DE10062724B4 - Methods and devices for determining the inherent optical parameters scattering coefficient, forward scattering coefficient, backward scattering coefficient and absorption coefficient of a suspension - Google Patents

Methods and devices for determining the inherent optical parameters scattering coefficient, forward scattering coefficient, backward scattering coefficient and absorption coefficient of a suspension Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Bestimmen des inhärenten optischen Parameters Rückstreukoeffizient einer Suspension, bei welchem
a) von einer ersten Strahlungsquelle (11) abgegebenes Licht auf ein Streuvolumen (31) im Brennpunktbereich eines Parabolspiegels (13) kollimiert und
b) von dem Streuvolumen (31) in den rückwärtigen Halbraum abgelenkt wird;
c) das abgelenkte Lichtbündel in ein paralleles Strahlenbündel umgeformt wird
d) das parallele Lichtbündel mittels einer verstellbaren Blendenanordnung (24, 25) auf Streuwinkel Ψ in einem Bereich von Ψmin bis annähernd 180° begrenzt wird, wobei Ψm in durch den Durchmesser der Alendenanordnung festgelegt wird und minimal 90° beträgt und
e) auf einem Empfangselement (22) fokussiert und dort erfaßt wird, und
f) daraus durch Differenzieren des Meßsignals nach Ψmin die Phasenfunktion für Rückwärtsstreuung abgeleitet wird.
Method for determining the inherent optical parameter backscatter coefficient of a suspension, in which
a) Collimated light emitted by a first radiation source (11) onto a scattering volume (31) in the focal point region of a parabolic mirror (13) and
b) is deflected from the scattering volume (31) into the rear half space;
c) the deflected light beam is transformed into a parallel beam
d) the parallel light beam is limited by means of an adjustable diaphragm arrangement (24, 25) to scattering angles Ψ in a range from Ψ min to approximately 180 °, wobei m in being determined by the diameter of the alend arrangement and being a minimum of 90 ° and
e) focused on a receiving element (22) and detected there, and
f) the phase function for backward scattering is derived therefrom by differentiating the measurement signal after Ψ min .

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Einrichtungen zum Bestimmen der inhärenten optischen Parameter Streukoeffizient, Vorwärtsstreukoeffizient, Rückwärtsstreukoeffizient und Absorptionskoeffizient einer Suspension.The invention relates to methods and means for determining the inherent optical parameters Scattering coefficient, forward scattering coefficient, Backscatter coefficient and absorption coefficient of a suspension.

Die Größen Absorption, Streuung, Rückstreuung, Vorwärsstreuung und Attenuation sowie deren jeweilige Koeffizienten werden als inhärente optische Parameter einer Suspension bezeichnet. Als Materialkonstanten hängen sie nur von den physikalischen Eigenschaften einer Flüssigkeit und ihrer Inhaltsstoffe ab; sie sind in der Gewässeroptik wichtige Monitoring-Größen zur Beurteilung der Wasserqualität. Aus den spektralen Charakteristika der Absorption kann auf die Art der Inhaltsstoffe und ihre Konzentrationen geschlossen werden, aus dem Spektralverlauf der Attenuation auf ihre Korngrößenverteilung. Der Trübungsgrad spiegelt sich im Streukoeffizient wider. Der Rückstreukoeffizient wird vor allem für die biooptische Modellierung in der Gewässerfernerkundung benötigt.The sizes absorption, scatter, backscatter, Vorwärsstreuung and attenuation and their respective coefficients are considered inherent optical Parameters of a suspension. They hang as material constants only from the physical properties of a liquid and their ingredients; they are important monitoring parameters in water optics Assessment of water quality. From the spectral characteristics of the absorption, Art the ingredients and their concentrations are excluded the spectral course of attenuation on its grain size distribution. The degree of turbidity is reflected in the scattering coefficient. The backscatter coefficient is before everything for biooptical modeling in remote water sensing is required.

In 1 sind die verschiedenen Prozesse beim Durchgang eines Lichtstrahls durch ein infinitesimales Volumen dV einer Suspension veranschaulicht. Üblicherweise wird von Streuung gesprochen, wenn in einem Medium Licht durch Moleküle oder suspendierte Partikel aus seiner ursprünglichen Richtung in eine andere umgelenkt wird. Die Winkelabhängigkeit der Streuung wird durch ihre Phasenfunktion β(Ψ) beschrieben:

Figure 00010001
In 1 the various processes in the passage of a light beam through an infinitesimal volume dV of a suspension are illustrated. Scattering is commonly referred to when light is deflected in one medium by molecules or suspended particles from its original direction into another. The angular dependence of the scatter is described by its phase function β (Ψ):
Figure 00010001

Hierbei ist mit dΦs(Ψ) der pro infinitesimaler Wegstrecke dr um einen Winkel Ψ in das Raumwinkelelement dΩ abgelenkte Anteil des einfallenden Strahlungsflusses Φi bezeichnet. Der Streukoeffizient b wird aus β(Ψ) durch Integration über alle Raumrichtungen gebildet:

Figure 00020001
Here dΦ s (Ψ) denotes the portion of the incident radiation flux Φ i deflected per infinitesimal distance dr by an angle Ψ into the solid angle element dΩ. The scattering coefficient b is formed from β (Ψ) by integration across all spatial directions:
Figure 00020001

Um den Rückstreukoeffizienten bb zu erhalten, wird das Integral nicht über die gesamte Kugeloberfläche 4π ausgeführt, sondern nur über den rückwärtigen Halbraum (Ψ > 90°):

Figure 00020002
In order to obtain the backscatter coefficient b b , the integral is not carried out over the entire spherical surface 4π, but only over the rear half space (Ψ> 90 °):
Figure 00020002

Als Absorption wird die Umwandlung von Licht in thermische Energie oder chemische Bindung bezeichnet. Der Absorptionskoeffizient a ist definiert als:

Figure 00020003
wobei dΦa der pro Wegstrecke dr absorbierte Strahlungsfluß ist.Absorption is the conversion of light into thermal energy or chemical bonding. The absorption coefficient a is defined as:
Figure 00020003
where dΦ a is the radiation flux absorbed per path dr.

Der Attenuationskoeffizient c eines Lichtstrahls ergibt sich aus der Summe von Absorptions- und Streukoeffizient a bzw. b: c = a + b (5) The attenuation coefficient c of a light beam results from the sum of the absorption and scattering coefficients a and b: c = a + b (5)

Eine quantitativ genaue Erfassung des Rückstreukoeffizienten bb ist jedoch nur durch Messen der Phasenfunktion β(Ψ) über das Winkelintervall 90° < Ψ < 180° möglich. Hierzu wird die zu untersuchende Suspension mit einem Parallelstrahl beleuchtet. Bei herkömmlichen Instrumenten wird der Empfänger auf einem Kreisbogen um das Probenvolumen bewegt.A quantitatively accurate determination of the backscatter coefficient b b is only possible by measuring the phase function β (Ψ) over the angular interval 90 ° <Ψ <180 °. For this purpose, the suspension to be examined is illuminated with a parallel beam. With conventional instruments, the receiver is moved on a circular arc around the sample volume.

In 2 ist eine bekannte Anordnung dargestellt, die zur Bestimmung des Rückstreukoeffizienten bb verwendet wurde. Bei diesen in situ Instrumenten wird die gesamte Meßeinrichtung einschließlich der Mechanik zum Verfahren des Empfängers getaucht; eine das Probenvolumen begrenzende Meßküvette entfällt. Der Aufbau von solchen tauchbaren Streulichtphotometern ist sehr aufwendig. Sender und Empfänger müssen in getrennten Gehäusen untergebracht und bewegliche Teile müssen gegen das Meßmedium abgedichtet werden.In 2 a known arrangement is shown, which was used to determine the backscatter coefficient b b . With these in situ instruments, the entire measuring device including the mechanics for moving the receiver is immersed; a measuring cell limiting the sample volume is omitted. The construction of such submersible scattered light photometers is very complex. The transmitter and receiver must be housed in separate housings and moving parts must be sealed against the measuring medium.

Aufgrund eines Scanmechanismus, bei dem der auf einem Arm befestigte Empfänger um das Streuvolumen gedreht wird, fallen die Geräteabmaße verhältnismäßig groß aus. Ferner ist das herkömmliche Meßverfahren empfindlich gegen eine Fehljustage der Sender- und Empfängerblickfelder relativ zueinander, was leicht durch Stöße und Erschütterungen beim Feldeinsatz hervorgerufen werden kann. Bislang wurden nur vereinzelte in situ Messungen der Phasenfunktion durchgeführt. Ein kommerzielles Meßgerät hierfür ist nicht erhältlich.Due to a scanning mechanism in which the receiver, which is attached to an arm, surrounds the Streuvo lumen is rotated, the device dimensions are relatively large. Furthermore, the conventional measuring method is sensitive to misalignment of the transmitter and receiver fields of view relative to one another, which can easily be caused by shocks and vibrations during use in the field. So far, only occasional in situ measurements of the phase function have been carried out. A commercial measuring device for this is not available.

Zur Vermeidung der komplizierter Gerätekonstruktion wird beispielsweise standardmäßig ein indirektes Meßverfahren angewendet, das auf einer näherungsweisen Proportionalität zwischen dem Rückstreukoeffizienten bb und der unter einem festen Streuwinkel gemessenen Phasenfunktion β(Ψ) beruht. Hierbei ergab sich die beste Korrelation für Ψ = 120°. Eine Regression ergab im Mittel: bb = 7,5 β(120°). Der Proportionalitätsfaktor variiert allerdings mit dem Gewässertyp und dessen Inhaltsstoffen.To avoid the complicated device design, an indirect measurement method is used as standard, for example, which is based on an approximate proportionality between the backscatter coefficient b b and the phase function β (Ψ) measured at a fixed scattering angle. The best correlation was found for Ψ = 120 °. A regression showed on average: b b = 7.5 β (120 °). However, the proportionality factor varies with the type of water and its ingredients.

Basierend auf dieser Meßvorschrift wurde eine kommerziell erhältliche Tauchsonde entwickelt. Um deren Bauweise zu vereinfachen, beträgt bei dieser Tauchsonde der Meßwinkel jedoch 140°, was vor allem in schwebstoffreichen Küsten- und Binnen gewässern zu einer fehlerhaften Bestimmung des Rückstreukoeffizienten bb führen kann. Die Größe der durch die indirekte Messung bei nicht optimalem Streuwinkel bedingten Abweichungen ist bislang nicht bekannt.A commercially available immersion probe was developed based on this measurement specification. In order to simplify their construction, the measuring angle of this submersible probe is 140 °, which can lead to an incorrect determination of the backscatter coefficient b b , especially in coastal and inland waters that are rich in suspended matter. The size of the deviations caused by the indirect measurement with a non-optimal scattering angle is not yet known.

Der Streukoeffizient b läßt sich, analog zum Rückstreukoeffizienten bb, am genauesten durch Messung der Phasenfunktion β(Ψ) und anschließender Integration nach G1. (2) bestimmen. Die herkömmliche Meßanordnung entspricht der in 2 dargestellten, wobei die Grenzen des Sollintervalles 0° < Ψ < 180° aus dem detektierbaren Streuwinkelbereich ausgeschlossen werden müssen. In rückwärtiger Richtung schattet bei zu großem Streuwinkel der Empfänger den einfallenden Strahl ab. Bei zu kleinem Streuwinkel detektiert der Empfänger direkt transmittiertes Licht, was zu einer gravierenden Verfälschung des Meßsignales führen würde.The scattering coefficient b can be, similar to the backscatter coefficient b b, on genauesten by measuring the phase function β (Ψ) and subsequent integration with respect to G1. (2) determine. The conventional measuring arrangement corresponds to that in 2 shown, the limits of the target interval 0 ° <Ψ <180 ° must be excluded from the detectable scattering angle range. If the scattering angle is too large, the receiver shades the incident beam in the backward direction. If the scattering angle is too small, the receiver detects directly transmitted light, which would lead to a serious falsification of the measurement signal.

Indirekt kann der Streukoeffizient b durch Korrelation mit einem in Vorwärtsrichtung gemessenen Wert der Phasenfunktion β(Ψ) festgelegt werden, wobei ein Meßwinkel Ψ < 15° vorteilhaft ist. Die Genauigkeit ist stark von den optischen Eigenschaften der Suspension abhängig und daher nicht allzu hoch.The scattering coefficient can be indirect b by correlation with a value of the measured in the forward direction Phase function β (Ψ) fixed be advantageous, a measuring angle Ψ <15 ° is. The accuracy is strongly dependent on the optical properties of the Suspension dependent and therefore not too high.

Weiterhin kann der Streukoeffizient b durch Messung des Attenuationskoeffizienten c und des Absorptionskoeffizienten a ermittelt werden. Der Streukoeffizient b ergibt sich nach G1. (5) aus der Differenz (c – a). Ein auf diesem Prinzip basierendes in situ Meßgerät ist bekannt. Das Ergebnis ist allerdings mit den Fehlern der beiden Meßgrößen (c und a) behaftet. Vor allem die Absorption ist schwierig zu bestimmen und weist in der Regel eine relativ große Ungenauigkeit auf.Furthermore, the scattering coefficient b by measuring the attenuation coefficient c and the absorption coefficient a can be determined. The scattering coefficient b results from G1. (5) from the difference (c - a). On In-situ measuring device based on this principle is known. The result is, however, affected by the errors of the two measured variables (c and a). In front absorption is difficult to determine and shows in the Usually a relatively large one Inaccuracy.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine genaue, zuverlässige Bestimmung der inhärenten optischen Parameter Rückstreukoeffizient, Vorwärtsstreukoeffizient, Streukoeffizient und Absorptionskoeffizient einer Suspension durchführen und robuste, kompakte und für in situ Einsatz geeignete Einrichtungen zum Bestimmen dieser Koeffizienten anzugeben.The object of the invention is a accurate, reliable Determination of the inherent optical parameters backscatter coefficient, Forward scattering coefficient, Carry out scattering coefficient and absorption coefficient of a suspension and robust, compact and for Suitable devices in situ for determining these coefficients specify.

Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe durch Verfahren zum Bestimmen der inhärenten optischen Parameter Rückstreukoeffizient, Vorwärtsstreukoeffizient, Streukoeffizient und Absorptionskoeffizient einer Suspension mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 4, 5, 6, bzw. 9 erreicht.According to the invention, this object is by methods for determining the inherent optical parameters Backscatter coefficient, Forward scattering coefficient, Scattering coefficient and absorption coefficient of a suspension with the features of the claims 1, 4, 5, 6 or 9 reached.

Ferner sind gemäß der Erfindung eine Einrichtung und Weiterbildungen dieser Einrichtung zur Durchführung der Verfahren nach den vorstehend angeführten Ansprüchen angegeben.Furthermore, according to the invention are a device and further developments of this facility for carrying out the Method according to the above claims.

Mit den erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Einrichtung sowie deren Weiterbildungen zur Durchführung der Verfahren kann die ,Phasenfunktion β(Ψ) in einem Bereich von 90° bis annähernd 180° bestimmt werden. Da bei den erfindungsgemäßen Einrichtungen und deren Weiterbildungen die wesentlichen beweglichen Teile, wie beispielsweise eine Irisblende und ein dieser zugeordneter Antrieb innerhalb eines Gehäuses des Empfangsteils angeordnet sind, läßt sich auf diese Weise ein robustes in situ Instrument für Routinemessungen herstellen, das rauhen Feldeinsätzen standhält. Die Steuerung des Meßablaufs und die Datenerfassung erfolgen beispielsweise mittels eines internen Mikrokontrollers oder eines externen Computers. Die Kenntnis der Phasenfunktion in rückwärtiger Richtung erlaubt die Anwendung eines auf analytischem Wege ableitbaren Algorithmus für einen Zusammenhang zwischen der für die Fernerkundung verwendeten Größe Reflexion und den Materialeigenschaften Streuung und Absorption der Inhaltsstoffe.With the method according to the invention and the device according to the invention as well as their further training to carry out the procedures , Phase function β (Ψ) in one Range from 90 ° to nearly 180 ° determined become. Since in the facilities of the invention and their developments the essential moving parts, such as for example an iris diaphragm and a drive assigned to it inside a housing of the receiving part are arranged in this way robust in situ instrument for Establish routine measurements that can withstand rough field operations. The control of the measuring process and the data is recorded, for example, using an internal one Microcontroller or an external computer. Knowing the Phase function in the reverse direction allows the use of an algorithm that can be derived analytically for one Connection between the for the remote sensing used size reflection and the material properties scattering and absorption of the ingredients.

Durch eine Vereinfachung der Meßeinrichtung sowie deren Weiterbilungen in der Weise, daß abgesehen von einem gegebenenfalls benötigten kippbaren Umlenkspiegel keine beweglichen Teile benötigt werden, ist eine exakte Bestimmung der vorstehend im einzelnen angegebenen Koeffizienten ermöglicht.By simplifying the measuring device as well as their further training in such a way that apart from one if necessary required tiltable deflecting mirror no moving parts are required an exact determination of the coefficients specified above in detail allows.

Die erfindungsgemäße Einrichtung und deren Weiterbildungen zeichnen sich auch dadurch aus, daß die Wegstrecken, die das Licht im Meßmedium zurücklegt, sehr kurz gehalten sind. Somit wirkt die Attenuation der Suspension weniger auf das Meßsignal zurück als bei herkömmlichen Streulichtphotometern. Falls die Strahlungsdämpfung durch die Suspension nicht vernachlässigbar ist, kann die Attenuation mit einem Transmissometer bestimmt und bei der Datenauswertung berücksichtigt werden.The device according to the invention and its further developments are also characterized by the fact that the distances that the Light in the medium travels, are kept very short. Thus the attenuation of the suspension works less on the measurement signal back than conventional ones Scattered light photometers. If the radiation is attenuated by the suspension not negligible the attenuation can be determined with a transmissometer and taken into account in the data evaluation become.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:The invention is explained in detail below with reference to the attached drawings. It shows gene:

1 schematisch verschiedene Prozesse beim Durchgang eines Lichtstrahls durch ein infinitesimales Volumen einer Suspension; 1 schematically different processes in the passage of a light beam through an infinitesimal volume of a suspension;

2 eine bekannte Anordnung zum Bestimmen des Rückstreukoeffizienten; 2 a known arrangement for determining the backscatter coefficient;

3 eine bevorzugte Ausführungsform einer Einrichtung zum Bestimmen der Phasenfunktion, und 3 a preferred embodiment of a device for determining the phase function, and

4 eine schematische Darstellung einer Anordnung eines Streulichtempfangs in einem Transmissiometer. 4 is a schematic representation of an arrangement of a scattered light reception in a transmissiometer.

In 3 ist schematisch eine bevorzugte Ausführungsform einer tauchbaren Einrichtung zum Bestimmen des Rückstreukoeffi zienten dargestellt, die einen in einem ersten Gehäuse 10 untergebrachten Sendeteil 1 und einen in einem zweiten Gehäuse 20 untergebrachten Empfangsteil 2 aufweist. Der Bereich zwischen den beiden Gehäusen 10 und 20 ist mit Flüssigkeit bzw. dem Meßmedium in Form einer zu bestimmenden Suspension gefüllt. Die beiden Gehäuse 10, 20 können beispielsweise mittels – in 3 nicht dargestellter – Verbindungselementen, wie Bolzen, die das Durchströmen des Meßmediums nicht behindern, fest miteinander verbunden sein. Als eine erste Strahlungsquelle 11 können beispielsweise Laser oder LEDs dienen. Weißlichtquellen, wie Halogenlampen, Gasentladungslampen, erlauben spektral aufgelöste Messungen. Zur Beleuchtung einer Suspension wird das von der Strahlungsquelle 11 abgegebene Licht mittels eines Kollimators 12 gebündelt, wobei die einfallende Lichtleistung stabilisiert sein oder gemessen werden muß.In 3 is a preferred embodiment of a submersible device for determining the backscatter coefficient is shown schematically, the one in a first housing 10 housed transmitter part 1 and one in a second housing 20 housed receiving part 2 having. The area between the two housings 10 and 20 is filled with liquid or the measuring medium in the form of a suspension to be determined. The two housings 10 . 20 can for example by means of - in 3 - Not shown - connecting elements, such as bolts that do not hinder the flow of the measuring medium, are firmly connected. As a first source of radiation 11 can be used for example lasers or LEDs. White light sources, such as halogen lamps, gas discharge lamps, allow spectrally resolved measurements. To illuminate a suspension, this is from the radiation source 11 emitted light by means of a collimator 12 bundled, the incident light output must be stabilized or measured.

Mittels eines im Gehäuse 10 ortsfest angeordneten Parabolspiegels 13 mit einer zentralen Durchtrittsöffnung wird das in einem Streuvolumen 31 unter Winkeln von 90° bis annähernd 180° abgelenkte Licht in Form von Parallelstrahlen 4 auf eine Sammellinse 21 im Gehäuse 20 abgebildet. Das Streuvolumen 31 befindet sich im Brennpunktbereich des Parabolspiegels 13. Die von der Strahlung im Meßmedium 3 zurückgelegte Wegstrecke ist somit unabhängig vom Streuwinkel.By means of one in the housing 10 fixed parabolic mirror 13 with a central passage opening, this becomes a scattering volume 31 light deflected at angles from 90 ° to approximately 180 ° in the form of parallel beams 4 on a converging lens 21 in the housing 20 displayed. The spreading volume 31 is in the focal point area of the parabolic mirror 13 , The radiation in the measuring medium 3 The distance traveled is therefore independent of the scattering angle.

Die Sammellinse 21 fokussiert die Strahlung auf einem Empfangselement 22, beispielsweise einer Photodiode oder auch einen handelsüblichen Miniaturspektrometer. Zum Verbessern der optischen Abbildung ist die Planseite der Sammellinse 21 zum Empfangselement (Detektor) 22 hin ausgerichtet. Hierbei ist die Sammellinse im Gehäuseinneren angeordnet und davor ist eine Glasplatte als Fenster anzubringen, was in 3 im einzelnen nicht dargestellt ist.The converging lens 21 focuses the radiation on a receiving element 22 , for example a photodiode or a commercially available miniature spectrometer. The flat side of the converging lens is used to improve the optical image 21 to the receiving element (detector) 22 aligned. Here, the converging lens is arranged inside the housing and in front of it a glass plate is to be attached as a window, which is in 3 is not shown in detail.

Strahlung, die das Streuvolumen 31 ohne Ablenkung durchläuft, wird mittels einer Lichtfalle absorbiert, welche, was in 3 nicht dargestellt ist, zentrisch auf der Sammellinse 21 angebracht ist. Sollte aus der Lichtfalle rückgestreute Strahlung das Meßsignal beeinflussen, kann die nicht gestreute Strahlung alternativ mit einem Ablenkspiegel 23 aus der Meßanordnung entfernt werden. Der Ablenkspiegel 23 kann kleiner ausgeführt sein als eine entsprechende Lichtfalle. Dadurch läßt sich ein größerer Streuwinkelbereich detektieren. Allerdings muß dann Streulicht, das in dem Bereich entsteht, in dem der Strahl parallel zur Linsenoberfläche verläuft, durch eine am besten auf die Linse aufgebrachte Blende abgeblockt werden; denn alles Streulicht aus diesem Bereich, das senkrecht auf die Sammellinse trifft, trägt zum Meßsignal bei.Radiation which is the scattering volume 31 passes through without distraction, is absorbed by a light trap, which is what in 3 is not shown, centered on the converging lens 21 is appropriate. If radiation scattered back from the light trap influences the measurement signal, the non-scattered radiation can alternatively be used with a deflection mirror 23 be removed from the measuring arrangement. The deflecting mirror 23 can be made smaller than a corresponding light trap. A larger scattering angle range can thereby be detected. However, scattered light that arises in the area in which the beam runs parallel to the lens surface must then be blocked by a diaphragm best applied to the lens; because all scattered light from this area, which strikes the converging lens perpendicularly, contributes to the measurement signal.

Zur Abblockung von Falschlicht, das auf den Detektor 22 treffen würde, können weitere Blenden oder optische Elemente in den Strahlengang eingesetzt werden. Der Einfluß von Tageslicht auf das Meßsignal wird dadurch ausgeschaltet, daß das bei abgeschaltetem Sendeteil 1 gemessene Licht von dem Meßsignal subtrahiert wird. Das Eindringen von Umgebungsstrahlung in den Bereich zwischen die beiden Gehäuse 10, 20 kann durch Blenden unterbunden werden.To block false light on the detector 22 would hit, further screens or optical elements can be inserted into the beam path. The influence of daylight on the measurement signal is switched off in that the transmitter part is switched off 1 measured light is subtracted from the measurement signal. The penetration of ambient radiation into the area between the two housings 10 . 20 can be prevented by blinds.

Durch Anordnen sämtlicher abbildender optischer Elemente auf der durch die Strahlungsquelle 11 im Sendeteil 1 und das Empfangselement 22 im Empfangsteil 2 festgelegten Achse ist es nun möglich, die Phasenfunktion β(Ψ) mittels einer durch einen Elektromotor 25 angetriebenen und dadurch verstellbaren Irisblende 24 zu messen, deren Mittelpunkt ebenfalls auf dieser Achse liegt. Die Irisblende 24 ist im Gehäuse 20 zwischen Sammellinse 21 und Detektorelement 22 angeordnet. Durch den Innendurchmesser des Blendenloches der Irisblende 24 wird der Öffnungswinkel des im Streuvolumen 3 nach rückwärts abgelenk ten Strahlbündels und damit die zum Empfangselement 22 durchgelassene Lichtleistung festgelegt.By arranging all of the imaging optical elements on that by the radiation source 11 in the broadcasting section 1 and the receiving element 22 in the receiving part 2 fixed axis, it is now possible to use the phase function β (Ψ) by means of an electric motor 25 driven and therefore adjustable iris diaphragm 24 to measure, whose center is also on this axis. The iris diaphragm 24 is in the housing 20 between converging lens 21 and detector element 22 arranged. Through the inner diameter of the aperture hole of the iris diaphragm 24 is the opening angle of the in the scattering volume 3 backwards deflected beam and thus to the receiving element 22 transmitted light output fixed.

Die Phasenfunktion β(Ψ) ergibt sich durch Differenzieren des Meßsignals nach dem durch die jeweilige Blendenstellung vorgegebenen, maximal detektierbaren Streuwinkel. Der Rückstreukoeffizient bb entspricht dem Meßsignal bei der Einstellung, bei der die Irisblende 24 Streuwinkel kleiner 90° abblockt. Da die Größe des Streuvolumens 3, aus welchem Licht vom Brennfleck des Parabolspiegels 13 auf den Empfangselement 22 gelangen kann, sich mit dem Streuwinkel Ψ ändert, ist eine Kalibration der Phasenfunktion β(Ψ) nötig. Dies kann auf zwei verschiedene Weisen durchgeführt werden.The phase function β (Ψ) results from differentiating the measurement signal according to the maximum detectable scattering angle specified by the respective aperture position. The backscatter coefficient b b corresponds to the measurement signal at the setting at which the iris diaphragm 24 Blocks scattering angle less than 90 °. Because the size of the litter volume 3 what light from the focal spot of the parabolic mirror 13 on the receiving element 22 can change with the scattering angle Ψ, a calibration of the phase function β (Ψ) is necessary. This can be done in two different ways.

Zum einen ist dies durch Vergleich der Meßsignale mit einem herkömmlichen Streulichtmeßgerät nach 2 möglich, wofür Kalibrierverfahren bekannt sind. Zum anderen kann eine Kalibration des Meßgerätes in bekannter Weise durch Verwendung einer fluoreszierenden Flüssigkeit anstelle der Suspension erreicht werden; die Phasenfunktion der Fluoreszenz ist aus der Theorie ableitbar. Der durch die Kalibrierung erhaltene Gewichtungsverlauf für die Phasenfunktion kann per Software eingerechnet werden. Zu beachten ist, daß die Größe des Streuvolumens so dimensioniert wird, daß größere Partikelfraktionen nicht unterrepräsentiert sind.On the one hand, this can be done by comparing the measurement signals with a conventional scattered light measuring device 2 possible, for which calibration methods are known. On the other hand, calibration of the measuring device can be achieved in a known manner by using a fluorescent liquid instead of the suspension; the phase function of the fluorescence can be derived from the theory. The weighting curve for the phase function obtained by the calibration can be included in the software. It should be noted that the size of the scattering volume is dimensioned such that larger particle fractions are not underrepresented.

Ist die Kalibrierfunktion für eine die Phasenfunktion erfassende Meßeinrichtung nach 3 bekannt, kann der Gewichtungsverlauf als Funktion des Streuwinkels auch mittels einer feststehenden Blende mechanisch nachgebildet werden; in einem solchen Fall ist die Irisblende 24 dann zum Bestimmen des Rückstreukoeffizienten nicht mehr notwendig. Statt dessen kann eine feststehende Blende in den Strahlengang eingebracht, beispielsweise auch auf die Planseite der Sammellinse 21 aufgebracht werden. Hierbei ist die Blende so zu dimensio nieren, daß jeder Streuwinkelbereich dΨ im Integral von G1. (3) automatisch richtig gewichtet wird.Is the calibration function for a measuring device that detects the phase function 3 known, the weighting curve as a function of the scattering angle can also be mechanically simulated by means of a fixed diaphragm; in such a case is the iris 24 then no longer necessary to determine the backscatter coefficient. Instead, a fixed diaphragm can be introduced into the beam path, for example also on the flat side of the converging lens 21 be applied. Here, the aperture must be dimensioned such that each scattering angle range dΨ in the integral of G1. (3) is automatically weighted correctly.

Der Rückstreukoeffizient bb wird somit mit einer einzigen Messung erhalten. Mittels des Parabolspiegels 13 wird die gestreute Strahlung aus fast dem kompletten rückwärtigen Halbraum erfaßt. Nur ein kleiner Bereich um Ψ = 180° kann aufgrund der Beeinträchtigung des Strahlenganges durch den Ablenkspiegel 23 bzw. eine Lichtfalle nicht erfaßt werden. Dieser Streuwinkelbereich trägt aber nach G1.(3) wegen seiner geringen Gewichtung mit sinΨ nur wenig zum Rückstreukoeffizienten bei. Der resultierende Fehler ist sehr klein und kann leicht durch Annahme eines plausiblen Verlaufes für die Phasenfunktion korrigiert werden.The backscatter coefficient b b is thus obtained with a single measurement. Using the parabolic mirror 13 the scattered radiation from almost the entire rear half-space is detected. Only a small area around Ψ = 180 ° can due to the impairment of the beam path by the deflecting mirror 23 or a light trap cannot be detected. According to Eq. (3), this scattering angle range only contributes little to the backscattering coefficient due to its low weighting with sinΨ. The resulting error is very small and can easily be corrected by assuming a plausible course for the phase function.

Mit der Einrichtung nach 3 kann somit eine wesentlich präzisere Messung des Rückstreukoeffizienten als mit der bisher üblichen indirekten Methode durchgeführt werden, bei der nur das Signal bei einem einzelnen Streuwinkel zur Extrapolation auf den Rückstreukoeffizienten bb verwendet wird. Auch ist das Meßergebnis nicht mehr von der Zusammensetzung der Inhaltsstoffe der Suspension abhängig.With the establishment after 3 a much more precise measurement of the backscatter coefficient can thus be carried out than with the indirect method which has been customary to date, in which only the signal at a single scattering angle is used for extrapolation to the backscatter coefficient b b . The measurement result is also no longer dependent on the composition of the ingredients in the suspension.

Wird der in 3 dargestellte Strahlengang des beleuchtenden Lichtbündels umgekehrt, kann mit der Einrichtung das Vorwärtsstreuverhalten (Ψ < 90°) der Suspension untersucht werden. Analog zu den vorstehend beschriebenen Methoden ist entweder die Phasenfunktion in Vorwärtsrichtung oder ohne verstellbare Irisblende nur der Vorwärtsstreukoeffizient bestimmbar.Will the in 3 the beam path of the illuminating light bundle reversed, the device can be used to investigate the forward scattering behavior (Ψ <90 °) of the suspension. Analogous to the methods described above, either the phase function in the forward direction or without an adjustable iris diaphragm, only the forward scattering coefficient can be determined.

Eine Umkehr des Strahlenverlaufs kann dadurch erreicht werden, daß die Strahlungsquelle beispielsweise an die Stelle verlagert wird, an welcher der einfallende Strahl aus dem Be reich zwischen den beiden Gehäusen 1 und 2 austritt. Dies ist in 3 durch eine gestrichelt wiedergegebenen (zweite) Strahlungsquelle 11' angedeutet, der eine ebenfalls gestrichelt wiedergegebene Kollimatorlinse 12' nachgeordnet ist. Mittels dieses Strahlengangs wird nunmehr das Streuvolumen 31 über den Ablenkspiegel 23 von der entgegengesetzten Seite beleuchtet; im Streuvolumen gestreutes Licht wird wiederum über den Parabolspiegel 13 und die Sammellinse 21 letztendlich auf den Detektor 22 abgebildet; nicht abgelenkte Strahlung tritt durch die zentrale Durchtrittsöffnung des Parabolspiegels 13. Um deren Durchmesser klein zu halten, kann der Strahl der Strahlungsquelle 11' auch auf die Bohrung fokussiert werden. An der Position der Strahlungsquelle 11 ist eine Lichtfalle anzubringen oder der Strahl ist ins Freie zu entlassen. In dem zuletzt erwähnten Fall kann das den Parabolspiegel 13 umgebende Gehäuse 10 entfallen.A reversal of the beam path can be achieved in that the radiation source is shifted, for example, to the point at which the incident beam from the loading area between the two housings 1 and 2 exit. This is in 3 by a (second) radiation source shown in dashed lines 11 ' indicated that the collimator lens is also shown in dashed lines 12 ' is subordinate. The scattering volume is now determined by means of this beam path 31 over the deflecting mirror 23 illuminated from the opposite side; Light scattered in the scattering volume is again via the parabolic mirror 13 and the converging lens 21 ultimately on the detector 22 displayed; Undeflected radiation passes through the central opening of the parabolic mirror 13 , To keep their diameter small, the beam from the radiation source 11 ' also be focused on the hole. At the position of the radiation source 11 a light trap must be installed or the beam must be released outdoors. In the latter case, the parabolic mirror can 13 surrounding housing 10 omitted.

Durch eine Abänderung der Einrichtung zum Bestimmen des Rückstreukoeffizienten kann somit auch der Vorwärtsstreukoeffizient und/oder die Phasenfunktion in Vorwärtsrichtung bestimmt werden, ohne daß zusätzliche bewegliche Teile benötigt werden.By changing the facility to Determine the backscatter coefficient the forward scattering coefficient can also and / or the phase function is determined in the forward direction, without additional moving parts needed become.

Vorstehend sind Meßeinrichtungen zur Bestimmung des Rückstreukoeffizienten bb und Varianten zur Ermittlung der Vorwärtsstreuung beschrieben. Aus deren Kombination lassen sich der Streukoeffizient und dessen Phasenfunktion messen. Dies kann beispielsweise durch zwei getrennte Geräte für Vor- und Rückwärtsstreuung geschehen oder auch durch Integration von zwei Strahlungsquellen, beispielsweise durch die Strahlungsquellen 11 und 11' in 3 in ein Gerät. Die Strahlungsquellen 11 und 11' sind so anzuordnen, wie in Verbindung mit der Meßeinrichtung der 3 und deren Abwandlung beschrieben ist.Measuring devices for determining the backscatter coefficient b b and variants for determining the forward scatter are described above. The scattering coefficient and its phase function can be measured from their combination. This can be done, for example, by means of two separate devices for forward and backward scattering, or also by integrating two radiation sources, for example by means of the radiation sources 11 and 11 ' in 3 into one device. The radiation sources 11 and 11 ' are to be arranged as in connection with the measuring device 3 and the modification of which is described.

Ein wesentlich einfacherer Aufbau läßt sich durch eine andersartige Erweiterung der in 3 dargestellten Meßeinrichtung erreichen. Um die Phasenfunktion auch in Vorwärtsrichtung (Ψ < 90°) bestimmen zu können, wird der Ablenkspiegel 23 in 3 mit Hilfe einer Verstelleinheit so gekippt, daß der durch die Durchtrittsöffnung des Parabolspiegels 13 austretende Strahl nach Durchquerung des Streuvolumens 31 in sich reflektiert wird. Die Partikel im Streuvolumen 31 werden somit quasi gleich stark von vorne und von hinten beleuchtet. Der Parabolspiegel 13 sammelt dadurch zusätzlich zur rückwärtigen Streustrahlung auch den vorwärts gestreuten Anteil des zurückgeworfenen Strahls.A much simpler structure can be achieved by expanding the in 3 reach the measuring device shown. In order to be able to determine the phase function also in the forward direction (Ψ <90 °), the deflection mirror is used 23 in 3 tilted with the help of an adjustment unit so that the through the opening of the parabolic mirror 13 emerging beam after crossing the scattering volume 31 is reflected in itself. The particles in the scattering volume 31 are lit from the front and from behind, so to speak. The parabolic mirror 13 In addition to the back scattered radiation, this also collects the forward scattered portion of the reflected beam.

Bei der vorstehend beschriebenen Stellung des Ablenkspiegels 23 senkrecht zum einfallenden Strahl wird beim Durchfahren der verstellbaren Irisblende 24 nach der Differenzierung des Meßsignal die Summe der Phasenfunktionen aus vorderem und hinterem Halbraum β(Ψ) + β(180° – Ψ) detektiert. Wird β(Ψ) für den Rückwärtsbereich mit unter 45° schräg gestelltem Ablenkspiegel 23 getrennt gemessen, läßt sich die Phasenfunktion über annähernd den kompletten Streuwinkelbereich 0° < Ψ < 180° bestimmen.In the position of the deflecting mirror described above 23 becomes perpendicular to the incident beam when moving through the adjustable iris diaphragm 24 after differentiating the measurement signal, the sum of the phase functions from the front and rear half-space β (Ψ) + β (180 ° - Ψ) is detected. Becomes β (Ψ) for the rear area with the deflection mirror inclined at 45 ° 23 Measured separately, the phase function can be determined over almost the entire scattering angle range 0 ° <Ψ <180 °.

An den Intervallgrenzen kann die Phasenfunktion nicht erfaßt werden. Es gelten die gleichen Argumente wie beim herkömmlichen Meßverfahren. Allerdings ist der mechanische Aufbau der Meßeinrichtung im Vergleich dazu wiederum wesentlich kompakter und robuster. Die Kalibration des Instrumentes erfolgt analog zu derjenigen der Phasenfunktions-Meßeinrichtung für Rückstreuung.At the interval limits, the Phase function not recorded become. The same arguments apply as for the conventional one Measurement methods. However, the mechanical structure of the measuring device is compared to this again much more compact and robust. The calibration of the Instruments are analogous to those of the phase function measuring device for backscattering.

Soll nur der Streukoeffizient b und nicht die Phasenfunktion β(Ψ) ermittelt werden, können die Irisblende 24 und die Verstellmöglichkeit für den Ablenkspiegel 23 entfallen. Letzte rer wird senkrecht zur optischen Achse montiert, so daß der beleuchtende Strahl in sich reflektiert wird. Die Kalibration wird wie bei der Einrichtung zur Bestimmung des Rückstreukoeffizienten mittels einer mechanischen Blende erreicht. Während bei jener die Blende für jeden Streuwinkel die richtige Gewichtung der Phasenfunktion ermöglicht, wird hier mittels der Blende die Gewichtung für die Summe β(Ψ) + β(180° – Ψ) der beiden komplementären Streuwinkel festgelegt.If only the scattering coefficient b and not the phase function β (Ψ) is to be determined, the iris diaphragm can be used 24 and the adjustment option for the deflection mirror 23 omitted. The latter is mounted perpendicular to the optical axis so that the illuminating beam is reflected in itself. As with the device for determining the backscatter coefficient, the calibration is achieved by means of a mechanical diaphragm. While each If the aperture enables the correct weighting of the phase function for each scattering angle, the aperture is used to determine the weighting for the sum β (Ψ) + β (180 ° - Ψ) of the two complementary scattering angles.

Hierdurch ergeben sich keine Schwierigkeiten. Die Vorwärtsstreuung dominiert die Rückwärtsstreuung; somit kann die Blende 24 an die Vorwärtsrichtung angepaßt werden. Bei Beleuchtung der Partikel von der einen Seite ist die gleiche Blendenform und -größe wie bei der Beleuchtung von der anderen Seite zu verwenden, da das Streuvolumen 31, von dem aus Licht vom Brennpunktbereich des Parabolspiegels 3 auf den Detektor 22 treffen kann und welches somit die Gewichtungsfunktion festlegt, für beide Strahlrichtungen prinzipiell gleich groß ist.This creates no difficulties. Forward scatter dominates backward scatter; thus the aperture 24 be adapted to the forward direction. When illuminating the particles from one side, the same aperture shape and size should be used as when illuminating from the other side, since the scattering volume 31 , from which light from the focal point area of the parabolic mirror 3 on the detector 22 can hit and which thus defines the weighting function, is basically the same size for both beam directions.

Die Messung der Absorption in trüben Medien ist beim Stand der Technik wenig zufriedenstellend gelöst. Das grundsätzliche Problem liegt darin, daß das Meßsignal durch Streuung im Absorptions- bzw. Meßvolumen beeinflußt wird. Das Streulicht kann in Absorptionsmeßgeräten kaum vollständig auf das Empfangselement abgebildet werden und täuscht einen erhöhten Absorptionskoeffizienten vor.Measurement of absorption in cloudy media is unsatisfactorily solved in the prior art. The fundamental The problem is that measuring signal is influenced by scattering in the absorption or measurement volume. The scattered light can hardly be completely absorbed in absorption measuring devices the receiving element are imaged and deceives an increased absorption coefficient in front.

Der Absorptionskoeffizient a kann durch Messung des Attenuationskoeffizienten c und des Streukoeffizienten b gemäß G1.(5) ermittelt wird. Der Absorptionskoeffizient a ergibt sich gemäß G1.(5) zu: a = c – b The absorption coefficient a can be determined by measuring the attenuation coefficient c and the scattering coefficient b according to G1. (5). The absorption coefficient a results according to G1. (5) to: a = c - b

Auf diese Weise ist eine präzise Bestimmung der Absorption erreicht, da die bei herkömmlichen Meßverfahren störende Größe Streuung hierbei direkt erfaßt wird. Der Aufbau vereinfacht sich, wenn für beide Meßgrößen die gleiche Beleuchtungsquelle verwendet wird.This is a precise determination the absorption is achieved, since the size scattering, which is a disturbance in conventional measuring methods recorded directly here becomes. The structure is simplified if the same lighting source for both measured variables is used.

Die Detektion des Attenuationskoeffizienten c erfolgt mit einer Transmissionsmeßeinheit. Sie ermittelt die durch Absorption und Streuung bedingte Intensitätsabnahme eines parallelen Lichtstrahls beim Durchgang durch das Meßmedium. Der Akzeptanzwinkel der Empfängeroptik ist sehr klein zu wählen, damit kein gestreutes Licht auf den Empfänger trifft.Detection of attenuation coefficient c is carried out with a transmission measuring unit. It determines the decrease in intensity due to absorption and scattering of a parallel Light beam when passing through the medium. The acceptance angle the receiver optics is very small to choose so that no scattered light hits the receiver.

Als Meßeinrichtung zur Ermittlung des Streukoeffizienten bietet sich aufgrund ihrer robusten und kompakten Ausführung die vorstehend beschriebene Einrichtung an. Allerdings kann, ebenso wie bei herkömmlichen Geräten, keine unter sehr großem oder sehr kleinem Winkel gestreute Strahlung erfaßt werden. Während die Auswirkungen auf die Genauigkeit des Streukoeffizienten b durch den fehlenden Winkelbereich um 180°, wie vorstehend ausgeführt, gering sind, darf der Meßfehler durch den nicht detektierbaren Streuwinkelbereich in Vorwärtsrichtung nicht vernachlässigt werden, da hier die Phasenfunktion sehr große Werte annimmt.As a measuring device for determination of the scattering coefficient is due to its robust and compact execution the facility described above. However, as well like conventional ones Devices, none under very large or very small angle scattered radiation can be detected. While the Effects on the accuracy of the scattering coefficient b by the missing angular range around 180 °, as stated above, is small the measurement error due to the undetectable scattering angle range in the forward direction not neglected because the phase function takes on very large values.

Der von einem Streulichtphotometer, beispielsweise nach 3, jedoch auch nach 2, nicht erfaßte Vorwärtsbereich kann durch Erweiterung des Transmissometers um einen oder mehrere Streulichtempfänger gemessen werden. Diese sind, wie in 4 für einen Streulichtempfänger angedeutet, auf Höhe des Durchlichtempfängers seitlich versetzt zur optischen Achse anzuordnen. Der Versatz bestimmt den mittleren detektierten Streulichtwinkel und die geometrischen Abmessungen der(s) Empfängers) bestimmen den Umfang der erfaßten Winkelbereiche.That of a scattered light photometer, for example after 3 , but also after 2 Forward area not detected can be measured by expanding the transmissometer by one or more scattered light receivers. These are as in 4 for a scattered light receiver indicated to be arranged laterally offset from the optical axis at the level of the transmitted light receiver. The offset determines the mean detected scattered light angle and the geometric dimensions of the receiver (s) determine the extent of the angular ranges detected.

Die Kalibration des Streulichtempfängers kann, wiederum mit einer geeigneten Phasenfunktions-Meßeinrichtung oder einer fluoreszierenden Flüssigkeit durchgeführt werden. Das erhaltene Meßsignal ist zur Berichtigung des zu klein gemessenen Streukoeffizienten vom Transmissionswert zu subtrahieren.The calibration of the scattered light receiver can again with a suitable phase function measuring device or a fluorescent one liquid carried out become. The measurement signal obtained is to correct the scattering coefficient measured too small subtract from the transmission value.

Alternativ zur Erfassung des Streukoeffizienten mit dem vorstehend beschriebenen, vereinfachten Aufbau einer Meßeinrichtung zur Bestimmung des Streukoeffizienten und der Transmissionseinheit für das nur geringfügig abgelenkte Vorwärtsstreulicht kann auch die Phasenfunktion mit der beschriebenen Einrichtung zur Bestimmung der Phasenfunktion im Vorwärts- und Rückwärtsstreubereich ermittelt, auf den nicht detektierbaren Bereich extrapoliert und anschließend integriert werden.As an alternative to recording the scattering coefficient with the simplified structure of a measuring device described above to determine the scattering coefficient and the transmission unit for the only marginally distracted forward scattered light can also the phase function with the described device for Determination of the phase function in the forward and backward scattering range, extrapolated to the undetectable area and then integrated become.

11
Sendeteilsending part
1010
erstes Gehäusefirst casing
1111
Strahlungsquelleradiation source
11'11 '
Strahlungsquelleradiation source
1212
Kollimatorcollimator
12'12 '
Kollimatorcollimator
1313
Parabolspiegelparade
22
Empfangsteilreceive part
2020
zweites Gehäusesecond casing
2121
Sammellinseconverging lens
2222
Empfangselement (Detektor)receiving element (Detector)
2323
Ablenkspiegeldeflecting
2424
Irisblendeiris
2525
Elektromotor für 24 Electric motor for 24
33
Meßmedium (Suspension)measuring medium (Suspension)
3131
Streuvolumenscattering volume
44
Parallelstrahlenparallel beams
ΨΨ
Streuwinkelscattering angle
β (Ψ)β (Ψ)
Phasenfunktionphase function
bb
Streukoeffizientscattering coefficient
bb b b
RückstreukoeffizientBackscatter coefficient
aa
Absorptionskoeffizientabsorption coefficient
cc
Attenuationskoeffizientattenuation coefficient

Claims (16)

Verfahren zum Bestimmen des inhärenten optischen Parameters Rückstreukoeffizient einer Suspension, bei welchem a) von einer ersten Strahlungsquelle (11) abgegebenes Licht auf ein Streuvolumen (31) im Brennpunktbereich eines Parabolspiegels (13) kollimiert und b) von dem Streuvolumen (31) in den rückwärtigen Halbraum abgelenkt wird; c) das abgelenkte Lichtbündel in ein paralleles Strahlenbündel umgeformt wird d) das parallele Lichtbündel mittels einer verstellbaren Blendenanordnung (24, 25) auf Streuwinkel Ψ in einem Bereich von Ψmin bis annähernd 180° begrenzt wird, wobei Ψm in durch den Durchmesser der Alendenanordnung festgelegt wird und minimal 90° beträgt und e) auf einem Empfangselement (22) fokussiert und dort erfaßt wird, und f) daraus durch Differenzieren des Meßsignals nach Ψmin die Phasenfunktion für Rückwärtsstreuung abgeleitet wird.Method for determining the inherent optical parameter backscatter coefficient of a suspension, in which a) from a first radiation source ( 11 ) emitted light onto a scattering volume ( 31 ) in the focus area of a parabolic mirror ( 13 ) collimated and b) from the scattering volume ( 31 ) is deflected into the rear half-space; c) the deflected light beam is converted into a parallel beam d) the parallel light beam by means of an adjustable diaphragm arrangement ( 24 . 25 ) is limited to the scattering angle Ψ in a range from Ψ min to approximately 180 °, where Ψ m in is determined by the diameter of the alum arrangement and is a minimum of 90 ° and e) on a receiving element ( 22 ) is focused and detected there, and f) the phase function for backward scattering is derived therefrom by differentiating the measurement signal after Ψ min . Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeiehnet, daß im Hinblick auf die Abhängigkeit der Größe des Streuvolumens (31) die Phasenfunktion β(Ψ) einer Kalibrierung unterzogen wird, welche entweder mit Hilfe eines kalibrierten herkömmlichen Meßgeräts oder mittels einer fluoreszierenden Flüssigkeit erfolgt.Method according to claim 1, characterized in that, with regard to the dependence of the size of the spreading volume ( 31 ) the phase function β (Ψ) is subjected to a calibration, which is carried out either with the aid of a calibrated conventional measuring device or by means of a fluorescent liquid. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeihnet, daß das Streuvolumen ohne Ablenkung durchlaufende Lichtstrahlung abgelenkt und/oder absorbiert wird.Method according to claim 1, characterized in that that this Scattered volume deflected without deflecting light radiation and / or is absorbed. Verfahren zum Bestimmen des inhärenten optischen Parameters Vorwärtsstreukoeffizient einer Suspension, bei welchem a') von einer zweiten Strahlungsquelle (11') abgegebenes Licht über einen Umlenkspiegel (23) auf ein Streuvolumen (31) im Brennpunktbereich eines Parabolspiegels (13) kollimiert und b') von dem Streuvolumen (31) in den Parabolspiegel-Halbraum abgelenkt wird; c') das abgelenkte Lichtbündel in ein paralleles Strahlenbündel umgeformt wird, d') das parallele Lichtbündel mittels einer verstellbaren Blendenanordnung (24, 25) auf Streuwinkel Ψ in einem Bereich von etwas größer 0° bis Ψmax begrenzt wird, wobei Ψmax durch den Durchmesser der Blendenanordnung festgelegt wird und maximal 90° beträgt, e') auf einem Empfangselement (22) fokussiert und dort erfaßt wird, und f') daraus durch Differenzieren des Meßsignals nach Ψmax die Phasenfunktion für Vorwärtsstreuung abgeleitet wird.Method for determining the inherent optical parameter forward scattering coefficient of a suspension, in which a ') from a second radiation source ( 11 ' ) emitted light via a deflecting mirror ( 23 ) to a spread volume ( 31 ) in the focus area of a parabolic mirror ( 13 ) collimated and b ') from the scattering volume ( 31 ) is deflected into the parabolic mirror half-space; c ') the deflected light beam is transformed into a parallel beam, d') the parallel light beam by means of an adjustable diaphragm arrangement ( 24 . 25 ) is limited to the scattering angle Ψ in a range from slightly greater than 0 ° to Ψ max , where Ψ max is determined by the diameter of the diaphragm arrangement and is a maximum of 90 °, e ') on a receiving element ( 22 ) focused and detected there, and f ') the phase function for forward scatter is derived from this by differentiating the measurement signal according to Ψ max . Verfahren zum Bestimmen des inhärenten optischen Parameters Streukoeffizient einer Suspension, bei welchem a'') von einer ersten Strahlungsquelle (11) abgegebenes Licht und von einer zweiten Strahlungsquelle (71') abgegebenes, über einen Umlenkspiegel (23) umgelenktes Licht auf ein Streuvolumen (31) im Brennpunktbereich eines Parabolspiegels (13) kollimiert und b'') von dem Streuvolumen (31) in den Parabolspiegel-Halbraum abgelenkt werden; c'') die abgelenkten Lichtbündel in parallele Strahlenbündel umgeformt werden, d'') das parallele Lichtbündel mittels einer verstellbaren Blendenanordnung (24, 25) auf Streuwinkel Ψ in einem Bereich von Ψmin bis 180° – Ψmin begrenzt werden, wobei Ψmin durch den Durchmesser der Blendenanordnung festgelegt wird und minimal etwas größer als 0° ist, e'') auf einem Empfangselement (22) fokussiert und dort erfaßt werden, und f'') daraus durch Differenzieren des Meßsignals nach Ψmin die Summe der Phasenfunktion für Vor- und Rückwärtsstreuung abgeleitet wird.Method for determining the inherent optical parameter scattering coefficient of a suspension, in which a '') from a first radiation source ( 11 ) emitted light and from a second radiation source ( 71 ' ) delivered via a deflecting mirror ( 23 ) redirected light onto a scattering volume ( 31 ) in the focus area of a parabolic mirror ( 13 ) collimated and b '') from the scattering volume ( 31 ) are deflected into the parabolic mirror half-space; c '') the deflected light bundles are transformed into parallel light bundles, d '') the parallel light bundle by means of an adjustable diaphragm arrangement ( 24 . 25 ) are limited to scattering angles Ψ in a range from Ψ min to 180 ° - Ψ min , where Ψ min is determined by the diameter of the diaphragm arrangement and is at least slightly larger than 0 °, e '') on a receiving element ( 22 ) focused and detected there, and f '') the sum of the phase function for forward and backward scattering is derived from this by differentiating the measurement signal after Ψ min . Verfahren zum Bestimmen des inhärenten optischen Parameters Streukoeffizient einer Suspension, bei welchem von einer ersten Strahlungsquelle (11) abgegebenes Licht auf ein Streuvolumen (31) im Brennpunktbereich eines Parabolspiegels (13) sowie das Streuvolumen (31) durchquerendes Licht durch einen senkrecht zum Strahlengang ausgerichteten, verkippbaren Spiegel in sich reflektiert und zusammen mit dem auf das Streuvolumen (31) kollimierten Licht von dem Streuvolumen (31) in den Parabolspiegel-Halbraum abgelenkt werden; c''') das gesamte abgelenkte Lichtbündel in ein paralleles Strahlenbündel umgeformt, d''') das parallele Lichtbündel mittels einer verstellbaren Blendenanordnung (24, 25) auf Streuwinkel Ψ in einem Bereich von Ψmin bis 180° – Ψmin begrenzt wird, wobei Ψmin durch den Durchmesser der Blendenanordnung festgelegt wird und minimal etwas größer als 0° ist, e''') auf dem Empfangselement (22) fokussiert und dort erfaßt wird, und f''') daraus durch Differenzieren des Meßsignals nach Ψmin die Summe der Phasenfunktion für Vor- und Rückwärtsstreuung abgeleitet wird.Method for determining the inherent optical parameter scattering coefficient of a suspension, in which a first radiation source ( 11 ) emitted light onto a scattering volume ( 31 ) in the focus area of a parabolic mirror ( 13 ) and the spread volume ( 31 ) reflected light is reflected in itself by a tiltable mirror aligned perpendicular to the beam path and together with that on the scattering volume ( 31 ) collimated light from the scattering volume ( 31 ) are deflected into the parabolic mirror half-space; c ''') the entire deflected light beam is converted into a parallel beam, d''') the parallel light beam by means of an adjustable diaphragm arrangement ( 24 . 25 ) is limited to the scattering angle Ψ in a range from Ψ min to 180 ° - Ψ min , where Ψ min is determined by the diameter of the aperture arrangement and is at least slightly larger than 0 °, e ''') on the receiving element ( 22 ) is focused and detected there, and f ''') the sum of the phase function for forward and backward scattering is derived from this by differentiating the measurement signal after Ψ min . Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das beleuchtende Strahlenbündel nach Durchqueren des Streuvolumens (31) mittels des verkippbaren, zunächst senkrecht zum Strahlenbündel ausgerichteten Spiegels zuerst in sich reflektiert wird und anschließend nach Verkippen des senkrecht zum Strahlengang ausgerichteten Spiegels um 45° aus der Meßein richtung herausgeleitet wird, so daß beim ersten Meßvorgang der Streukoeffizient, beim zweiten Meßvorgang der Rückstreukoeffizient und aus der Differenz der Vorwärtsstreukoeffizient bestimmt werden.A method according to claim 5, characterized in that the illuminating beam after passing through the scattering volume ( 31 ) is first reflected in itself by means of the tiltable mirror, which is initially aligned perpendicular to the beam, and is then directed out of the measuring device by 45 ° after tilting the mirror aligned perpendicular to the beam path, so that the scattering coefficient in the first measurement process, the backscatter coefficient in the second measurement process and can be determined from the difference of the forward scattering coefficient. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der verstellbaren Blendenanordnung (24, 25) beim ersten Meßvorgang die Summe der Phasenfunktionen für Vor- und Rückwärtsstreuung, beim zweiten Meßvorgang nur die Phasenfunktion für Rückwärtsstreuung und aus der Differenz die Phasenfunktion für Vorwärststreuung bestimmt wirdMethod according to claim 7, characterized in that by means of the adjustable diaphragm arrangement ( 24 . 25 ) in the first measuring process the sum of the phase functions for forward and backward scattering, in the second measuring process only the phase function for backward scattering and from the difference the phase function for forward heating scattering is determined Verfahren zum Bestimmen des inhärenten optischen Parameters Absorptionskoeffizient a einer Suspension, wobei der Attenuationskoeffizient c der Suspension mittels eines herkömmlichen Transmissionsmeßgeräts gemessen wird und der Streukoeffizient b gemäß einem der Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7 bestimmt wird, und sich durch Subtraktion der Absorptionskoeffizient a ergibt als a = c – b. Method for determining the inherent optical parameter absorption coefficient a of a suspension, wherein the attenuation coefficient c of the suspension is measured by means of a conventional transmission measuring device and the scattering coefficient b is determined according to one of the methods according to one of Claims 5 to 7, and the absorption coefficient a is obtained by subtraction as a = c - b. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten dichten Gehäuse (10) eine Strahlungsquelle (11) und ein Parabolspiegel (13) mit zentraler Durchtrittsöffnung und in einem zweiten, in Abstand von dem ersten Gehäuse (10) vorgesehenen und diesem (10) ortsfest zugeordneten Gehäuse (20) eine Sammellinse (21), eine verstellbare Blendenanordnung (29, 25) und ein Empfangselement (22) untergebracht und auf der durch die Strahlungsquelle (11) im Gehäuse (10) und das Empfangselement (22) im Gehäuse (20) festgelegten optischen Achse in der Weise angeordnet sind, daß von der Strahlungsquelle (11) abgegebenes und auf ein Streuvolumen (31) im Brennpunkt-Bereich des Parabolspiegels (13) auftreffendes Licht in den rückwärtigen Halbraum abgelenkt, durch das Streuvolumen (31) abgelenktes Licht auf Streuwinkel Ψ zwischen 90° und annähernd 180° begrenzt, auf dem Empfangselement (22) fokussiert und dort erfaßt wird und somit der Rückstreukoeffizient bb bestimmt wird und/oder in einer. Recheneinheit durch Differenzieren des dem empfangenen Licht proportionalen Meßsignals eine Phasenfunktion β(Ψ) entsprechend dem detektierten Streuwinkelbereich gebildet wird.Device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that in a first sealed housing ( 10 ) a radiation source ( 11 ) and a parabolic mirror ( 13 ) with a central passage opening and in a second, at a distance from the first housing ( 10 ) provided and this ( 10 ) stationary assigned housing ( 20 ) a converging lens ( 21 ), an adjustable aperture arrangement ( 29 . 25 ) and a receiving element ( 22 ) housed and on the by the radiation source ( 11 ) in the housing ( 10 ) and the receiving element ( 22 ) in the housing ( 20 ) fixed optical axis are arranged in such a way that from the radiation source ( 11 ) emitted and to a scatter volume ( 31 ) in the focal point area of the parabolic mirror ( 13 ) incident light is deflected into the rear half-space by the scattering volume ( 31 ) Deflected light limited to a scattering angle Ψ between 90 ° and approximately 180 °, on the receiving element ( 22 ) is focused and detected there and thus the backscatter coefficient b b is determined and / or in one. Computing unit by differentiating the measurement signal proportional to the received light, a phase function β (Ψ) corresponding to the detected scattering angle range is formed. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenazeichnet, daß die verstellbare Blendenanordnung eine Irisblende (24) ist, zu deren Verstellung ein Elektromotor (25) vorgesehen ist.Device according to claim 10, characterized in that the adjustable diaphragm arrangement comprises an iris diaphragm ( 24 ), for the adjustment of which an electric motor ( 25 ) is provided. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer bekannten Kalibrierung für die Phasenfunktion β(Ψ) statt der einstellbaren Blendenanordnung eine feststehende mechanische Blende vorgesehen ist.Device according to claim 10, characterized in that at a known calibration for the phase function β (Ψ) instead the adjustable aperture arrangement a fixed mechanical Aperture is provided. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehende Blende auf der Planfläche der Sammellinse (23) angebracht ist.Device according to claim 10, characterized in that the fixed diaphragm on the flat surface of the converging lens ( 23 ) is attached. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Zentrum der Sammellinse (21) eine Lichtfalle vorgesehen ist.Device according to claim 10, characterized in that in the center of the converging lens ( 21 ) a light trap is provided. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spiegel (23) zum Entfernen von nicht im Streuvolumen abgelenktem Licht vorgesehen ist.Device according to claim 10, characterized in that a mirror ( 23 ) is provided for removing light that is not deflected in the scattering volume. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 6, wobei in der Einrichtung nach Anspruch 10 vor dem Gehäuse (20) der verkippbare, senkrecht zum Strahlengang ausgerichte te Spiegel oder im Zentrum der im Gehäuse (20) untergebrachten Sammellinse (21) und somit auf der optischen Achse der Einrichtung zum Reflektieren des das Streuvolumen (31) durchquerenden Lichts in sich ein Spiegelelement mit einem etwa den Durchmesser des Streuvolumens (31) entsprechenden Durchmesser vorgesehen ist.Device for performing the method according to claim 6, wherein in the device according to claim 10 in front of the housing ( 20 ) the tiltable mirror aligned perpendicular to the beam path or in the center of the in the housing ( 20 ) housed converging lens ( 21 ) and thus on the optical axis of the device for reflecting the scattered volume ( 31 ) crossing light in itself a mirror element with an approximately the diameter of the scattering volume ( 31 ) corresponding diameter is provided.
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