CN110618111A

CN110618111A - 用于时间解析地测量测量信号的测量设备和方法

Info

Publication number: CN110618111A
Application number: CN201910530143.6A
Authority: CN
Inventors: J.特布吕格; J.费尔斯特; T.弗里奇
Original assignee: Krohne Messtechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Krohne Messtechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2018-06-19
Filing date: 2019-06-19
Publication date: 2019-12-27
Also published as: DE102018114697B4; EP3584566A1; US20190383661A1; DE102018114697A1; US11274963B2

Abstract

本发明描述并示出时间解析地测量测量信号并时间分离测量信号的至少一个第一分量的测量设备，其具有发出脉冲状激励信号的光源、至少一个接收测量信号的探测器、至少一个产生第一比较信号的第一变换单元和至少一个分析单元，其中探测器由测量信号产生探测器信号。测量设备的特征在于，第一比较信号与激励信号关联，存在至少一个第一逻辑功能，其中第一逻辑功能运行时至少将第一比较信号与依赖于探测器信号的信号相互连接，使得逻辑功能的输出提供测量信号或探测器信号的第一分量的强度的度量，其中测量信号的分量的强度通过在测量信号的待分离的分量的持续时间期间落到探测器上的光子的数量得出，并且第一逻辑功能的输出端与至少一个分析单元连接。

Description

用于时间解析地测量测量信号的测量设备和方法

技术领域

本发明从一种用于时间解析地测量测量信号并且用于时间上分离测量信号的至少一个第一分量的测量设备出发，该测量设备具有用于发出脉冲状激励信号的光源、至少一个用于接收测量信号的探测器、至少一个用于产生第一比较信号的第一变换单元和至少一个分析单元，其中探测器根据测量信号产生探测器信号。

用于激励待研究的样品的激励信号在本发明的范围内是电磁信号。例如，激励信号的波长可以处在可见光谱范围内或UV或IR范围内。特别优选地，将光源设计成激光器。

在运行测量设备时，通过激励信号与待研究样品的相互作用产生测量信号。

此外，本发明涉及一种用于利用测量设备来时间解析地测量测量信号并且时间上分离测量信号的至少一个第一分量的方法，其中测量设备具有用于发出脉冲状激励信号的光源，其中测量设备具有至少一个用于接收测量信号的探测器，其中探测器根据测量信号产生探测器信号，其中测量设备具有至少一个用于产生比较信号的变换单元并且其中测量设备具有至少一个分析单元。

根据本发明的测量设备特别是涉及拉曼或荧光光谱仪。

背景技术

为了光谱学地定性和定量确定复杂混合物中的物质浓度，拉曼光谱学特别是一种建立的技术。通常，特别是在生物学的介质（发酵、酿酒、牛奶）中或在存在色素（例如在软饮料中）的情况下，拉曼放射强烈地通过荧光放射叠加。

除了分析拉曼散射之外，也可以考虑将样品的荧光强度以及其时间变化过程用于定性和定量地分析例如混合物。

将荧光放射和拉曼放射彼此分开的技术是时间选通的拉曼光谱学。在这种情况下充分利用的是，在激励样品之后，拉曼放射几乎立即出现，而荧光放射时间错开地发出。通过不同的措施可以实现：测量信号可以仅在短的时间窗内落到探测器上或者探测器仅在短的时间窗期间被接通。该时间窗被设置成，使得主要探测拉曼信号并且抑制荧光信号。然而，探测器的这种接线在技术上是十分耗费的。

从印刷文献EP 2 761 276 B1已知一种具有分析电路的显微镜以及一种用于记录荧光事件的方法，其中该分析电路用于分析光电探测器的电信号，特别是用于记录荧光事件。分析电路包括与探测器连接的模数转换器（A/D转换器）。分析电路还包括移位寄存器，其中在不同时间点记录的光强度以借助模数转换器发出的数字值的形式彼此独立地存储在移位寄存器的等级中。延迟单元产生标记值，所述标记值在时间上分配给荧光事件并且同样被存储在移位寄存器中。通过将标记值与所记录的测量事件关联，最后可以在时间上区分拉曼和荧光事件。

从印刷文献US 2001/0015411 A1已知的是，为了时间上分离测量信号，通过变换单元来变换激励信号、具体地激光脉冲并且在时间上将其延迟以及借助该时间延迟的信号来接线布置在探测器之后的A/D转换器，使得A/D转换器仅仅数字化待分离的荧光信号。

此外，从文献GB 723240A和GB 1077501A已知的是，将时间上依次出现的事件的信号通过逻辑运算分离到不同通道中。

发明内容

本发明的目的是从之前描述的现有技术出发，说明一种用于时间解析地测量测量信号的测量设备，借助该测量设备可以特别简单地实现测量信号的至少一个分量的时间分离。此外，本发明的目的是说明一种相应的用于时间解析地测量测量信号的方法。

根据本发明的第一教导，上述目的通过开头所描述的测量设备以以下方式来实现，即将第一比较信号与激励信号相关联，存在至少一个第一逻辑功能，其中第一逻辑功能在运行时至少将第一比较信号与依赖于探测器信号的信号彼此连接，使得逻辑功能的输出提供测量信号或探测器信号的第一分量的强度的度量并且第一逻辑功能的输出端与至少一个分析单元连接，其中测量信号的分量的强度通过在测量信号的待分离的分量的持续时间期间落到探测器上的光子的数量得出。

根据本发明，探测器信号具有至少两个优选脉冲状的分量的序列。所述脉冲状的信号分量通过吸收光子在探测器中产生。例如，第一信号分量对应于拉曼信号并且第二信号分量对应于荧光信号。测量信号的待分离的第一分量根据一种设计方案从时间上来看也是第一信号分量。根据另一种设计方案，待分离的第一分量也可以在时间上在另一信号分量之后落到探测器上。

认识到，测量信号的至少一个分量可以特别简单地通过以下方式分离，即依赖于探测器信号的信号与另一信号（比较信号）同步并且通过取决于逻辑装置的逻辑功能来进行运算，使得逻辑功能的输出提供待分离的信号分量的强度的度量。通过该方式可以有利地避免探测器的耗费接线。

在本发明的范围内，测量信号的分量的强度通过在测量信号的待分离的分量的持续时间期间落到探测器上的光子的数量得出。因为在探测器中每个出现的光子产生脉冲状信号，所以基于逻辑功能的输出可以确定探测器信号的第一分量的脉冲状信号的数量以及就此而言在该持续时间期间落到探测器上的光子的数量。

根据本发明的测量设备特别适合于测量样品的拉曼活性。具体地，测量设备在运行时测量在限定时间窗内落到探测器上的拉曼光子的数量。限定的时间窗特别优选地覆盖以下时间范围，在该时间范围内，一个或多个拉曼光子以及时间上稍后放射的荧光光子不同时落到探测器上。在本发明的范围内，一个测量周期包括发出一些激励脉冲以及测量测量信号的第一分量的强度。如果在测量时间期间每个测量周期的所述强度、即光子的所测量的数量进行合计并且所测量的光子的和在多个测量时间上进行平均，则借助分析单元得出关于样品的拉曼活性的结论，其中该测量时间具有可预先给定数量的测量周期。

在确定测量时间时优选地从以下出发，即在一个或多个被考虑用于确定样品的拉曼活性的测量时间期间不改变样品的类型和/或特性。

在测量拉曼活性时，直接由样品发出的拉曼光子的数量尤其取决于脉冲状激励信号的能量。

根据一种优选的设计方案，激励信号或比较信号在运行时被设计成，使得在一个测量周期之内据估计测量到0或1的强度。根据该设计方案，在相关的时间窗内典型地最多一个光子落到探测器上。

根据下一设计方案，激励信号或比较信号在运行时被设计成，使得在一个测量周期之内据估计可以测量到大于1的强度。根据该设计方案，在相关的时间窗内典型地多于一个的光子可以落到探测器上。该设计方案具有以下优点，可以缩短测量时间并且提高测量精度。

根据一种设计方案，依赖于探测器信号的信号对应于探测器信号。在另一设计方案中，其由探测器信号导出，例如借助时间延迟元件和/或通过用于变换探测器信号、特别是用于时间上扩展或压缩探测器信号的装置来导出。

探测器优选地被设计成，使得其连续地探测并且转发测量信号。通过连续地记录测量信号，不仅可以将待分离的分量从探测器信号中滤出，此外还存在以下可能性：滤出并且分析测量信号或探测器信号的其余分量，以便从这些其余分量获得其他信息。替代地，探测器同样可以设计成，使得该探测器仅仅有时激活。

例如，探测器被设计成多像素光子计数器（MPPC）。根据下一设计方案，探测器被设计成光电倍增器、增强型电荷耦合器件（ICCD）或单光子雪崩二极管（SPAD）。

根据一种设计方案，第一比较信号和激励信号的相关性在于，该比较信号在运行时从激励信号导出。优选地，于是存在至少一个第二探测器，该第二探测器被设计并且布置成，使得第二探测器直接、即没有与待研究的样品的在先的相互作用地探测从光源发出的激励信号并且将其转发给变换单元。

根据另一设计方案，光源具有触发器，其中触发器借助触发信号来触发脉冲状的激励信号并且其中第一比较信号和激励信号的相关性在于，比较信号由触发信号导出。根据该设计方案，触发信号被转发给变换单元。

根据一种特别优选的设计方案，比较信号具有至少一个正的信号分量，该信号分量的幅度处于由逻辑功能解释为1的电压范围内。

根据一种特别优选的设计方案，变换单元具有至少一个优选地可编程的延迟单元，其中延迟单元被设计成，使得在运行时通过延迟单元将脉冲状的激励信号和/或触发信号与依赖于探测器信号的信号在时间上同步。对此，将激励信号和/或触发信号延迟了时间间隔△t。

在本申请的范围内，比较信号与依赖于探测器信号的信号的同步例如理解成，比较信号的正的部分与探测器信号的第一分量时间相同地施加在逻辑功能上。对此，通过延迟元件将脉冲状的激励信号和/或触发信号延迟时间间隔△t，其中该时间间隔△t对应于脉冲状的激励信号或触发信号与测量信号的第一分量之间的时间间隔。该时间间隔△t例如位于ps范围内。

此外，但是比较信号与依赖于探测器信号的信号的同步根据下一设计方案也指的是，在激励信号或触发信号与探测器信号的第一分量之间可以存在固定限定的时间间隔。

例如，比较信号的正的部分也可以与探测器信号的至少一个第二分量时间相同地施加在逻辑功能上。同步的该设计方案特别是取决于逻辑运算的类型。

如果变换单元具有可编程的延迟单元、例如可编程的延迟线路，则预先给定延迟时间△t。优选地，延迟时间△t根据该设计方案基于估计或基于之前确定的时间差。

根据下一设计方案，变换单元具有至少一个装置，该装置用于产生至少一个持续时间t₂的正的信号，该正的信号与激励信号或触发信号的时间间隔为t₁≥0。特别优选地，正的信号被设计成简单的矩形信号。同样可以考虑其他合适的信号形状。

通过具有持续时间t₂的至少一个正的信号产生用于分离探测器信号的第一分量的时间窗。

优选地，持续时间t₂基本上对应于探测器信号的第一分量的持续时间或探测器信号的第二分量的持续时间。

根据一种特别优选的设计方案，持续时间t₂基本上对应于脉冲状的激励信号的持续时间。由此，在测量样品的拉曼活性时可以保证，只要足够短地安排持续时间t₂，就只测量拉曼光子而不测量荧光光子。

如果正的信号以时间间隔t₁=0产生，则该过程对应于初始激励信号或初始触发信号的变形。如果正的信号以时间间隔t₁>0产生，则t₁优选地对应于激励信号或触发信号与探测器信号的第一信号分量之间的时间间隔。

根据另一设计方案，在变换单元中产生多个时间上依次的正的信号分量。各个信号分量在此可以具有相同的持续时间t₂，但是它们也可以具有不同的持续时间。如果正的信号分量的这个序列例如与待分离的第一信号分量时间相同地施加在逻辑功能上并且逻辑功能例如设计成“与运算”，则可以继续分析探测器信号的第一分量的强度时间变化过程。

根据另一优选的设计方案，变换单元具有至少一个用于时间上扩展和/或压缩激励信号或触发信号的装置。

根据下一设计方案，存在至少一个另外的变换单元，其中另外的变换单元与探测器的输出端连接，其中另外的变换单元优选地具有延迟单元，其中延迟单元将探测器信号与比较信号同步。对此，将探测器信号延迟时间间隔△t。

根据一种设计方案，延迟探测器信号，使得探测器信号的第一分量在时间上与下面跟随的激励信号或触发信号一致。

根据一种设计方案，存在两个延迟单元，其中延迟单元优选地设计成可编程的延迟单元。根据该设计方案，用于产生比较信号的变换单元具有延迟单元并且此外在探测器输出端与逻辑功能之间的另外的变换单元具有延迟单元。通常存在两个延迟单元可以特别准确地设定信号的同步。

根据另一设计方案，存在双通道延迟线路，其中将触发信号或激励信号传递到第一输入端并且其中将探测器信号传递给第二输入端。根据该设计方案，两个变换单元综合成一个装置。

根据另一设计方案，逻辑功能包括至少一个与运算、或运算、异或运算、与非运算、或非运算或异或非运算。

如果第一比较信号与依赖于探测器信号的信号借助与运算来连接，则比较信号优选地与测量信号的第一分量同步，使得比较信号的至少一个正的分量与探测器信号的第一分量时间相同地施加在逻辑与运算上。

根据下一设计方案，也可以在至少一个逻辑功能中实现至少两个相同的和/或不同的逻辑运算。

根据下一设计方案，为了确定特别是在激励信号或触发信号与探测器信号的第一分量之间的时间偏移量△t，存在时间数字转换器（TDC）。有利地，时间偏移量△t可以凭经验确定，由此可以避免带有不精确性的估计。

根据一种设计方案，TDC在运行时测量激励信号或触发信号与探测器信号的第二分量之间的时间偏移量。

根据下一设计方案，至少一个逻辑功能和/或至少一个变换单元在微控制器中实现。

此外有利的是，至少一个逻辑功能被设计成逻辑门。

根据另一设计方案，逻辑功能以乘法器实现。

根据测量设备的下一设计方案，分析单元包括至少一个计数器。根据下一设计方案，存在至少两个计数器。在运行时，计数器计算在相关时间段内落到探测器上的光子的数量，该相关时间段通过比较信号与依赖于探测器信号的信号的同步来限定。

优选地，分析单元被设计成，使得至少一个计数器合计在测量时间之内、即在依次的测量周期的过程中落到探测器上的光子的数量。特别优选地，分析单元此外被设计成，使得其为了确定样品的拉曼活性而执行关于在不同的依次的测量时间期间所测量到的拉曼光子数量的统计分析。

根据另一设计方案，分析单元被设计成，使得为了确定落到探测器上的光子的数量而分析脉冲状的探测器信号的其他参数。相应的参数特别是脉冲高度和/或脉冲面积和/或脉冲形状。根据该设计方案，逻辑功能优选地以乘法器实现，使得将脉冲状的探测器信号或探测器信号的待提取的部分传递到分析单元。

根据下一设计方案，存在至少一个另外的用于产生第二比较信号的变换单元，其中第二比较信号与激励信号相关联，其中存在至少一个第二逻辑功能，其中第二逻辑功能将第二比较信号与依赖于探测器信号的信号彼此连接，使得逻辑功能的输出提供测量信号的第二分量的强度的度量并且第二逻辑功能的输出端与至少一个分析单元连接。根据该设计方案，除了测量信号的第一分量之外同样可以分离测量信号的第二分量，由此提供关于待测量的样品的更多信息。

根据本发明的第二教导，开头引出的目的通过开头所描述的方法以以下方式实现，即第一比较信号与激励信号相关联，存在至少一个第一逻辑功能，其中第一逻辑功能将第一比较信号与依赖于探测器信号的信号彼此连接，并且第一逻辑功能的输出端与至少一个分析单元连接，其中该方法在一个测量周期中具有以下步骤：

通过光源发出脉冲状激励信号，

激励信号与样品相互作用，

通过探测器探测测量信号并且将其转换成探测器信号，

在变换单元中产生比较信号，

在逻辑功能中将比较信号与依赖于探测器信号的信号连接以用于分离测量信号的第一分量，以及

转发并且通过分析单元来分析逻辑功能的输出，其中所述分析包括确定在测量信号的待分离的分量的持续时间期间落到探测器上的光子的数量。

在此，逻辑功能的输出对应于测量信号的第一分量的强度的度量。

根据一种特别优选的设计方案，该方法包括多个在测量时间内经历的测量周期，其中分析单元合计每个测量周期内所测量的关于在测量时间期间落到探测器上的光子总数量的强度。

优选地，该方法为了确定拉曼活性还包括多个测量时间，其中根据一种设计方案由分析单元执行关于每个测量时间内所测量的总数量的统计分析，其中特别是确定每个测量时间内所测量的总数量的平均值。

特别优选地，根据本发明的方法具有之前描述的测量设备。关于方法的各个设计方案以及其优点参照测量设备的相应设计方案的描述。

附图说明

详细地，现在存在多种用于设计和扩展根据本发明的测量设备和根据本发明的方法的可能性。对此，不仅参考在独立专利权利要求后面的专利权利要求而且参考优选实施例结合附图的随后描述。在附图中：

图1示出根据本发明的测量设备的第一实施例，

图2示出根据本发明的测量设备的第二实施例，

图3示出根据本发明的测量设备的第三实施例，

图4示出根据本发明的测量设备的第四实施例，

图5示出根据本发明的测量设备的第五实施例，

图6以示意图示出激励信号、比较信号和不同探测器信号的时间变化过程，

图7示出比较信号和探测器信号的时间变化过程的第二示例，

图8示出比较信号和探测器信号的时间变化过程的第三示例，

图9示出比较信号和探测器信号的时间变化过程的第四示例，

图10示出根据本发明的测量设备的第六示例，

图11以示意图示出在图10中所示实施例的比较信号和探测器信号的时间变化过程，以及

图12示出根据本发明的方法的第一实施例。

具体实施方式

在图1中示出用于时间解析地测量测量信号3并且用于时间分离测量信号3的至少一个第一分量4的测量设备1，该测量设备具有用于发出脉冲状激励信号6的光源5、至少一个用于接收测量信号3的探测器9，其中光源5具有触发器7，该触发器借助触发信号8来触发脉冲状激励信号6，其中测量信号3通过与待证明样品10的相互作用而形成，其中探测器9时间连续地工作并且其中探测器9根据测量信号3产生探测器信号11。具体地，测量设备11被设计用于确定样品10的拉曼活性。

测量设备1还具有用于产生第一比较信号13的变换单元12a和分析单元14。第一比较信号13被设计成，使得其与激励信号6相关联。具体地，从触发信号8导出比较信号13。变换单元12被设计成，使得其在时间上延迟触发信号8并且此外变换触发信号8，使得该触发信号在持续时间t₂内被设计成正的信号。结果，设计比较信号13，使得比较信号13的正的分量与探测器信号11的待分离的第一分量4同步。此外，存在与门形式的逻辑功能15a，其中逻辑功能15a将比较信号13与探测器信号11相互连接。由于比较信号13的正的分量与探测器信号11的待分离的第一分量4同步，将以下信号转发到分析单元14，该信号提供探测器信号11的第一分量4的强度的度量。在所示实施例中，分析单元14具有计数器，该计数器合计测量信号的第一分量4的强度的度量、具体地在具有多个测量周期的测量时间期间落到探测器上的拉曼光子的数量。有利地，借助所示的测量设备可以特别简单地分离并且分析探测器信号11或测量信号3的第一分量4。具体地，因此可以仅仅确定拉曼光子的发出，其中可以避免与荧光光子的叠加。

在测量设备1的在图2中所示的实施例中，附加地存在第二变换单元12b，其与探测器9连接，其中第二变换单元12b同样具有延迟元件16，其中延迟元件16在时间上延迟探测器信号11，使得探测器信号与变换的触发信号8在时间上相关联。根据该实施方案，可以特别准确地设定比较信号13与由探测器信号11导出的信号18的时间同步。

在图3中所示的第三实施例中，逻辑功能15a和变换单元12a在微控制器20中实现。为了确定触发信号8和探测器信号11的第一部分4之间的时间偏移量，存在时间数字转换器（TDC）19。

在图4中所示的实施例中，触发信号8在第一变换单元12a中被变换成第一比较信号13，其中第一比较信号13与探测器信号11的第一分量4同步，使得被设计成与运算的第一逻辑功能15a将探测器信号11的第一信号分量4的强度的度量转发到分析单元14。

同时，触发信号8在第二变换单元12c中被变换成第二比较信号21，其中第二比较信号21与探测器信号11或测量信号3的第二分量22同步，使得在此同样被设计成与运算的第二逻辑功能15b将探测器信号11的第二信号分量22的强度的度量转发到分析单元14。根据该实施例，测量信号3或探测器信号11的多个信号分量可以以有利的方式彼此分离并且就此而言分开地被分析。

原则上，不同的逻辑功能15a、15b可以通过单独的晶体管电路实现，替代于此，这些功能同样可以如图5中所示通过集成电路23来实现。

在图6中示出激励信号6、比较信号13和六个依次的探测器信号11的信号变化过程，其中比较信号13被设计和调整成，使得比较信号13的正的分量与探测器信号11的待分离的第一分量4同步。在情况1、3和6下，分别探测到拉曼光子，在其余的探测器信号2、4和5中在所观察的时间段内没有探测到拉曼光子。在所示实施例中，比较信号13的持续时间t₂基本上对应于激励信号6的持续时间，由此可以确保，只要足够短地安排持续时间t₂，就仅仅探测到拉曼光子而探测不到荧光光子。

在图7中，比较信号13具有正的信号分量的序列，其中正的信号分量的序列总体上与探测器信号11的待分离的第一分量4同步。如果例如借助经由与门来连接所述信号来扫描探测器信号11并且在分析单元中分开地分析比较信号13的每个正的分量的所测量的光子的数量，则可以得出关于探测器信号的第一分量4的强度变化过程的结论。

在图8中所示的实施例中，激励信号6被设计成，使得直接发出多个拉曼光子，使得测量信号3的待分量的分量4具有多个拉曼光子，其中比较信号13的正的分量的持续时间t₂对应于待证明的拉曼光子的持续时间。

与此不同，比较信号13在图9中被设计成，使得在触发信号8后的时间间隔t₁之后实现持续时间t₂的正的信号，其中t₂基本上对应于探测器信号11的待分离的信号分量4的持续时间。

在图10中示出测量设备1的下一实施例，其中与之前描述的实施例不同，存在第二探测器9，其直接、即在没有与样品的在先的相互作用的情况下探测激励信号6并且将其转发到变换单元12a。就此而言，比较信号13根据该实施例由激励信号6导出而不是由触发信号8导出。

图11示出由激励信号6导出的比较信号13和探测器信号11的时间变化过程。根据所示实施例，通过变换单元12a在时间上延迟并且变换激励信号6，使得激励信号6与探测器信号11的第一分量4在时间上相关联。

在图12中示出根据本发明的方法2的第一实施例，其中根据图1设计测量设备1。根据本发明的方法2在每个测量周期中包括以下步骤：

- 通过光源5发出24脉冲状激励信号6，

- 激励信号6与样品10相互作用，

- 通过探测器9探测测量信号3并且将其转换25成探测器信号11，

- 在变换单元12中变换26并且推迟27触发信号8并且产生比较信号13，

- 在逻辑功能15a中将比较信号13与探测器信号11连接28以用于分离测量信号3的第一分量4，以及

- 转发并且通过分析单元14来分析29逻辑功能15a的输出，其中所述分析包括确定在测量信号3的待分离的分量的持续时间期间落到探测器9上的光子的数量。

在此，在该实施例中所示的步骤25至27基本上时间相同地发生。

根据所示实施例，该方法在测量时间期间经历具有步骤24至30的多个测量周期。在测量时间期间，分析单元将每个测量周期内所测量的光子的数量合计30成总数量。根据所示实施例，该方法包括多个测量时间。随后，分析单元基于例如包括在不同测量时间期间确定的总数量的平均值求取的统计分析来确定31样品的拉曼活性。

附图标记

1 测量设备

2 方法

3 测量信号

4 测量信号的第一分量

5 光源

6 激励信号

7 触发器

8 触发信号

9 探测器

10 样品

11 探测器信号

12a-c 变换单元

13 第一比较信号

14 分析单元

15a，b 逻辑功能

16 延迟元件

17 用于变换的装置

18 依赖于探测器信号的信号

19 TDC

20 微控制器

21 第二比较信号

22 探测器信号的第二分量

23 集成电路

24 激励信号的发出

25 探测并且转换测量信号

26 变换激励信号或触发信号

27 推迟激励信号或触发信号

28 将比较信号与依赖于探测器信号的信号连接

29 转发并且分析

30 合计

31 统计分析

Claims

1.用于时间解析地测量测量信号（3）并且用于时间分离测量信号（3）的至少一个第一分量（4）的测量设备（1），其具有用于发出脉冲状激励信号（6）的光源（5）、至少一个用于接收测量信号（3）的探测器（9）、至少一个用于产生第一比较信号（13）的第一变换单元（12a）和至少一个分析单元（14），其中所述探测器（9）根据所述测量信号（3）产生探测器信号（11），其特征在于，

所述第一比较信号（13）与所述激励信号（6）相关联，存在至少一个第一逻辑功能（15a），其中第一逻辑功能（15a）在运行时至少将所述第一比较信号（13）与依赖于所述探测器信号（11）的信号（11,18）相互连接，使得逻辑功能（15a）的输出提供所述测量信号（3）或所述探测器信号（11）的第一分量（4）的强度的度量，其中测量信号的分量的强度通过在测量信号的待分离的分量的持续时间期间落到所述探测器上的光子的数量得出，并且第一逻辑功能（15a）的输出端与所述至少一个分析单元（14）连接。

2.根据权利要求1所述的测量设备（1），其特征在于，所述第一比较信号（13）与所述激励信号（6）的相关性在于，所述第一比较信号（13）从所述激励信号（6）导出。

3.根据权利要求1或2所述的测量设备（1），其特征在于，所述光源（5）具有触发器（7），其中所述触发器（7）借助触发信号（8）来触发脉冲状激励信号（6）并且其中所述第一比较信号（13）与所述激励信号（6）的相关性在于，所述第一比较信号（13）从所述触发信号（8）导出。

4.根据权利要求1至3之一所述的测量设备（1），其特征在于，所述变换单元（12a）具有至少一个延迟单元（16），其中所述延迟单元（16）被设计成，使得在运行时通过所述延迟单元（16）将脉冲状激励信号（6）或触发信号（8）与依赖于所述探测器信号（11）的信号（11,18）在时间上同步。

5.根据权利要求1至4之一所述的测量设备（1），其特征在于，所述变换单元（12a）具有至少一个装置（17），该装置用于产生至少一个持续时间t₂的正的信号，所述正的信号与所述激励信号（6）或所述触发信号（8）的时间间隔为t₁≥0。

6.根据权利要求1至5之一所述的测量设备（1），其特征在于，所述变换单元（12a）具有至少一个用于时间上扩展和/或时间上压缩所述激励信号（6）或所述触发信号（8）的装置。

7.根据权利要求1至6之一所述的测量设备（1），其特征在于，至少一个另外的变换单元（12b）与所述探测器（9）的输出端连接，其中所述另外的变换单元（12b）优选地具有延迟单元（16），其中所述延迟单元（16）优选地将探测器信号（11）的第一分量（4）与所述激励信号（6）或所述触发信号（8）在时间上同步。

8.根据权利要求1至7之一所述的测量设备（1），其特征在于，所述逻辑功能（15a，15b）包括至少一个与运算、或运算、异或运算、与非运算、或非运算或异或非运算。

9.根据权利要求1至8之一所述的测量设备（1），其特征在于，为了确定特别是在所述激励信号（6）或所述触发信号（8）与探测器信号（11）的第一分量（4）之间的时间偏移量，存在时间数字转换器（TDC）（19）。

10.根据权利要求1至9之一所述的测量设备（1），其特征在于，至少一个所述逻辑功能（15a，15b）和/或至少一个所述变换单元（12a，12b，12c）在微控制器（20）中实现。

11.根据权利要求1至10之一所述的测量设备（1），其特征在于，至少一个所述逻辑功能（15a，15b）被设计成逻辑门。

12.根据权利要求1至11之一所述的测量设备（1），其特征在于，所述分析单元（14）包括至少一个计数器。

13.根据权利要求1至12之一所述的测量设备（1），其特征在于，存在至少一个另外的用于产生第二比较信号（21）的变换单元（12c），其中所述第二比较信号（21）与所述激励信号（6）相关联，其中存在至少一个第二逻辑功能（15b），其中所述第二逻辑功能（15b）将所述第二比较信号（21）与依赖于所述探测器信号的信号（11,18）彼此连接，使得逻辑功能（15b）的输出提供测量信号（3）的第二分量（22）的强度的度量，并且所述第二逻辑功能（15b）的输出端与至少所述分析单元（14）连接。

14.用于利用测量设备（1）时间解析地测量测量信号（3）并且时间分离测量信号（3）的至少一个第一分量（4）的方法，其中所述测量设备（1）具有用于发出脉冲状激励信号（6）的光源（5），其中所述测量设备（1）具有至少一个用于接收测量信号（3）的探测器（9），其中所述探测器（9）根据所述测量信号（3）产生探测器信号（11），其中所述测量设备（1）具有至少一个用于产生第一比较信号（13）的第一变换单元（12a），并且其中所述测量设备（1）具有至少一个分析单元（14），其特征在于，

所述第一比较信号（13）与所述激励信号（6）相关联，存在至少一个第一逻辑功能（15a），其中第一逻辑功能（15a）将所述第一比较信号（13）与依赖于所述探测器信号的信号（11,18）相互连接，并且第一逻辑功能（15a）的输出端与所述至少一个分析单元（14）连接，其中所述方法（2）在一个测量周期中具有以下步骤：

- 通过所述光源（5）发出（24）脉冲状激励信号（6），

- 所述激励信号（6）与样品（10）相互作用，

- 通过所述探测器（9）探测测量信号（3）并且将其转换（25）成探测器信号（11），

- 在所述变换单元（12a）中产生比较信号（13），

- 在逻辑功能（15a）中将所述比较信号（13）与依赖于探测器信号（11）的信号（11,18）连接（28）以用于分离所述测量信号（3）的第一分量（4），以及

- 转发并且通过所述分析单元（14）来分析（29）所述逻辑功能15a的输出，其中所述分析包括确定在所述测量信号的待分离的分量的持续时间期间落到所述探测器上的光子的数量。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法包括根据权利要求1至13之一所述的测量设备（1）。