und Luftfeuchte. Je nach Außentemperatur und Luftfeuchte kann es zu Unterschieden in der Auswertung und Rekonstruktion einer Abgaswolke 5 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 15 eine verlässliche Berechnung unabhängig von den Bedingungen der Durchtrittsstrecke x In one possible embodiment, the evaluation unit 15 receives data about the outside temperature and humidity. Depending on the outside temperature and humidity, there may be differences in the evaluation and reconstruction of an exhaust gas cloud 5. For example, temperature differences in summer between the environment and the exhaust cloud are less pronounced than in winter. This can lead to the passage distance x showing seasonal differences. In order to avoid this source of error, a correction factor for the calculation of the reconstruction depending on the outside temperature and air humidity can be provided. The evaluation unit 15 can thus carry out a reliable calculation independently of the conditions of the passage section x

durchführen. execute.

Die Auswerteinheit 15, üblicherweise ein Computer mit entsprechender Auswertesoftware, kann ebenfalls Daten zur Absorption A von zumindest einem Detektor 11 empfangen, und die Durchtrittsstrecke x, welche aus dem Teil eines Abbilds der Abgaswolke 5 rekonstruiert wurde, nutzen um die Konzentration c eines gasförmigen oder festen Stoffes laut LambertBeer’schen Gesetz zu errechnen. In einer möglichen Ausführungsform werden auch mehrere Daten zur Absorption A genutzt, um eine räumliche Verteilung der Konzentration c im The evaluation unit 15, usually a computer with the appropriate evaluation software, can also receive data on the absorption A from at least one detector 11, and use the passage distance x, which was reconstructed from part of an image of the exhaust gas cloud 5, to calculate the concentration c of a gaseous or solid substance according to Lambert-Beer's law. In one possible embodiment, multiple data on the absorption A are also used to calculate a spatial distribution of the concentration c im

Messvolumen 9 zu errechnen. To calculate measuring volume 9 .

Die Bildeinheit 29 kann in Form von mehreren Kameras 16 (wie in Fig.5 dargestellt) ausgeführt sein. Auch eine Ausführung der Bildeinheit 29 mit einer oder mehreren The imaging unit 29 can be implemented in the form of several cameras 16 (as shown in FIG. 5). Also an embodiment of the imaging unit 29 with one or more

Lidareinheiten, einer oder mehreren Radareinheiten oder Kombinationen derartiger Einheiten Lidar units, one or more radar units or combinations of such units

18/31” 18/31”

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

AV-4264 AT AV-4264AT

bzw. mit Kameras ist denkbar. Daneben kann es weitere Ausführungen einer Bildeinheit 29 or with cameras is conceivable. In addition, there can be other versions of an imaging unit 29

geben. give.

In einer Ausführung mit Kameras 16 sind diese an verschiedenen Orten installiert, um ein Messvolumen 9 aus verschiedenen Richtungen w, ß aufzunehmen. Die Kameras 16 können beispielsweise an einer Multiplexereinheit 2 und/oder einer Umlenkeinheit 13 angeordnet sein. Auch können die Kameras 16 auf einer separaten Vorrichtung installiert sein, oder bestehende Infrastruktur im Bereich der Messeinheit 1 wie Brücken, Häuser, Straßenlaternen oder ähnliches nutzen. Die Kameras 16 können bedarfsweise auch so angeordnet sein, dass sie beispielsweise mehrere Messvolumima 9 gleichzeitig erfassen In an embodiment with cameras 16, these are installed at different locations in order to record a measurement volume 9 from different directions w, ß. The cameras 16 can be arranged on a multiplexer unit 2 and/or a deflection unit 13, for example. The cameras 16 can also be installed on a separate device, or they can use existing infrastructure in the area of the measuring unit 1, such as bridges, houses, street lamps or the like. If necessary, the cameras 16 can also be arranged in such a way that they record, for example, several measurement volumes 9 simultaneously

können. So kann die Anzahl an Kameras 16 geringgehalten werden. be able. In this way, the number of cameras 16 can be kept low.

Die Kameras 16 können Abbildungen des Messvolumens 9 aufnehmen und damit auch eine im Messvolumen 9 vorhandene Abgaswolke 5 aufnehmen. Es ist aber auch möglich, dass die Kameras 16 zusätzlich Metadaten eines Fahrzeugs aufzeichnen, wie Größe, Typ oder auch das Kennzeichen. Bei Verwendung von Kameras 16 als Bildeinheit 29 kann beispielsweise Bildbearbeitungssoftware verwendet werden, um die Abgaswolke 5 oder The cameras 16 can record images of the measurement volume 9 and thus also record an exhaust gas cloud 5 present in the measurement volume 9 . However, it is also possible for the cameras 16 to additionally record metadata about a vehicle, such as its size, type or license plate number. When using cameras 16 as an image unit 29, for example, image processing software can be used to the exhaust cloud 5 or

einen Teil davon zu rekonstruieren. to reconstruct part of it.

Die Kameras 16 können beispielsweise Infrarotkameras sein, welche Wärmebilder der vorhandenen Abgaswolke im Messvolumen 9 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 vorkommen, dass sich verschiedene Abgaswolken 5 aus hintereinander oder nebeneinander befindlichen Emissionsquellen, wie Fahrzeugen, vermengen. Dann kann die Messung dementsprechend angepasst werden, beispielsweise The cameras 16 can be infrared cameras, for example, which record thermal images of the exhaust gas cloud present in the measurement volume 9 . In this way, the heat distribution in the exhaust gas cloud can also be recorded, which can have an influence on the substances or the absorption coefficient k. Due to the temperature differences, convection and diffusion phenomena can occur, which cause substances to be distributed over time. Individual concentrations c of substances can also depend on the temperature, since some reactions only take place at higher temperatures. It can happen that different exhaust gas clouds 5 from emission sources located one behind the other or next to one another, such as vehicles, mix. Then the measurement can be adjusted accordingly, e.g

durch eine Positionierung oder Ausrichtung einer Kamera 16. by positioning or aligning a camera 16.

Die Kameras 16 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-Übergange in Molekülen an und However, the cameras 16 can also work, for example, in the ultraviolet (UV) or visible (VIS) range, or in both ranges (UV/VIS cameras). UV or VIS is higher energy radiation than IR and excites electron transitions in molecules and

kann für die Messung vorteilhafter sein. can be more advantageous for the measurement.

In einer möglichen Ausführungsform sind die Kameras 16 teilweise oder vollständig als multiund hyperspektrale Kameras ausgeführt. Dabei werden statt der klassischen einfachen Aufnahme in einem einfachen Spektralbereich eine hohe Anzahl an Spektralbändern In one possible embodiment, the cameras 16 are designed partially or completely as multispectral and hyperspectral cameras. Instead of the classic simple recording in a simple spectral range, a large number of spectral bands are used

benutzt. Das kann vorteilhaft sein, um eine deutlich höhere Farbqualität und used. This can be advantageous in order to achieve significantly higher color quality and

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

AV-4264 AT AV-4264AT

Farbunterschiede zu erkennen, da jeder Pixel bereits ein vollständiges Farbspektrum enthält. See color differences as each pixel already contains a full spectrum of colors.

Eine solche Kamera 16 kann beispielsweise mit der Snapshot-Mosaiktechnik funktionieren. Such a camera 16 can function, for example, with the snapshot mosaic technique.

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 (CO2), Schwefeldioxid (SO2) und Methan (CHa) nachweisen. Das kann benutzt werden, um beispielsweise grobe Abschätzungen von Stoffen durchzuführen oder auch redundante Messungen zu der erfindungsgemäßen Messung zu A lidar unit is based on a laser, for example a YAG laser with a wavelength of 1064 nm or 532 nm, or similar designs that the person skilled in the art deems appropriate. IR lasers can also be used, although adequate shielding may be necessary to avoid eye damage. A lidar unit in the UV or NIR (near infrared) range can be used, for example, to measure gaseous or solid substances directly. Lidar is known to be able to detect, for example, carbon dioxide (CO2), sulfur dioxide (SO2) and methane (CHa) from atmospheric measurements. This can be used, for example, to carry out rough estimates of substances or to add redundant measurements to the measurement according to the invention

erhalten. receive.

Die zumindest eine Lidareinheit kann sich in zumindest einer Achse bewegen und Abbildungen der Umgebung und der vorhandenen Abgaswolken 5 aufzeichnen. Die zumindest eine Lidareinheit kann benutzt werden, um verschiedene Abgaswolken 5 in einem Messvolumen 9 abzubilden oder auch verschiedene Abgaswolken 5 in verschiedenen Messvolumen 9. Dazu scannt die Lidareinheit die Umgebung und abhängig von der Reflexionszeit des ausgesendeten Laserimpulses können Abbildungen der Umgebung The at least one lidar unit can move in at least one axis and record images of the environment and the existing exhaust gas clouds 5 . The at least one lidar unit can be used to image different exhaust gas clouds 5 in a measurement volume 9 or different exhaust gas clouds 5 in different measurement volumes 9. For this purpose, the lidar unit scans the environment and, depending on the reflection time of the emitted laser pulse, images of the environment can be generated

erzeugt werden. be generated.

Es ist als Bildeinheit 29 auch eine Kombination aus Lidareinheiten und Kameras 16 denkbar. Damit können beispielsweise gasförmige Stoffe über eine Lidareinheit gemessen werden, während feste Stoffe in der Abgaswolke 5 über die erfindungsgemäße Messeinheit 1 erfasst werden. So kann eine repräsentative Konzentrationsmessung von mehreren kritischen A combination of lidar units and cameras 16 is also conceivable as the image unit 29 . In this way, for example, gaseous substances can be measured via a lidar unit, while solid substances in the exhaust gas cloud 5 can be detected via the measuring unit 1 according to the invention. In this way, a representative concentration measurement of several critical

Stoffen der Abgaswolke 5 erfolgen. Substances of the exhaust cloud 5 take place.

Eine weitere Ausführungsform für einen Schutz einer Spiegelungseinheit 7 umfasst eine Schutzfolieneinheit 24, die in Fig. 6 dargestellt ist. Diese dient dazu, eine Schutzfolie 23 über einer Spiegelungseinheit 7 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.6 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 7 angeordnet werden. Es kann eine zweite Rolle 21 vorgesehen sein, auf der die verschmutzte Schutzfolie 23 aufgewickelt werden kann. Bei bestimmungsgemäßer Verwendung wird bedarfsweise A further embodiment for protecting a reflection unit 7 includes a protective film unit 24, which is shown in FIG. This serves to arrange a protective film 23 over a reflection unit 7 in order to protect it from dirt or damage (e.g. from scratches). The protective film 23 is of course designed to be sufficiently transparent. A dirty protective film 23 can be replaced with a clean protective film 23 if necessary. A possible embodiment of a protective film unit 24 according to FIG. 6 consists of a first roll 20 on which clean protective film 23 is wound. Clean protective film 23 can be unwound from this first roll 20 and arranged over a reflection unit 7 . A second roll 21 can be provided, onto which the soiled protective film 23 can be wound. When used as intended, as required

saubere Schutzfolie von der ersten Rolle 20 abgewickelt und gleichzeitig verschmutzte clean protective film unwound from the first roll 20 and dirty at the same time

15 15

AV-4264 AT AV-4264AT

Schutzfolie von der zweiten Rolle 21 aufgewickelt. Die Spiegelungseinheit 7 ist in dieser Ausführungsform unterhalb der Oberfläche 8 angeordnet. Die abgewickelte Schutzfolie 23 ist dabei über der Spiegelungseinheit 7 angeordnet, um die Spiegelungseinheit 7 vor Verschmutzung oder Beschädigung zu schützen. Aus Stabilitätsgründen kann zwischen der Spiegelungseinheit 7 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 7 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 11 erfassten Rückstrahls 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 7 einfach und bedarfsweise durch eine unverschmutzte ausgetauscht werden. Das kann vorteilhaft sein, wenn die Protective film wound up from the second roll 21. The reflection unit 7 is arranged below the surface 8 in this embodiment. The unwound protective film 23 is arranged over the reflection unit 7 in order to protect the reflection unit 7 from dirt or damage. For reasons of stability, a mechanical protection 22 can also be provided between the reflection unit 7 and the protective film 23, which, however, should enable sufficient optical transparency. One of the two rollers 20, 21 can be driven in order to cause the protective film 23 to move further over the reflection unit 7 as required. An automation unit which controls the drive of the driven roller 20, 21 can also be provided for this purpose. Advantageously, the rollers 20, 21 can be driven when the value falls below a limit value, for example a loss of light intensity of a return beam 14 detected by a detector 11. The automation unit can then automatically control the driven rollers 20, 21 in order to move the protective film 23 on. In this way, the soiled protective film 23 above the reflection unit 7 can be easily and if necessary replaced by an unpolluted one. This can be beneficial if the

Spiegelungseinheit 7 generell hoher Verschmutzung ausgesetzt ist. Reflection unit 7 is generally exposed to high pollution.

Claims (15)

Patentansprüchepatent claims 1. Messeinheit (1) zur Messung zumindest eines gasförmigen oder festen Stoffes in zumindest einem Messvolumen (9), dadurch gekennzeichnet, dass in der Messeinheit (1) eine Multiplexereinheit (2) und eine Lichtquelle (12) vorgesehen sind, wobei die Lichtquelle 5 (12) einen Primärlichtstrahl (4) erzeugt und an die Multiplexereinheit (2) sendet und die 1. Measuring unit (1) for measuring at least one gaseous or solid substance in at least one measuring volume (9), characterized in that a multiplexer unit (2) and a light source (12) are provided in the measuring unit (1), the light source being 5th (12) generates a primary light beam (4) and sends it to the multiplexer unit (2) and the Multiplexereinheit (2) aus dem Primärlichtstrahl (4) eine Mehrzahl an Teilstrahlen (3) erzeugt, dass die Multiplexereinheit (2) ausgebildet ist, die Teilstrahlen (3) jeweils über einen optischen Pfad (6) und eine Auskopplungseinheit (21) zu unterschiedlichen Stellen einer Spiegelungsebene (7.1) zumindest einer Spiegelungseinheit (7) abzustrahlen, wobei die Multiplexer unit (2) generates a plurality of partial beams (3) from the primary light beam (4) in that the multiplexer unit (2) is designed to direct the partial beams (3) to different locations via an optical path (6) and a decoupling unit (21). a reflection plane (7.1) to emit at least one reflection unit (7), wherein the 10 Auskoppelungseinheiten (21) beabstandet von der Spiegelungseinheit (7) angeordnet sind und das zumindest eine Messvolumen (9) zwischen den Auskoppelungseinheiten (21) und der Spiegelungseinheit (7) angeordnet ist, dass die zumindest eine Spiegelungseinheit (7) vorgesehen ist, die Teilstrahlen (3) nach deren Durchtritt durch das Messvolumen (9) als Rückstrahlen (14) in Richtung des Messvolumens (9) zu reflektieren, dass zumindest ein 10 decoupling units (21) are arranged at a distance from the reflection unit (7) and the at least one measuring volume (9) is arranged between the decoupling units (21) and the reflection unit (7), that the at least one reflection unit (7) is provided, the partial beams (3) to reflect after their passage through the measurement volume (9) as return rays (14) in the direction of the measurement volume (9), that at least one 15 Detektor (11) vorgesehen ist, der die Rückstrahlen (14) nach deren Durchtritt durch das Messvolumen (9) erfasst und dass der zumindest eine Detektor (11) vorgesehen ist, eine den zumindest einen gasförmigen oder festen Stoff charakterisierende Lichteigenschaft 15 detector (11) is provided, which detects the return rays (14) after they have passed through the measurement volume (9) and that the at least one detector (11) is provided, a light property characterizing the at least one gaseous or solid substance zumindest eines erfassten Rückstrahls (14) zu messen. to measure at least one detected return beam (14). 2. Messeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Teillichtintensität 2. Measuring unit according to claim 1, characterized in that a partial light intensity 20 (I) jedes Teilstrahls (3) gleich einer Primärlichtintensität (I„) des Primärlichtstrahls (4) ist oder eine Summe der Teillichtintensitäten (I+) jedes Teilstrahls (3) gleich einer Primärlichtintensität (Ip) des Primärlichtstrahls (4) ist. 20 (I) of each sub-beam (3) is equal to a primary light intensity (I„) of the primary light beam (4) or a sum of the sub-light intensities (I+) of each sub-beam (3) is equal to a primary light intensity (Ip) of the primary light beam (4). 3. Messeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Spiegelungseinheit (7) zumindest zwei Teilstrahlen (3) der Mehrzahl an Teilstrahlen (3) 3. Measuring unit according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one reflection unit (7) has at least two partial beams (3) of the plurality of partial beams (3) 25 als zumindest zwei Rückstrahlen (14) zu je einem Detektor (11) reflektiert. 25 reflected as at least two return beams (14) to a detector (11). 4. Messeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Spiegelungseinheit (7) jeden Teilstrahl (3) als Rückstrahl (14) zu je einem Detektor (11) reflektiert. 4. Measuring unit according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one reflection unit (7) reflects each partial beam (3) as a return beam (14) to a respective detector (11). 5. Messeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass 30 zumindest zwei abgestrahlte Teilstrahlen (3) der Mehrzahl an Teilstrahlen (3) unterschiedliche Richtungen aufweisen und die zumindest zwei Teilstrahlen (3) unterschiedlicher Richtung zu jeweils einer Spiegelungseinheit (7, 7°) mit einer Spiegelungsebene (7.1, 7.1‘) gerichtet sind, und die jeweilige Spiegelungseinheit (7, 7°) den jeweils einfallenden Teilstrahl (3) als Rückstrahl (14) zu dem zumindest eine Detektor (11) 35 reflektiert. 5. Measuring unit according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least two radiated partial beams (3) of the plurality of partial beams (3) have different directions and the at least two partial beams (3) of different directions each have a reflection unit (7, 7°) are directed with a reflection plane (7.1, 7.1'), and the respective reflection unit (7, 7°) reflects the respective incident partial beam (3) as a return beam (14) to the at least one detector (11) 35. -21-21 15 15 20 20 25 25 30 30 35 35 AV-4264 AT AV-4264AT 6. Messeinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Gruppen von Teilstrahlen (3) vorgesehen sind und die Teilstrahlen (3) einer ersten Gruppe das Messvolumen (9) in einer unterschiedlichen Richtung durchdringen als die Teilstrahlen (3) 6. Measuring unit according to claim 5, characterized in that two groups of partial beams (3) are provided and the partial beams (3) of a first group penetrate the measurement volume (9) in a different direction than the partial beams (3) einer zweiten Gruppe. a second group. 7. Messeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei optische Pfade (6) unterschiedliche optische Weglängen aufweisen und die über diese zumindest zwei optischen Pfade (6) laufenden Teilstrahlen (3) der Mehrzahl an Teilstrahlen (3) aufgrund der unterschiedlichen optischen Weglängen nach dem Durchstritt durch das Messvolumen (9), der Reflexion an der zumindest einen Spiegelungseinheit (7) und dem Durchtritt durch das Messvolumen (9) als Rückstrahlen (14) zeitlich versetzt (14) an 7. Measuring unit according to one of Claims 1 to 6, characterized in that at least two optical paths (6) have different optical path lengths and the partial beams (3) of the plurality of partial beams (3) running over these at least two optical paths (6) are based on of the different optical path lengths after passing through the measuring volume (9), the reflection at the at least one reflection unit (7) and passing through the measuring volume (9) as reflected rays (14) with a time offset (14). dem zumindest einen Detektor (11) ankommen. arrive at the at least one detector (11). 8. Messeinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass alle optischen Pfade 8. Measuring unit according to claim 7, characterized in that all optical paths (6) unterschiedliche optischen Weglängen aufweisen. (6) have different optical path lengths. 9. Messeinheit nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (1) ausgestaltet ist, zumindest einen Teilstrahl (3) in einem von einer Normalen auf die Spiegelungsebene der zumindest einen Spiegelungseinheit (7) 9. Measuring unit according to claim one of claims 1 to 8, characterized in that the measuring unit (1) is designed to project at least one partial beam (3) in one of a normal to the reflection plane of the at least one reflection unit (7) abweichenden Winkel abzustrahlen. radiate at different angles. 10. Messeinheit nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Multiplexereinheit (2) ausgebildet ist, eine Anzahl an Teilstrahlen (3) zu zumindest einer Umlenkeinheit (13) zu lenken, wobei die zumindest eine Umlenkeinheit (13) vorgesehen ist, die Anzahl an Teilstrahlen (3) in Richtung der zumindest einen Spiegelungseinheit (7) zu 10. Measuring unit according to Claims 1 to 9, characterized in that the multiplexer unit (2) is designed to direct a number of partial beams (3) to at least one deflection unit (13), the at least one deflection unit (13) being provided, the number of partial beams (3) increases in the direction of the at least one reflection unit (7). lenken und die Spiegelungseinheit (7) die Teilstrahlen (3) als Rückstrahlen (14) reflektiert. direct and the mirroring unit (7) reflects the partial beams (3) as return beams (14). 11. Messeinheit nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Multiplexereinheit (2) um eine Achse schwenkbar ausgeführt ist, wobei die Achse normal auf die Spiegelungsebene (7.1) der zumindest einen Spiegelungseinheit (7) oder normal auf eine 11. Measuring unit according to claims 1 to 10, characterized in that the multiplexer unit (2) is designed to be pivotable about an axis, the axis normal to the reflection plane (7.1) of the at least one reflection unit (7) or normal to a Oberfläche (8), an der die Messeinheit (1) angeordnet ist, verlaufend angeordnet ist. Surface (8) on which the measuring unit (1) is arranged, is arranged to run. 12. Messeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Messeinheit (1) eine Modulationseinheit (27) vorgesehen ist, um den Primärstrahl (4) und/oder zumindest zwei Teilstrahlen (3) und/oder zumindest zwei Rückstrahlen (14) in 12. Measuring unit according to one of Claims 1 to 11, characterized in that a modulation unit (27) is provided in the measuring unit (1) in order to modulate the primary beam (4) and/or at least two partial beams (3) and/or at least two return beams (14) in einzelne Lichtpakete aufzuteilen. split individual light packages. 13. Messeinheit nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Messeinheit (1) zumindest eine Bildeinheit (29) vorgesehen ist, um bei Vorhandensein einer Abgaswolke (5) im Messvolumen (9) zumindest einen Teil der Abgaswolke (5) aus unterschiedlichen Richtungen aufzunehmen, wobei eine Auswerteeinheit (15) vorhanden ist, 13. Measuring unit according to Claims 1 to 12, characterized in that at least one imaging unit (29) is provided in the measuring unit (1) in order to display at least part of the exhaust gas cloud (5) when an exhaust gas cloud (5) is present in the measuring volume (9). to be recorded from different directions, with an evaluation unit (15) being present, um die mit der Bildeinheit (29) aufgenommenen mehreren Abbildungen aus to select the multiple images recorded with the imaging unit (29). 23 1317 23 1317 15 15 20 20 AV-4264 AT AV-4264AT unterschiedlichen Richtungen zu einem Abbild des zumindest einen Teils der Abgaswolke (5) zu rekonstruieren und aus dem Abbild des zumindest einen Teils der Abgaswolke (5) eine Durchtrittsstrecke (x) zumindest eines Teilstrahls (3) der Mehrzahl an Teilstrahlen (3) und/oder des Rückstrahls (14) durch die Abgaswolke (5) im Messvolumen (9) zu bestimmen, wobei der zumindest eine Detektor (11), der den Rückstrahl (14) erfasst, eine Intensitätsabnahme des Rückstrahls (14) aufgrund des zumindest einen gasförmigen oder festen Stoffes erfasst und die Auswerteeinheit (15) vorgesehen ist, aus der Intensitätsabnahme und der ermittelten Durchtrittsstrecke (x) eine Konzentration (c) des different directions to an image of at least one part of the exhaust gas cloud (5) and to reconstruct a passage path (x) of at least one partial jet (3) of the plurality of partial jets (3) from the image of at least one part of the exhaust gas cloud (5) and/or of the return beam (14) through the exhaust gas cloud (5) in the measurement volume (9), the at least one detector (11) that detects the return beam (14) detecting a decrease in intensity of the return beam (14) due to the at least one gaseous or solid Substance detected and the evaluation unit (15) is provided, from the decrease in intensity and the determined passage distance (x) a concentration (c) of zumindest einen gasförmigen oder festen Stoffes im Messvolumen (9) zu ermitteln. to determine at least one gaseous or solid substance in the measuring volume (9). 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine 14. Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that a Schutzfolie (23) austauschbar über der Spiegelungseinheit (7) angeordnet ist. Protective film (23) is arranged interchangeably over the mirroring unit (7). 15. Verfahren zur Messung zumindest eines gasförmigen oder festen Stoffes in zumindest einem Messvolumen (9), wobei ein von einer Lichtquelle (12) erzeugter Primärlichtstrahl (4) in einer Multiplexereinheit (2) in eine Mehrzahl an Teilstrahlen (3) aufgeteilt wird, wobei die Teilstrahlen (3) über jeweils einen optischen Pfad (6) und eine Auskopplungseinheit (21) zu unterschiedlichen Stellen einer Spiegelungsebene (7.1) einer Spiegelungseinheit (7) abgestrahlt werden, und die Teilstrahlen (3) dabei das Messvolumen (9) durchdringen, welches zwischen den Auskoppelungseinheiten (21) und der Spiegelungseinheit (7) ausgebildet ist, wobei die Teilstrahlen (3) an der Spiegelungseinheit (7) als Rückstrahlen (14) reflektiert werden und die Rückstrahlen (14) dabei das Messvolumen (9) ein zweites Mal durchdringen und wobei die Rückstrahlen (14) mit zumindest einem Detektor (11) erfasst werden und mit dem zumindest einen Detektor (11) eine den gasförmigen oder festen Stoff charakterisierende Lichteigenschaft zumindest eines erfassten Rückstrahls (14) gemessen 15. Method for measuring at least one gaseous or solid substance in at least one measuring volume (9), wherein a primary light beam (4) generated by a light source (12) is divided into a plurality of partial beams (3) in a multiplexer unit (2), wherein the partial beams (3) are each radiated via an optical path (6) and a decoupling unit (21) to different points of a reflection plane (7.1) of a reflection unit (7), and the partial beams (3) thereby penetrate the measurement volume (9), which between the decoupling units (21) and the reflecting unit (7), the partial beams (3) being reflected at the reflecting unit (7) as return beams (14) and the return beams (14) penetrating the measurement volume (9) a second time and wherein the return rays (14) are detected with at least one detector (11) and with the at least one detector (11) a light characterizing the gaseous or solid substance property of at least one detected return beam (14) measured wird. will. 24 131° 24 131°
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