CN102486458A - 吸收测量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种能够灵活地在大测量范围之上使用，以测量在它的吸收行为中反映的、介质的至少一种性质，特别是诸如介质吸收系数(μ)的性质的吸收测量系统。该吸收测量系统包括：在测量操作中填充有介质的测量腔室(1)，其中能够被用作测量路径(M)并且具有不同长度(L)的可辐射光路完全地穿过介质延伸；在测量操作中穿过测量腔室(1)沿着测量路径(M)发射辐射的发射单元(3)；接收在测量路径(M)上穿过测量腔室(1)的辐射，并且测量其依赖于介质性质和测量路径长度(L)的辐射强度(I)的测量和接收单元(5)；以及基于测量辐射强度(I)和测量路径(M)的长度(L)来确定所述性质的测量电子设备(7)。

Description

吸收测量系统
技术领域
本发明涉及一种用于测量在介质的吸收行为中反映的、介质的至少一种性质，特别是诸如至少一个吸收系数的性质的吸收测量系统，该吸收测量系统包括在测量操作中填充有介质的测量腔室；在测量操作中通过测量腔室发射辐射的发射单元；和接收通过测量腔室的辐射并且对依赖于在介质中的吸收的辐射强度进行测量的测量和接收单元；以及基于测量辐射强度确定介质的性质的测量电子设备。 
背景技术
吸收测量系统当今被应用于大量的工业应用中，特别是在化学和生物化学工业中，以及在水或者废水处理中，以在线地以及为移除样本而测量吸收特性。在测量样本的情形中，测量腔室通常地具有能够利用介质的样本填充的试管；试管被插入测量布置中并且通过测量布置的、被相应地放置的窗口而受到照射。连同它一起地，还存在将介质抽吸到测量腔室中的吸收测量系统。在在线测量中，测量布置例如被实现为一种探针，该探针被送入介质中。这里，测量腔室由探针中的空腔形成；空腔被介质填充，并且通过被安装在空腔的相对侧上的窗口照射空腔。 
根据应用，在相应的单色或者多频发射单元的应用下，吸收测量是在不同的频率范围，具体地是在可视范围、紫外线范围、或者红外范围中执行的。 
关联于介质中的吸收的、对于从测量腔室出现的辐射强度的测量能够在预定频率范围上一体地进行，或者可以作为频率的函数经由频谱仪进行。 
使用吸收测量系统测量介质的吸收系数；例如，关联于预定频率范围的频率，或者作为在预定光谱范围上平均化的变量，对于预定频率确定吸收系数。 
能够使用相应的评价方法，基于这些吸收系数来确定在介质的吸收行为中反映的其它性质；这种性质包括例如被确定为在介质中包含的物质和/或这种物质的浓度，以及诸如例如浊度或者着色的性质。而且，也能够使用相应的评价方法推导介质的其它性质，诸如，例如总有机碳含量或者化学需氧量。 
在US 6,956,648 B23中描述了一种用于测量在介质的吸收行为中反映的介质性质的、被实现为频谱仪探针的吸收测量系统。该系统包括： 
-在测量操作中填充有介质的测量腔室， 
--在其中，具有相等长度的可辐射测量路径完全地穿过介质延伸； 
-在测量操作中穿过测量腔室沿着测量路径发射辐射的发射单元； 
-测量和接收单元， 
--所述测量和接收单元接收在测量路径上穿过测量腔室的辐射，并且测量依赖于介质性质的、它的穿过测量腔室的辐射强度；以及 
-基于测量辐射强度和测量路径的长度而确定性质的测量电子设备。 
与测量腔室邻接并且类似地在测量操作中填充有介质的基准腔室被另外地设置在这里描述的探针中；具有相等长度的基准路径平行于测量腔室中的测量路径而延伸穿过基准腔室；基准路径比测量路径更短。在这里通过相对于在基准路径上穿过基准腔室的辐射比较在测量路径上穿过测量腔室的辐射的光学光谱，而辨识测量布置的变化，所述变化诸如，例如吸收测量系统的发射系统或者光学发射系统的发射功率的时效相关变化。 
具有以上引用的类型的吸收测量系统基本上具有以下问题，即，测量范围和能够在测量范围中实现的测量准确度高度地依赖于测量路径的预定长度L。其原因在于，由发射单元发射的辐射强度I0在介质中的测量路径的预定长度L上与介质的吸收系数μ成指数关系地降低。对于在测量和接收单元上入射并且由测量和接收单元测量的辐射强度I，以下等式相应地适用： 
I＝I0e-μL
由此，测量范围和在测量范围中的可实现测量准确度被如下的准确度所固定，其通过发射辐射强度I0与测量辐射强度I的比率，除以对数测量路径的长度L而确定。 
由于受到当今的测量和记录单元的受限的动力学的影响，仅当测量效果，即，在发射辐射强度I0和测量辐射强度I之间的差异足够地大并且发射辐射强度I0和测量辐射强度I的绝对值处于能够以计量方式登记的数值范围中时，测量才是可能的。 
结果，较小的吸收系数μ的准确测量要求大的测量路径长度L，而较大的吸收系数μ的准确测量要求较小的测量路径长度L。 
这意味着由于测量路径的预定长度L，使用者仅仅能够在狭窄地受限的测量范围中操作吸收测量系统，并且朝着已经狭窄地受限的测量范围的边缘，能够实现的测量准确度会进一步降低。 
带有具有长度L的预定测量路径的吸收测量系统的使用领域以此方式受到限制。因此，同一个吸收测量系统在关于所要测量的吸收系数μ不同的应用中的灵活使用通常是不可能的。 
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种能够在大的测量范围之上灵活使用的吸收测量系统。 
为此，本发明提供一种吸收测量系统，用于测量在其的吸收行为中反映的、介质的至少一种性质，特别是诸如介质吸收系数的性质，包括 
-在测量操作中填充有介质的测量腔室； 
--在该测量腔室中，能够被用作测量路径并且具有不同长度的可辐射光路完全地穿过介质延伸； 
-在测量操作中穿过测量腔室的沿着测量路径发射辐射的发射单元； 
-测量和接收单元， 
--所述测量和接收单元接收在测量路径上穿过测量腔室的辐射，并且测量其依赖于介质性质和测量路径长度的辐射强度；以及 
-基于测量辐射强度和测量路径长度来确定性质的测量电子设备。 
在第一实施例中，测量腔室在被发射单元照射的平面中具有楔体形截面区域，在该区域中，对应于楔体形状的开口角度，沿着垂直于发射单元的主发射方向延伸的轴线，光路的长度连续地升高。 
在第二实施例中，测量腔室在被发射单元照射的平面中具有阶形截面区域，在该区域中，沿着垂直于发射单元的主发射方向延伸的轴线，光路的长度逐步地升高。 
在第三实施例中，测量腔室具有来自发射系统的辐射穿过其进入测量腔室中的进口表面；以及辐射穿过其从测量腔室泄露的出口表面，并且该进口表面和/或该出口表面是弯曲区域，特别地凸形或者凹形区域。 
在进一步的改进中，测量腔室，特别是其的进口或者出口表面，具有一定几何形状，该几何形状具有光学或者机械功能。 
在本发明的进一步的改进中， 
-测量路径是将在其中对吸收进行测量，依赖于测量范围的光路的预定选择；并且 
-测量和接收单元测量在测量路径上排他地穿过测量腔室的辐射的辐射强度，其中，该辐射强度依赖于在介质中的吸收和选定测量路径的长度。 
在进一步的改进的第一变型中 
-受限测量范围被预定；并且 
-从光路选择的测量路径是由于它们的长度而在这个受限测量范围中实现了测量的高准确度的那些光路。 
在进一步的改进的第二变型中，为了实现最大测量范围，全部的光路均被选择为测量路径，并且基于由测量和接收单元从全部测量路径中接收的所有的辐射强度来确定性质。 
在第二变型的进一步的改进中， 
-在吸收测量系统中存储了特性曲线，该特性曲线描述，对于测量腔室和由测量路径的长度预定的特性，碰撞在测量和接收单元上的辐射强度或者入射辐射强度与发射辐射强度的比率关于可测量吸收系数的非线性依赖性；并且 
-基于在测量操作中由测量和接收单元测量的入射辐射强度，并且基于特性曲线来确定在测量操作中位于测量腔室中的介质的吸收系数。 
在进一步的改进的第一实施例中 
-可控孔隙系统被插入测量腔室外侧的光路中；并且， 
-通过控制孔隙，延伸穿过打开孔隙或者打开孔隙中的每一个的测量路径集合是可选择的。 
在进一步的改进的第二实施例中，测量和接收单元具有被排列成行或者阵列的单独的探测器，特别是二极管或者CCD，并且经由这些探测器，参考探测器的位置，来进行入射辐射强度的分离的测量。 
在进一步的改进的第三实施例中，该测量和接收单元具有特别为玻璃纤维或者玻璃纤维束的形式的、在外部终结于出口表面上并且在出口表面上分布地布置的点形或者段形辐射接收器，所述接收器中的每一个均被连接到探测器，经由该探测器，参考相关联的辐射接收器的位置来进行入射辐射强度的测量。 
另外地，本发明包括一种用于监视根据第二或者第三实施例的测量系统的方法，其中 
-首先，在利用在测量腔室中的基准介质的基准测量中记录基准轮廓(profile)；基准轮廓反映利用单独探测器测量的辐射强度的空间分布； 
-定期地或者根据需要在随后的测量操作中记录其它强度轮廓，所述强度轮廓于是反映由单独探测器测量的当前所表现的辐射强度的每一个空间分布；并且 
-将在测量操作中记录的强度轮廓和基准轮廓进行比较，以监视在记录强度轮廓中具有过高或者过低吸收的区域是否发生。 
在进一步改进的第四实施例中，发射单元包括被排列成行或者阵列的多个发射器，特别是带有平行波束制导的发射器；发射器能够关联于测量路径选择而被单独地打开或者关闭。 
在另外的的、进一步的改进中， 
-能够从光路选择测量路径的单独的预定集合；并且 
-为所述集合中的至少一个提供在测量腔室外侧的光路中应用的选频滤波器。 
另外地，本发明包括一种用于操作根据首先指定的进一步的改进的吸收测量系统的方法，在该方法中 
-利用测量路径的选择执行第一测量，在此情形中，该测量系统具有最大测量范围；
-基于这个测量，建立第一测量的测量结果处于其中的较窄测量范围； 
-基于这个较小测量范围，作出在这个受限测量范围中的测量的最高准确度能够由此实现的、测量路径的重新选择；并且 
-对于受限测量范围，基于这个测量路径的选择来执行随后的测量。 
在后述方法的进一步的改进中，随后的测量的测量结果得到监视，并且一旦测量结果达到最后应用的每一个受限测量范围的边缘，或者离开最后应用的每一个受限测量范围，则测量路径的选择便被更新。 
本发明具有能够被极其灵活地应用的优点。 
利用本发明的测量系统，在一方面，通过在不同的光路长度上利用总光谱，现在能够在极大的测量范围中进行测量，并且在另一方面，通过在这个大的测量范围的单独的部分中选择由于它们的长度而适当的测量路径，能够实现高测量准确度。 
附图说明
现在将基于附图更加详细地解释本发明和其它优点，其中给出了实施例的四个实例。相同的元件在图中附有相等的参考标号。附图示出如下： 
图1示出具有楔体形测量腔室的、本发明的吸收测量系统； 
图2示出具有阶形测量腔室的、本发明的吸收测量系统； 
图3示出具有带有弯曲进口表面的测量腔室的、本发明的吸收测量系统； 
图4示出具有具有锥体形进口和出口表面的测量腔室的、本发明的吸收测量系统；以及
图5示出对于多个测量腔室几何形状，关联于吸收系数的、测量辐射强度与辐射的辐射强度的关系的以对数方式绘制的曲线。 
具体实施方式
图1示出用于测量在介质的吸收行为中反映的、介质的至少一种性质的本发明的吸收测量系统的实施例的第一实例。 
在这种情形中，作为介质的主要性质来测量吸收系数μ；关联于预定频率范围的频率或者作为在预定光谱范围上平均化的变量，对于预定频率，根据吸收测量系统的实施例来确定吸收系数μ。 
基于这些吸收系数μ，能够使用相应的评价方法来确定在介质的吸收行为中反映的介质的其它性质，诸如，例如在介质中包含的某些物质和/或这种物质的浓度，以及诸如例如浊度或者着色的性质。而且，还能够使用相应的评价方法推导其它性质，诸如，例如介质的总有机碳含量或者化学需氧量。 
所述测量系统被实施为一种测量探针，为了进行测量，所述测量探针被浸入在介质中，或者使得介质围绕其流动。 
该吸收测量系统包括：在测量操作中填充有介质的测量腔室1、发射单元3、测量和接收单元5，以及测量电子设备7。在测量操作中，发射单元3用于穿过填充有介质的测量腔室1发射辐射。为此，发射单元3包括例如辐射源9，例如，其包括一个或者多个光电二极管，其辐射直接地或者经由发射系统11，诸如，例如光导体和/或透镜系统而 被发送到面向发射单元3并且在这一侧上界定测量腔室的窗口13上，穿过测量腔室1的进口表面E并且进入测量腔室1中。穿过测量腔室1的辐射在测量腔室1的相对侧上穿过测量腔室1的出口表面O，进一步穿过在那里界定测量腔室1的窗口15，从而在于窗口15后面布置的测量和接收单元5上入射。测量和接收单元5接收并且测量入射辐射强度I，并且将这些入射辐射强度I发送到被连接于此的测量器件电子设备7；测量器件电子设备7使用相应的评价方法确定所要测量的介质的性质，并且提供显示和/或另外的处理。 
本发明还类似地完全地能够被应用于吸收测量系统中，该吸收测量系统并非将作为带有打开的测量腔室1的探针送入介质中，而是相反经由相应的抽吸系统将介质抽吸到测量腔室1中，或者其配备有包含介质样本的试管。在这种情形中，在吸收测量系统中应用的试管形成测量腔室1。 
根据本发明，具有不同长度的可辐射光路在测量操作中完全地延伸穿过测量腔室1中的介质。这能够通过以非常简单的变化方式来通过被测量腔室1中的发射单元3辐射的平面的截面区域的几何形状而实现。在图1中示意的实施例的实例中，测量腔室1为此具有楔体形截面区域，其中对应于楔体形状的开口角度α，沿着垂直于发射单元3的主发射方向Y延伸的轴线X，光路的长度L(x)连续地增加。 
可替代地，还能够应用阶形截面区域。图2为此示出一个实施例的实例，其中，来自测量腔室1的辐射经由其泄露的出口表面O’被以阶形方式实现。可替代地，辐射经由其进入测量腔室1中的、与出口表面O相对的进口表面E也自然地能够被以阶形方式实现，或者进口和出口表面E、O’这两者均能够被以阶形方式实现。 
因为测量腔室1的几何形状，或者进口和出口表面E、O’的几何形状能够在非常宽的范围内自由地选择，以实现具有不同长度的光路 S，所以还能够在这里使用实现另外的光学或者机械功能的几何形状。 
为此，例如，能够使用同时地实现光学功能的弯曲、优选地为凸形或者凹形进口和/或出口表面E、O。因此，例如，弯曲到图3所示测量腔室1中的进口表面Eopt具有与用于平行波束制导的透镜相当的作用。 
图4示出带有机械补充功能的测量腔室几何形状的一个实例。这里，进口表面Emech和出口表面Omech每一个均具有朝向测量腔室1的中心渐缩的几何形状。进口表面Emech和出口表面Omech能够例如为此被实现为峰顶形状或者锥体形状。这些形状形成支撑，并且加速可能地附于这些表面的液滴或者气泡的排泄。 
在由于测量腔室几何形状而可用的光路中，基本上为了测量吸收，依赖于将在其中测量吸收的测量范围，利用光路的预定选择作为用于在测量操作中进行测量的测量路径M。 
能够例如以覆盖尽可能大的测量范围为目标地作出选择。为此，所述选择包括具有截然不同的长度L的测量路径M。优选地，为此，全部可用光路均被选择并且被用作测量路径M。 
图5在这方面示出关联于介质吸收系数μ的、以对数方式绘制的、测量辐射强度I与发射辐射强度I0的数量比率。黑色曲线A用于对于全部测量路径均具有小的相同长度的测量腔室1；短划曲线B用于对于全部测量路径均具有大的相同长度的测量腔室1；深灰色曲线C用于其中具有不同长度的测量路径以楔体形截面几何形状来延伸的测量腔室；并且浅灰色曲线D用于带有仅仅具有单一台阶的阶形几何形状的测量腔室1，在其中，部分测量路径具有相同的短的长度，并且其余测量路径具有相同的长的长度。 
由于在每一种情形中全部测量路径的相等的、小的或者大的长度，而使得曲线A和B具有线形曲线；曲线A和B的斜率对应于相应的测量路径长度。基本上，发生在测量辐射强度I与发射辐射强度I0的强度比率I/I0的计量登记中的测量误差越大，则在发射辐射强度I0和由测量和接收单元5测量的辐射强度I之间的吸收相关差异会越小。测量误差因此在所示示意中首先从顶部到底部地降低，直至其然后由于所要测量的辐射强度I的绝对值一直降低而再次升高。特别地，这种新的升高的原因是因为在将利用下降辐射强度I来测量非常小的辐射强度I的情形中，能够由测量和接收单元5实现的分辨率一直在降低。以此方式，仅仅具有一个测量路径长度的测量腔室的测量范围在短测量路径长度(曲线A)的情形中被限制为大的吸收系数μ，并且在长测量路径长度(曲线B)的情形中被限制为小的吸收系数μ。 
与此相比，曲线C和D示出由于同时使用不同的测量路径长度而导致的由具体测量腔室几何形状预先确定的明显的非线性的曲线。在这种情形中，整体上，在低的吸收系数μ的情形中，具有更大长度的测量路径已经影响了在测量和接收单元5上入射的测量辐射强度I的、明显可测量的降低。这在具有较小吸收系数μ的区域中的曲线C和D的急剧下降中示出。随着增加吸收系数μ，由于一直降低的穿过测量路径的辐射强度，所以导致具有较大长度的测量路径的影响降低。即，随着增加吸收系数μ，在测量和接收单元上入射5的总辐射强度I的经由较长测量路径到达测量和接收单元5的辐射部分一直在降低。与此并行地，由于随着增加吸收系数μ而以可测量数量出现的、降低的辐射强度I而导致具有较小长度的测量路径的影响增加。 
对于每一个测量腔室1，产生测量辐射强度I，或者优选地是测量辐射强度I与发射辐射强度I0的对数比率对于可测量吸收系数μ的预定、特征、独特的非线性依赖性(这是由于测量路径的长度L而导致的)，这能够基于测量腔室的几何形状来计算，或者以试验方式测量。这个依赖性是在开始-之前在校准方法中确定的，并且例如在吸收测量 系统中被以特性曲线的形式存储。在随后的测量操作中，通过参考发射辐射强度I0和特性曲线，基于测量辐射强度I而由测量电子设备7现在可以确定相关联的吸收系数μ，并且在给定情形中，还有能够由此推导的其它介质性质。 
如果全部光路被选择并且被利用作为测量路径，则由于测量路径的不同长度而导致产生能够由吸收设备覆盖的最大可能测量范围。这个最大测量范围显然地大于能够由仅仅具有单一预定长度的测量路径的吸收测量系统实现的测量范围。 
因为通过使用基于特性曲线的这个最大测量范围，在任何情况下都能够进行测量结果的线性化，所以这里能够省略穿过测量腔室1的辐射的平行波束制导。 
可替代地，能够基于在最大测量范围内的、狭窄地受限的测量范围中实现较高测量准确度的目标来预定测量路径M的选择。当所要检查的介质的吸收系数μ所处的范围预先已知时，这总是可实现的。能够例如由使用者基于有关介质的数据来预定该范围。然而，可替代地，优选的是，完全自动地由吸收测量系统自身来进行确定。在此情形中，测量系统首先利用如上所述地由此实现最大测量范围的测量路径选择来执行测量。基于这些测量吸收系数μ，现在可以固定在这些吸收系数μ两侧周围的、显然较窄的测量范围。基于这个较窄的测量范围，现在作出在受限测量范围中由此能够实现最高测量准确度的测量路径的重新选择。优选地，随后测量的吸收系数μ受到监视，并且一旦吸收系数μ到达每一个在前受限测量范围的边缘或者离开这个测量范围，则测量路径选择被更新。 
为了在狭窄地受限的测量范围中利用选定测量路径M实现更高测量准确度，从可用的全部光路中选择由于它们的长度而最好地适合于这些受限测量范围的光路。在此，优选地，基于上述图5的曲线，以 及所应用的测量和记录单元5的测量准确度对于辐射辐射强度I0和相对于其的测量辐射强度I，以及它们的绝对值的特征依赖性而进行该选择。 
为此，最大测量范围能够预先被划分成测量范围部分，并且关于测量准确度的用于在独立的测量范围部分内的测量的测量路径的每一个最佳选择均被存储在吸收测量系统中的存储器中。 
因为以此操作方式的选择不再包括全部光路，所以吸收测量系统被以如此方式实现，使得发射单元3在全部测量路径上通过测量腔室1发射辐射，并且测量和接收单元5仅在选定测量路径M上测量穿过测量腔室1的辐射的辐射强度I。 
如在图1中概略示意地，这能够例如使用在测量腔室1之前插入在发射侧上的光路中的一种系统、优选地为电子可控孔隙17来进行。经由在测量电子设备7中整体地控制，例如，能够选择系统的单独的孔隙17；例如，能够为测量大的吸收系数μ选择测量路径M1，能够为测量中等吸收系数μ选择测量路径M2，并且能够为测量更小的吸收系数μ选择测量路径M3，或者能够并行地使用测量路径M1、M2和M3以覆盖最大测量范围。在这种情形中，每一条选定测量路径M穿过其延伸的那些孔隙17中的每一个均通过控制而被打开。 
可替代地，或者作为补充地，还能够自然地在测量腔室1和测量和接收单元5之间在接收侧上的光路中应用相应的孔隙。特别地，实施例的这种形式还能够结合频谱仪的测量和接收单元5而被应用于频率依赖强度测量。 
可替代地，还能够在相应地实现的测量和接收单元5中执行测量路径M的选择。 
例如，如在图1中所示，测量和接收单元5为此能够包括：被排列成行或者阵列的单独的探测器19；例如，在测量电子设备7中，单独的探测器19的测量结果经历关联于它们具体的分离的位置的进一步的处理。二极管行或者CCD芯片例如适合于此。 
被排列成行或者阵列的单独的探测器19的应用提供另外的优点，即，能够利用它们执行吸收测量系统的监视。为此，示出由单独的探测器19测量的强度的空间分布的基准强度轮廓被预先登记在利用测量腔室1中的基准介质的基准测量中。然后，定期地或者根据需要在随后的操作中登记其它强度轮廓；强度轮廓于是示出当前由单独的探测器19测量的强度的每一个空间分布。能够通过比较在测量操作中的记录强度轮廓与基准轮廓来识别在其中过高或者过低吸收发生的区域。以此方式，局部地影响在测量系统内的吸收行为的、测量系统的退化能够自动地由吸收测量系统辨识并且得到显示。其示例是在介质中的空气气泡，或者在其所发生的地方会对吸收产生增强或者降低的影响的、在进口表面E或者出口表面O上的污垢，诸如，例如沉积物。 
可替代地，测量路径选择能够经由在图2中概略地示出的点形或者段形辐射接收器21，诸如，例如在外部终结于出口表面O上并且在出口表面O之上分布的玻璃纤维或者玻璃纤维束，而在接收侧上发生；接收信号例如随后被馈送到相应的数目的探测器23，经由探测器23，分离的强度测量关联于位置而发生。例如，这里能够应用二极管、CCD，还有频谱仪来作为探测器23。在于图2中示意的实施例的实例中，四个独立的可选择的区域以此方式出现；在这些区域中，当在区域间行进时，测量路径M1、M2、M3、M4具有相等的长度增加。 
上述监视方法也能够类似地在这种变型中应用。 
例如，类似地在图2中示出的、测量路径M的选择的另一种可能的实现是提供在发射单元3中被排列成行或者阵列的、优选地带有平 行波束制导的多个发射器25；发射器25能够被单独地打开或者关闭。 
对于测量路径M，例如为了在受限测量范围中实现高测量准确度而选择的如图1所示测量路径M1、M2或者M3，由于测量腔室几何形状而具有不同的长度，吸收系数μ的确定优选地基于优选地专门地为每一条选定测量路径记录的特性曲线而类似地根据以上线性化来发生。 
另外地，能够为单独或者全部可选择测量路径M1、M2、M3、M4的集合提供选频滤波器F；在每一种情形中在发射侧和/或接收侧上的相关联光路中插入选频滤波器F。滤波器F能够在窗口13或者15的相关联片段中集成；例如；它能够直接地在分别的探测器19、23中的每一个之前布置；或者能够被插入在辐射源9或者辐射源25和测量腔室1中的进口表面E之间，或者在出口表面O和测量和接收单元5之间的光路的相应的区域中。因此用于在图2中示意的测量路径M1的滤波器F能够例如如在这里由滤波器F1示出地被布置在相关联的辐射源25和进口表面E之间；如在这里由滤波器F2示出地，直接地在出口表面O后面，或者如在这里由滤波器F3示出地，直接地在相关联探测器23之前。当应该确定其吸收系数μ具有明确的频率依赖性的介质的性质时，应用选频过滤器F是特别地有利的。优选地，为每一个可选择的测量路径M1、M2、M3的集合提供了滤波器F，其中，滤波器频率匹配于相应的组的测量路径M的长度或者平均长度，并且优选地匹配于所要测量的吸收系数μ的预期频率依赖性。 
参考字符列表 
1 测量腔室 
3 发射单元 
5 测量和接收单元 
7 测量电子设备 
9 辐射源 
11 发射系统 
13 窗口 
15 窗口 
17 孔隙 
19 探测器 
21 辐射接收器 
23 探测器 
25 发射器 。

Claims (17)

1.一种吸收测量系统，用于测量在介质吸收行为中反映的、介质的至少一种性质，特别是诸如介质吸收系数(μ)的性质，包括：
-在测量操作中填充有介质的测量腔室(1)；
--在所述测量腔室中，能够被用作测量路径(M)并且具有不同长度(L)的可辐射光路完全地穿过介质延伸；
-在测量操作中穿过测量腔室(1)沿着测量路径(M)发射辐射的发射单元(3)；
-测量和接收单元(5)，
--所述测量和接收单元接收在测量路径(M)上穿过测量腔室(1)的辐射并且测量其依赖于介质性质和测量路径长度(L)的辐射强度(I)；和
-基于测量辐射强度(I)和测量路径(M)的长度(L)来确定所述性质的测量电子设备(7)。
2.根据权利要求1的吸收测量系统，其中
所述测量腔室(1)在被所述发射单元(3)照射的平面中具有楔体形截面区域，在所述区域中，对应于所述楔体形状的开口角度(α)，沿着垂直于所述发射单元(3)的主发射方向延伸的轴线，光路的长度(L)连续地升高。
3.根据权利要求1的吸收测量系统，其中
所述测量腔室(1)在被所述发射单元照射的平面中具有阶形截面区域，在所述区域中，沿着垂直于所述发射单元(3)的主发射方向延伸的轴线，光路的长度(L)逐步地升高。
4.根据权利要求1的吸收测量系统，其中
所述测量腔室(1)具有来自所述发射系统(3)的辐射穿过其进入所述测量腔室(1)中的进口表面(E)，和，辐射穿过其从所述测量腔室(1)泄露的出口表面(O)，并且
所述进口表面(E)和/或所述出口表面(O)是弯曲区域、特别地为凸形或者凹形区域。
5.根据权利要求1的吸收测量系统，其中
所述测量腔室(1)，特别是它的进口或者出口表面(E，O)具有一定几何形状，所述几何形状具有光学或者机械功能。
6.根据权利要求1的吸收测量系统，其中
-所述测量路径(M)是依赖于在其中将对吸收进行测量的测量范围的光路的预定选择；并且
-所述测量和接收单元(5)测量在选定的所述测量路径(M)上排他地穿过测量腔室(1)的辐射的辐射强度(I)，其中，所述辐射强度依赖于在所述介质中的吸收和测量路径的长度(L)。
7.根据权利要求1或者6的吸收测量系统，其中
-受限测量范围被预定；并且
-从光路中选择的所述测量路径(M)是由于它们的长度(L)而在这个受限测量范围中实现了测量的高准确度的那些光路。
8.根据权利要求1的吸收测量系统，其中
-为了实现最大测量范围，全部的光路均被选择为测量路径(M)；并且
-基于通过所述测量和接收单元(5)进行的，来自全部测量路径(M)的全部辐射强度(I)来确定所述性质。
9.根据权利要求8的吸收测量系统，其中
-在吸收测量系统中存储了特性曲线，所述特性曲线描述，对于所述测量腔室(1)和由测量路径的长度(L)预定的特性，碰撞(impinging)在所述测量和接收单元(5)上的辐射强度(I)，或者碰撞辐射强度(I)与发射辐射强度(I0)的比率关于可测量吸收系数(μ)的非线性依赖性；并且
-基于由所述测量和接收单元(5)测量的入射辐射强度(I)，并且基于所述特性曲线来确定在测量操作中位于所述测量腔室(1)中的介质的吸收系数(μ)。
10.根据权利要求1、6或者7的吸收测量系统，其中
-可控孔隙(17)系统被插入测量腔室(1)外侧的光路中，并且，
-通过控制所述孔隙(17)，穿过打开孔隙(17)或者打开孔隙(17)中的每一个而延伸的测量路径(M1，M2，M3)集合是可选择的。
11.根据权利要求1、6或者7的吸收测量系统，其中
所述测量和接收单元(5)包括被排列成行或者阵列的、单独的探测器(19)，特别是二极管或者CCD，并且经由这些探测器，参考所述探测器(19)的位置，来进行对入射辐射强度(I)的分离的测量。
12.根据权利要求1、6或者7的吸收测量系统，其中
所述测量和接收单元(5)具有特别为玻璃纤维或者玻璃纤维束形式的、在外部终结于出口表面(O)上，并且在出口表面(O)上分布的点形或者段形辐射接收器(21)，所述接收器中的每一个均被连接到探测器(23)，经由所述探测器，参考相关联辐射接收器(21)的位置来进行对入射辐射强度(I)的测量。
13.一种用于监视根据权利要求11或者12的测量系统的方法，其中
-首先，在利用在所述测量腔室(1)中的基准介质的基准测量中记录基准强度轮廓；所述基准强度轮廓反映利用单独的探测器(19，23)测量的辐射强度(I)的空间分布；
-定期地或者根据需要在随后的测量操作中记录其它强度轮廓，所述强度轮廓于是反映由单独的探测器(19，23)的测量当前所表现的辐射强度(I)的每一个空间分布；并且
-对在测量操作中记录的强度轮廓和基准轮廓进行比较，以监视在记录的强度轮廓中具有过高或者过低吸收的区域是否发生。
14.根据权利要求1、6或者7的吸收测量系统，其中
所述发射单元(3)包括被排列成行或者阵列的多个发射器(25)，特别是带有平行波束制导的发射器；所述发射器(25)能够关联于测量路径(M)选择而被单独地打开或者关闭。
15.根据权利要求1、6或者7的吸收测量系统，其中
-单独的测量路径(M1，M2，M3，M4)预定组是可选择的；并且
-为所述集合中的至少一个提供在所述测量腔室(1)外部的光路中应用的选频滤波器(F)。
16.一种用于操作根据权利要求6所述的吸收测量系统的方法，其中
-利用测量路径(M)的选择来执行第一测量，在此情形中，所述测量系统具有最大测量范围；
-基于这个测量，建立所述第一测量的测量结果处于其中的较窄测量范围；
-基于这个较窄测量范围，作出在这个受限测量范围中的测量的最高准确度能够由此实现的、测量路径(M)的重新选择；并且
-对于所述受限测量范围，基于这个测量路径(M)的选择执行随后的测量。
17.根据权利要求16的方法，其中
随后的测量的测量结果得到监视，并且一旦所述测量结果达到最后应用的每一个受限测量范围的边缘，或者离开这个受限测量范围，则所述测量路径(M)的选择便被更新。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109073540A (zh) * 2016-02-26 2018-12-21 通用电气健康护理生物科学股份公司 用于测量溶液中的物质的吸光率的设备和方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2998966B1 (fr) * 2012-11-30 2015-06-26 Indatech Sonde pour mesures optiques en milieu turbide, et systeme de mesure optique mettant en œuvre cette sonde.
DE102013101523A1 (de) * 2013-02-15 2014-08-21 B. Braun Avitum Ag Fotometrische Messvorrichtung und Verfahren zum Messen einer optischen Absorbanz eines Fluids mit einer variablen Konzentration von mindestens einer Licht absorbierenden Substanz, sowie Blutbehandlungsvorrichtung mit einer derartigen Messvorrichtung
DE102016123650A1 (de) 2016-12-07 2018-06-07 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Verfahren zur Bestimmung einer mit einer Extinktion korrelierten Messgröße und entsprechende Sensoranordnung
DE102021210443B4 (de) * 2021-09-20 2023-07-27 Implen GmbH Tauchsonde mit variabler Pfadlänge

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3843269A (en) * 1972-11-27 1974-10-22 Zeiss Stiftung Process and apparatus for photometric determination of the extinction of a sample
DE8913786U1 (de) * 1988-12-17 1990-01-25 Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh, 7500 Karlsruhe Durchflußküvette geringer optischer Länge
US5602647A (en) * 1993-07-14 1997-02-11 Kyoto Daiichi Kagaku Co., Ltd. Apparatus and method for optically measuring concentrations of components
US20040017567A1 (en) * 1999-12-22 2004-01-29 Martin Loicht Miniaturised spectrometer
CN101042339A (zh) * 2006-03-21 2007-09-26 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 麻醉气体类型的区域分类识别装置和方法
CN101315328A (zh) * 2008-07-17 2008-12-03 西北工业大学 一种气体浓度测量装置和方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3680957A (en) * 1967-10-10 1972-08-01 Shimadzu Corp Automatic spectrophotometer
IT969233B (it) * 1972-01-26 1974-03-30 Meier J Procedimento per determinare la tra sparenza ai raggi e o la torbidita di un mezzo apparecchio per l atta zione di detto procedimento ed ap plicazione del detto procedimento
US3995960A (en) * 1975-07-25 1976-12-07 Nasa Method and apparatus for background signal reduction in opto-acoustic absorption measurement
US4519710A (en) * 1983-03-21 1985-05-28 Lockheed Missiles & Space Company, Inc. Colorimeter
US5268736A (en) * 1992-02-28 1993-12-07 Prather William S Light absorption cell combining variable path and length pump
EP0815432A1 (en) * 1995-03-21 1998-01-07 Sci-Tec Instruments Inc. Optical correlation gas analyzer
FI101749B1 (fi) * 1996-12-30 1998-08-14 Instrumentarium Oy Kaasukomponentin pitoisuuden tarkka mittaaminen kaasuseoksessa, jossa muut komponentit vaikuttavat pitoisuusmääritykseen
US6342948B1 (en) * 1998-11-20 2002-01-29 Waters Investments Limited Dual pathlength system for light absorbance detection
US7796261B2 (en) * 2004-12-02 2010-09-14 Foss Analytical A/S Spectrophotometer
US7570360B1 (en) 2007-02-01 2009-08-04 Bah Holdings, Llc Optical absorption spectrometer and method for measuring concentration of a substance
US7633629B2 (en) * 2007-02-05 2009-12-15 Palo Alto Research Center Incorporated Tuning optical cavities
US7796265B2 (en) * 2008-04-24 2010-09-14 Bah Holdings Llc Optical absorption gas analyser
US7781736B2 (en) * 2008-05-19 2010-08-24 Emcore Corporation Terahertz frequency domain spectrometer with controllable phase shift

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3843269A (en) * 1972-11-27 1974-10-22 Zeiss Stiftung Process and apparatus for photometric determination of the extinction of a sample
DE8913786U1 (de) * 1988-12-17 1990-01-25 Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh, 7500 Karlsruhe Durchflußküvette geringer optischer Länge
US5602647A (en) * 1993-07-14 1997-02-11 Kyoto Daiichi Kagaku Co., Ltd. Apparatus and method for optically measuring concentrations of components
US20040017567A1 (en) * 1999-12-22 2004-01-29 Martin Loicht Miniaturised spectrometer
US6956648B2 (en) * 1999-12-22 2005-10-18 Scan Messtechnik Gesellschaft Mbh Miniaturized spectrometer
CN101042339A (zh) * 2006-03-21 2007-09-26 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 麻醉气体类型的区域分类识别装置和方法
CN101315328A (zh) * 2008-07-17 2008-12-03 西北工业大学 一种气体浓度测量装置和方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109073540A (zh) * 2016-02-26 2018-12-21 通用电气健康护理生物科学股份公司 用于测量溶液中的物质的吸光率的设备和方法

Also Published As

Publication number Publication date
US8908184B2 (en) 2014-12-09
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US20120140228A1 (en) 2012-06-07
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DE102010062268A1 (de) 2012-06-06

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