DE102004030029B3

DE102004030029B3 - Transmissionsmessverfahren und deren Verwendung

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Publication number: DE102004030029B3
Application number: DE200410030029
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl.-Phys. Dr.rer.nat. Palme; Stefan Dipl.-Phys. Dr.rer.nat. Riehemann; Uwe Dipl.-Ing. Lippmann; Gunther Dipl.-Phys. Dr.rer.nat. Notni
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2004-06-22
Filing date: 2004-06-22
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2024-06-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Transmissiometer zur Messung limnologischer Parameter, insbesondere zum Nachweis der Ab- oder Anwesenheit bestimmter organischer Stoffe in stehenden oder fließenden Gewässern sowie die Bestimmung ihrer Konzentration. Das Transmissiometer weist eine Lichtquelle 1, eine Reflexionseinheit 7 und eine Empfangseinheit 9 zum Nachweis von zweimalig innerhalb eines Messvolumens 4 geschwächten Lichtes auf und ist dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Kollimatoroptik 2 ein erstes kollimiertes Lichtbündel 10I erzeugt wird, welches durch eine erste Fokussiereinheit 6 auf die Reflexionseinheit 7 fokussiert wird, und dass aus dem an der Reflexionseinheit 7 reflektierenden Lichbündel ein zweites kollimiertes Lichtbündel 10II erzeugt wird, welches schließlich auf den Empfänger 9 fokussiert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Transmissiometer und ein Transmissionsmessverfahren insbesondere zur Messung limnologischer Parameter, d.h. sie betrifft insbesondere den Nachweis der Ab- oder Anwesenheit bestimmter organischer Stoffe in stehenden oder fließenden Gewässern, sowie zur Bestimmung deren Konzentration. Die Erfindung kann auch zur Bestimmung der Transmission durch Festkörper (z.B. zur Ermittlung eines Intensitätsprofils über den Festkörper bzw. zur Ermittlung der Homogenität des Festkörpers) eingesetzt werden.

Anordnungen zur Messung von Trübung, Rückstreuung, Absorption, Fluoreszenz oder Phosphoreszenz von Gewässern sind unter den Termini Fluorimeter, Nephelometer, Turbidimeter und Photometer im Stand der Technik zu finden.

So beschreibt die Patentschrift DE 197 30 826 A1 eine Vorrichtung zur kombinierten Absorptions- und Reflektanzspektroskopie mit der synchron die Absorption, Fluoreszenz, Streuung und Brechung transmittierender Flüssigkeiten, Gase und Festkörper ermittelt werden kann. Hierbei wird Strahlung definierter Wellenlänge mit Hilfe von Lichtleitfasern in eine Mehrfach-Reflexionsvorrichtung eingekoppelt, die das Messvolumen enthält.

Aus der Patentschrift EP 0 047 094 A1 ist ein optisches Messsystem bekannt, bei dem mit Hilfe von einer oder mehreren faseroptischen Sonden die Absorption, Fluoreszenz und die Phosphoreszenz einer Flüssigkeit bestimmt werden kann.

Aus der DE 197 51 403 A1 ist darüberhinaus eine Vorrichtung zur kombinierten Absorptions- und Reflektanzspektroskopie zur synchronen Ermittlung der Absorption, Fluoreszenz, Streuung und Brechung von Flüssigkeiten, Gasen und Festkörpern bekannt. Hierbei werden mit einem unmittelbar hinter einem Spiegel, der teildurchlässig ist, lokalisierten Empfänger die transmittierte Einkoppelstrahlung und mit einem auf das Messvolumen gerichteten und am Einkoppelspiegel lokalisierten Empfänger die entgegen der Einfallsrichtung gerichtete Remission sowie die an der Grenzfläche zum Messvolumen reflektierte Strahlung gemessen.

Auch die WO 02/04901 A1 zeigt ein entsprechendes optisches Transmissionssystem zur Erfassung spektraler Information. Das System weist ein Spektrometer zur Erfassung von Transmissionssignalen des Systems und zur Trennung der erfassten Transmissionssignale gemäß der unterschiedlichen Wellenlängen und mindestens eine Detektionsvorrichtung zur Generierung von Aus gangssignalen der getrennten Transmissionssignalkomponenten auf.

Charakteristisch ist bei einigen Anordnungen nach dem Stand der Technik die Verwendung von Lampen oder Leuchtdioden, deren Licht in Lichtleitfasern eingekoppelt wird. Dies bedeutet einen Verlust an Strahlungsleistung aufgrund der beschränkten Einkoppeleffizienz in die Lichtleiter. Wird eine Lampe verwendet, so schränkt die Realisierung einer Stromversorgung für diese durch ihre Größe und ihr Gewicht die Portabilität des Gerätes ein. Zur Gewinnung des Referenzsignals ist bei Verwendung einer Lampe eine Stabilisierung notwendig. Das Problem tritt beim Einsatz einer Blitzlampe noch stärker auf. Aus dem Stand der Technik sind weiterhin Konfigurationen bekannt, in denen nach Durchstrahlung des Messvolumens bzw. der Gewässerprobe das Licht zur Ermittlung der unterschiedlichen Absorption unterschiedlicher spektraler Lichtanteile auf eine Anordnung von Filtern geschickt wird, die nebeneinander vor einer Mehrzahl von Empfängern sitzen. Hierbei beschränkt die Filtergröße den Energiefluss auf den Empfänger. Zudem ist es notwendig, die ins Messvolumen gebrachte Strahlungsleis tung auf mehrere spektrale Kanäle aufzuteilen. Zwischen den Filtern auf das Gehäuse auftreffende Strahlung stellt darüber hinaus einen Verlust dar. Für jeden Kanal wird ein Filter und ein Empfänger benötigt. Bei Vorrichtungen nach dem Stand der Technik wird in verschiedenen Fällen die Messung unterschiedlicher optischer Weglängen im Wasser durch Bewegung einer optischen Komponente (dies ist meist ein Spiegel) realisiert. Bedingt durch die Aberrationen bzw. Abbildungsfehler der optischen Komponenten ergibt sich die am Empfänger ankommende Strahlungsleistung im allgemeinen als nicht lineare Funktion der optischen Weglänge, auch wenn das Messvolumen nicht mit einem Medium ausgefüllt ist. Das mit wachsender optischer Weglänge abfallende Empfängersignal muss daher durch eine Kalibrierkurve ermittelt werden.

Ausgehend vom Stand der Technik ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Transmissiometer mit mehreren spektralen Kanälen und variabler optischer Weglänge im Messvolumen zur Verfügung zu stellen welches den Einsatz von Lichtleitfasern bzw. die dadurch entstehenden Koppelverluste vermeidet, welches die Aufteilung der Strahlungsleistung auf einzelne Kanäle vermeidet und welches für alle Kanäle einen Empfänger verwendet.

Diese Aufgabe wird durch ein Transmissiometer gemäß Patentanspruch 1 sowie durch ein entsprechendes Transmissionsmessverfahren gemäß Patentanspruch 32 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Transmissiometers und des erfindungsgemäßen Transmissionsmessverfahren sowie Verwendungen sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.

Das erfindungsgemäße Transmissiometer weist eine Lichtquelle (beispielsweise eine Leuchtdiode) zur Einstrahlung von Licht in ein fluidbefüllbares oder mit einem Festkörpermaterial (z.B. PMMA) befüllbares oder versehbares Messvolumen, eine Reflexionseinheit (beispielsweise einen Planspiegel) zur Reflexion eines durch das Messvolumen transmittierten Lichtanteils zurück in das Messvolumen und eine Empfangseinheit (beispielsweise eine Photozelle oder einen lichtempfindlichen Zeilendetektor) zum Nachweis des reflektierten und erneut durch das Messvolumen transmittierten Lichtanteils des eingekoppelten Lichts auf und ist dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kollimatoroptik (beispielsweise eine sphärische Linse) ein erstes kollimiertes, quasi-paralleles Lichtbündel aus dem von der Lichtquelle ausgesendeten Licht erzeugt und in das Messvolumen einkoppelt, wobei das kollimierte Licht durch das Messvolumen hindurch tritt und durch eine erste Fokussiereinheit (beispielsweise eine sphärische Linse) auf die Reflexionseinheit fokussiert wird, dort reflektiert wird, als zweites kollimiertes quasi-paralleles Lichtbündel erneut durch das Messvolumen läuft und anschließend auf die Empfangseinheit fokussiert wird. Vorteilhafterweise wird hierbei das zweite kollimierte quasiparallele Lichtbündel ebenfalls durch die erste Fokussiereinheit erzeugt. Das zweite Bündel kann jedoch auch durch eine weitere Fokussiereinheit oder Linse erzeugt werden. Die Fokussierung des zweiten kollimierten quasi-parallelen Lichtbündels auf die Empfangseinheit erfolgt vorteilhafterweise durch eine separate zweite Fokussiereinheit (beispielsweise ebenfalls eine sphärische Linse). Die Fokussierung des zweiten Bündels kann jedoch auch durch die Kollimatoroptik erfolgen. In einer weiteren Ausgestaltungsform wird das erste kollimierte Lichtbündel durch die ers te Fokussiereinheit auch abgelenkt. Empfänger, erste Fokussiereinheit, zweite Fokussiereinheit und Reflexionseinheit sind hierbei vorteilhafterweise auf einer gemeinsamen Achse zentriert angeordnet. Die Lichtquelle und die Kollimatoroptik sind hierbei vorteilhafterweise außerhalb dieser Achse so angeordnet, dass das erste kollimierte Lichtbündel und das zweite, rücklaufende kollimierte Lichtbündel außerhalb dieser Achse erzeugt werden bzw. das Messvolumen außerhalb dieser Achse durchlaufen. Das erste und das zweite Bündel werden bei dieser Variante somit versetzt zueinander erzeugt. Werden für die erste Fokussiereinheit und für die zweite Fokussiereinheit beispielsweise sphärische Linsen benutzt, so werden in diesem Fall die außen liegenden Randbereiche zur Fokussierung der parallelen Lichtbündel genutzt. Als Lichtquelle können Leuchtdioden, Blitzlampen oder Halogenlampen verwendet werden. Besonders bevorzugt werden Leuchtdioden verwendet, welche mit einer Lichtwellenlänge strahlen, die einer Absorptionswellenlänge einer in das Messvolumen eingebrachten Substanz entspricht oder die Licht der Wellenlängen 360 nm, 400 nm, 435 nm oder 675 nm abstrahlen. Für die Reflexionseinheit wird bevorzugt ein Spiegel, insbesondere ein Planspiegel oder ein diffraktives Element verwendet. Für die Kollimatoroptik, die erste und die zweite Fokussiereinheit werden bevorzugt sphärische Linsen, Asphären, sphärische Spiegel, asphärische Spiegel, gradientenoptische Elemente oder diffraktive Elemente eingesetzt. Werden sphärische Linsen verwendet, so ergeben sich im außeraxialen Strahlengang in der Regel zu berücksichtigende Aberrationen. Werden stattdessen geeignete Asphären bzw. asphärische Linsen verwendet, so werden diese Aberrationen im außeraxialen Bereich korrigiert bzw. so minimiert, dass sie bzw. durch sie bedingte Unterschiede in den Ab bildungseigenschaften vernachlässigbar sind. Vorteilhafterweise wird für die zweite Fokussiereinheit eine sphärische ½-Linse oder eine ½-Asphäre verwendet, so dass die Lichtquelle und die Empfangseinheit in einer Ebene senkrecht zu der bereits beschriebenen Achse angeordnet werden können. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Transmissiometers ist im Strahlengang nach der Lichtquelle durch eine gegen den Zentralstrahl geneigte planparallele Platte oder ein Prisma Licht als Referenzsignal ausblendbar. Als Referenzsignal kann auch das von der Kollimatoroptik nicht erfassbare Licht verwendet werden, welches mit einem Spiegel ausgeblendet und auf einen Referenzempfänger reflektiert wird. Das Transmissiometer weist bevorzugt zwei Gehäuseteile auf, welche gegeneinander verschiebbar sind, um die zu vermessende optische Weglänge durch das Messvolumen bzw. die optische Weglänge im Messvolumen einzustellen. Das erste Gehäuseteil umfasst hierbei bevorzugt die Lichtquelle, die Kollimatoroptik, den Empfänger sowie die zweite Fokussiereinheit. Das zweite Gehäuseteil umfasst vorteilhafterweise die erste Fokussiereinheit sowie die Reflexionseinheit. Vorteilhafterweise sind beide Gehäuseteile in einem Hohlrohr angeordnet, das erste Gehäuseteil fix, das zweite Gehäuseteil relativ zum Hohlrohr bzw. relativ zum ersten Gehäuseteil verschiebbar, um anhand der Verschiebung bzw. des Abstands der beiden Gehäuseteile die zu durchlaufende optische Weglänge einzustellen. Vorteilhafterweise weist das Hohlrohr dann zwei gegenüberliegende Öffnungen auf, durch welche das zu vermessende Fluid in das Messvolumen eingeleitet wird. In einer weiteren Ausgestaltungsform ist ein Empfänger zur Bestimmung von in dem Messvolumen im Fluid erzeugten Streulicht oder Fluoreszenzlicht in einer am Transmissiometer angeordneten bzw. ange brachten Halterungseinheit integriert. In einer weiteren Ausgestaltungsvariante weist das Transmissiometer ein Filterrad mit Filtern zur Selektion gewünschter Lichtwellenlängenbereiche auf. Das Filterrad kann hierbei manuell oder mit einem Motor angetrieben werden. Als Empfangseinheit können Photozellen, Zeilendetektoren oder Flächendetektoren eingesetzt werden. Es ist auch möglich, anstelle der Empfangseinheit eine Spaltblende zu verwenden, durch die das auffokussierte Licht auf ein diffraktives Element geleitet wird und anschließend über einen Zeilen- oder Flächendetektor analysiert wird (Seya-Namioka-Spektrometeranordnung). In einer weiteren Ausgestaltungsform wird das Licht durch die Spaltblende über einen ersten Konkavspiegel auf ein diffraktives Element geleitet, von dort über einen zweiten Konkavspiegel auf einen Zeilen- oder Flächendetektor zur Analyse (Czerny-Turner-Spektrometeranordnung). Das diffraktive Element ist hierbei vorzugsweise ein abberationskorrigiertes Gitter oder ein Prisma.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform werden mehrere spektrale Kanäle dadurch realisiert, dass mindestens zwei Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlänge und mindestens zwei Kollimatoroptiken so angeordnet werden, dass aus dem Licht jeder Lichtquelle jeweils durch eine der Lichtquelle zugeordnete Kollimatoroptik ein erstes kollimiertes Lichtbündel erzeugt wird. Diese kollimierten, quasi-parallelen ersten Lichtbündel mit unterschiedlichen Wellenlängen bzw. unterschiedlichen Spektralbereichen werden durch die erste Fokussiereinheit, bevorzugt durch unterschiedliche Randbereiche einer sphärischen Linse oder Asphäre, auf die Reflexionseinheit fokussiert. Die an der Reflexionseinheit reflektierten Lichtbündel laufen dann wiederum spektral getrennt als zweite, kol limierte quasi-parallele Lichtbündel erneut durch das Messvolumen und werden bevorzugt durch die zweite Fokussiereinheit auf denselben Punkt der Empfangseinheit 9 fokussiert. Somit wird für alle Kanäle dieselbe Empfangseinheit benutzt. Die einzelnen quasiparallelen kollimierten Lichtbündel werden bevorzugt versetzt zueinander und außerhalb der bereits beschriebenen Achse erzeugt bzw. durchlaufen das Messvolumen mit einem Abstand zu dieser Achse im wesentlichen parallel zu dieser Achse. Bevorzugt ist hierbei eine erste Teilmenge der Lichtquellen und der zugehörigen Kollimatoroptiken in einer Ebene senkrecht zu dieser Achse mit einem ersten Abstand zu der Achse angeordnet und die restlichen Lichtquellen mit den zugehörigen Kollimatoroptiken sind in dieser Ebene senkrecht zur Achse in einem zweiten Abstand zur Achse angeordnet.

Erfindungsgemäße Transmissiometer weisen eine Reihe erheblicher Vorteile auf:

– sie vermeiden den Einsatz von Lichtleitfasern und damit die entsprechenden Koppelverluste (etwa 40 %).
– Es werden Leuchtdioden mit Wellenlängen, die den Absorptionswellenlängen der zu bewertenden organischen Substanzen entsprechen, eingesetzt. Im Vergleich zum Einsatz von Lampen vermindert dies den Aufwand der Stromversorgung, den Platzbedarf und das Gewicht. Darüber hinaus erhöhen sich die Lebensdauer der Lichtquelle und ihre Stabilität.
– Jeder Wellenlänge wird ein eigener spektraler Kanal zugeordnet, der mit einer Leuchtdiode betrieben wird. Hierdurch ist keine Aufteilung der Strahlungsleistung auf die einzelnen Kanäle notwendig, so dass sich die Bestrahlungsstärke im Querschnitt des Messbereichs erhöht. Aus diesem Grund verlängert sich bei trüben Gewässern die Eindringtiefe des Lichtes (Lambert-Bersches-Gesetz), d. h. die durch den Dynamikbereich des Empfängers bzw. der Empfangseinheit gegebene Grenze wirkt sich erst bei größeren optischen Weglängen aus.
– Alle Kanäle verwenden den gleichen Empfänger, d. h. die optische Konfiguration ist so gestaltet, dass jeder spektrale Kanal auf dem gleichen Punkt der Empfängerebene endet.
– Die Strahlungsleistung am Empfänger- bzw. an der Empfangseinheit ist eine nahezu konstante Funktion der optischen Weglänge. Im Gegensatz zu einer stark abfallenden Funktion (bedingt durch Abberationen der optischen Komponenten) sind damit an jeder Stelle des Messvolumens die Bedingungen gleich. Das Problem der Kalibrierung ist somit aufgehoben oder zumindest vereinfacht.

Ein erfindungsgemäßes Transmissiometer kann wie in einem der nachfolgenden Beispiele beschrieben ausgeführt sein oder verwendet werden. Die den einzelnen Ausführungsbeispiel zugehörigen Figuren weisen hierbei für identische oder sich entsprechende Bauteile des Transmissiometers jeweils identische Bezugszeichen auf.
1 zeigt eine erste Variante eines Transmissiometers für einen spektralen Kanal.
2 zeigt eine zweite Variante eines erfin dungsgemäßen Transmissiometers für einen spektralen Kanal.
3 zeigt eine Konfiguration des erfindungsgemäßen Transmissiometers mit einem Filterrad.
4 zeigt eine Konfiguration des erfindungsgemäßen Transmissiometers, welches ein Seya-Namioka-Spektrometer verwendet.
5 zeigt eine Konfiguration eines erfindungsgemäßen Transmissiometers, in welcher ein Czerny-Turner-Spektrometer eingesetzt wird.
6 zeigt ein erfindungsgemäßes Transmissiometer für vier spektrale Kanäle.
7 zeigt ein erfindungsgemäßes Transmissiometer für acht spektrale Kanäle.
8 zeigt einzelne Bauteile des erfindungsgemäßen Spektrometers aus 6 samt seiner Gehäusekonfiguration.
9 zeigt die Strahlungsleistung am Empfänger in einem erfindungsgemäßen Spektrometer mit vier Kanälen.
1 zeigt eine erste optische Konfiguration für ein Transmissiometer für einen spektralen Kanal. Das dargestellte Transmissiometer weist ein erstes Gehäuseteil 11 (links) und ein zweites Gehäuseteil 12 (rechts) auf. Durch die zentrale Achse der zylinderförmigen Gehäuseteile 11, 12 sei die optische Achse 14 des Transmissiometers definiert, auf der die im folgenden beschriebenen Komponenten 6, 7, 8 und 9 zentriert angeordnet sind. Zwischen den beiden Gehäuseteilen 11 und 12 befindet sich das Messvolumen 4, in das eine zu untersuchende Flüssigkeit füllbar ist oder in das ein zu untersuchender Festkörper (z.B. ein PMMA-Block) eingebracht werden kann. Durch den Abstand 13 der beiden Gehäuseteile 11 und 12 ist die halbe optische Weglänge im Messvolumen gegeben. Die beiden Gehäuseteile sind gegeneinander verschiebbar angeordnet, so dass die optische Weglänge im Messvolumen 4 durch Verschiebung der Gehäuseteile gegeneinander variiert bzw. eingestellt werden kann. Im ersten Gehäuseteil 11 ist außerhalb der optischen Achse 14 (in der Zeichnung oberhalb der Achse 14) als Lichtquelle 1 eine Leuchtdiode sowie in Strahlrichtung danach (also in der Zeichnung rechts davon) als Kollimatoroptik eine sphärische Linse 2 angeordnet. Links neben der Leuchtdiode 1 ist im Gehäuseteil 11 eine sphärische Linse 8 als zweite Fokussiereinheit angeordnet. Die Linse 8 ist auf der optischen Achse 14 zentriert. Links neben der Linse 8 ist in Strahlrichtung der Empfänger 9 ebenfalls zentriert auf der optischen Achse 14 angeordnet (eine Photozelle). Im zweiten Gehäuseteil 12 ist eine erste Fokussiereinheit in Form einer sphärischen Linse 6 zentriert auf der optischen Achse 14 angeordnet. Rechts davon ist an der rechten Wand des Gehäuseteils 12 die Reflexionseinheit in Form eines Spiegels 7 ebenfalls zentriert auf der optischen Achse angeordnet. Das erste Gehäuseteil 11 weist ein erstes Schutzglas 3, das zweite Gehäuseteil 12 ein zweites Schutzglas 5 auf. Die Schutzgläser dienen der Fernhaltung des auszumessenden Fluids von den optischen Komponenten 1, 2, 6, 7, 8, 9. Das divergente Licht der Leuchtdiode 1 wird durch die erste Linse 2 zu einem (quasi-)parallelen Bündel 10I kollimiert, das durch die erste Schutz scheibe 3 außerhalb der optischen Achse 14 in das Messvolumen 4 einfällt. Das quasi-parallele kollimierte Bündel 10I tritt durch die zweite Schutzscheibe bzw. das zweite Schutzglas 5 aus dem Messvolumen 4 aus und wird durch die zweite Linse 6 nicht axial, d. h. von einem Randbereich der Linse 6, auf den Spiegel 7 fokussiert. Im gezeigten Fall wird, da ein Randbereich der Linse 6 zur Fokussierung verwendet wird, das Lichtbündel auch abgelenkt, bevor es auf den Spiegel 7 trifft. Der Spiegel 7 wirft die Strahlen zurück zur Linse 6, die aus dem reflektierten Lichtbündel wieder ein (quasi)-paralleles außeraxiales Bündel 10II erzeugt, das erneut das Messvolumen 4 durchläuft und durch das Schutzglas 3 zur dritten Linse 8 gelangt, welche das Bündel auf den Empfänger bzw. die Photozelle 9 fokussiert. Ein wesentlicher Aspekt der gezeigten Anordnung ist, dass das auf den Spiegel 7 zulaufende erste kollimierte Lichtbündel 10I und das von dem Spiegel 7 weglaufende zweite kollimierte Lichtbündel 10II versetzt zueinander und parallel zueinander und zur Achse 14 verlaufen. Das Bündel 10II kann alternativ statt durch die Linse 6 auch durch eine weitere Linse kollimiert werden. Das Bündel 10II kann alternativ statt durch die Linse 8 (wenn die Komponenten 1, 9 und 2 geeignet aufgebaut und angeordnet sind) auch durch die Linse 2 auf die Photozelle 9 fokussiert werden (in diesem Fall wirkt die Linse 2 für das erste Lichtbündel 10I als Kollimator und für das zweite Lichtbündel 10II als Fokussiereinheit). Das Licht wird somit durch den zweimaligen Durchtritt durch das Messvolumen bzw. durch das zweimalige Durchlaufen der Weglänge 13 durch Streuung und Absorption geschwächt, der nicht absorbierte oder ausgestreute Lichtanteil wird vom Empfänger 9 detektiert. Die beiden Bündel 10I und 10II verlaufen hierbei versetzt zueinander parallel zur Achse 14. Die optische Konfiguration bildet das Objekt (Lichtquelle 1) durch die erste Linse 2 nach unendlich ab. Die zweite Linse 6 realisiert eine Abbildung auf die Spiegelebene 7, wobei die Objektweite unendlich ist. Das Bild der Quelle 1 auf dem Spiegel 7 wird durch die zweite Linse 6 wieder ins Unendliche abgebildet. Die dritte Linse 8 realisiert eine Abbildung auf die Empfängerebene 9, wobei sich das Objekt im Unendlichen befindet. Das Licht durchläuft also zweimal das Messvolumen 4 und erfährt entsprechend dem Zustand des Wassers (Fracht) Streuung und Absorption. Bei Einstellung bestimmter optischer Weglängen (zweimal Weglänge 13) durch geeignete Positionierung der Gehäuseteile 11, 12 zueinander gibt die Dämpfung des Lichts definierter Wellenlänge und Bandbreite eine Aussage über den Zustand des Gewässers im Messvolumen 4. Wird in das Messvolumen 4 ein Festkörper (z.B. ein PMMA-Block) eingebracht, so kann die Transmission durch diesen bestimmt werden. Hiermit ist das Intensitätsprofil über den Festkörper messbar bzw. bestimmbar. Aus dem gemessenen Intensitätsprofil kann dann die Homogenität des Festkörpers bestimmt werden. Die Einstellung der gewünschten optischen Weglänge erfolgt durch Verschiebung des zweiten Gehäuseteils 12, der die Komponenten 5, 6 und 7 enthält.
2 zeigt eine Konfiguration für ein Transmissiometer für einen Spektralkanal, welches im Wesentlichen wie das in 1 gezeigte Transmissiometer aufgebaut ist. Im Unterschied zum in 1 dargestellten Fall wird jedoch als zweite Fokussiereinheit 8 eine ½-Linse verwendet. Hierdurch ist es möglich, die Lichtquelle 1 und den Empfänger 9 in einer einzigen Ebene senkrecht zur optischen Achse 14 des Transmissiometers anzuordnen. Die in 2 gezeigte Variante hat den Vorteil, dass das Gehäuseteil 11 kleiner aus geformt werden kann, bzw. dass eine kleinere Bautiefe möglich ist.
Aufbauend auf den in 1 und 2 gezeigten Basiskonfigurationen lassen sich weitere prinzipielle Konfigurationen ableiten, die im Folgenden gezeigt sind, und die je nach Anforderung der Messaufgabe alternativ oder kombiniert zueinander verwendet werden können.
3 zeigt ein erfindungsgemäßes Transmissiometer, welches ebenfalls im Wesentlichen wie das in 1 gezeigte Transmissiometer aufgebaut ist. Zusätzlich weist dieses Transmissiometer jedoch im Strahlengang zwischen der zweiten Fokussiereinheit 8 und der Empfangseinheit bzw. der Photozelle 9 ein Filterrad 17 auf. Dieses Filterrad weist im vorliegenden Beispiel insgesamt 5 verschiedene Filter 17a bis 17e auf, welche die Selektion unterschiedlicher gewünschter Wellenlängenbereiche ermöglichen. Die spektrale Selektion, also die Auswahl eines bestimmten begrenzten Wellenlängenbereiches des von der breitbandigen Lichtquelle 1 (Blitzlampe, Halogenlampe oder Leuchtdiode) ausgestrahlten Lichts erfolgt aufgabengemäß durch das Filterrad 17 (Farbfilterselektion). Das Filterrad 17 ist im dargestellten Fall manuell einstellbar, das Filterrad 17 kann jedoch auch durch einen Motor angetrieben werden. Die Drehbewegung ist hierbei an den Messalgorithmus anzupassen. Der Winkel α, den die Oberfläche des Filterrades 17 zum Strahlenbündel bildet, ist durch die Frage der Winkelabhängigkeit der Filter, die Möglichkeit parasitärer Reflexionen und durch konstruktive Aspekte festgelegt.
4 zeigt ein Transmissiometer, welches im wesentliches wie das in 1 dargestellte Transmis iometer aufgebaut ist. Im vorliegenden Fall wird jedoch anstelle einer Photozelle 9 als Empfänger eine Spaltblende 18a, ein abbildendes Konkavgitter 18b sowie ein einzeiliger Detektor 18c verwendet. Wie in 1 erklärt, wird eine breitbandige Lichtquelle 1 in Form einer Halogenlampe, Blitzlampe oder einer Leuchtdiode eingesetzt. Das abberationskorrigierte diffraktive Element bzw. das abberationskorrigierte Konkavgitter 18b bildet den ausgeleuchteten Spalt 18a auf die Empfängerzeile 18c ab, wobei dispersionsbedingt dem Spaltabbild jeder Wellenlänge ein unterschiedlicher Pixelbereich auf der Empfängerzeile 18c zugeordnet ist. Die Halbwertsbreite des Spaltbildes definiert die spektrale Auflösung und der Ort (Pixelbereich) des Maximums der Bestrahlungsstärke die Wellenlänge. Die optische Konfiguration ab dem Eintrittsspalt entspricht einer Seya-Namioka-Anordnung.
5 zeigt ein Transmissiometer, das in seinem grundlegenden Aufbau demjenigen von 1 entspricht. Anstelle der Photozelle 9 wird jedoch hier als Empfänger eine Kombination aus einer Spaltblende 18a, zwei Konkavspiegeln 19a und 19b, einem diffraktiven Element 18b sowie einer Empfängerzeile 18c eingesetzt. Anstelle der sphärischen Konkavspiegel 19a, 19b können auch sphärische Linsen oder Asphären eingesetzt werden. Die Konkavspiegel 19a, 19b können auch asphärische Spiegel sein. Die als Empfänger eingesetzte Spektrometeranordnung entspricht einer Czerny-Turner-Konfiguration. Der ausgeleuchtete Bereich der Spaltblende 18a wird durch den ersten Konkavspiegel 19a ins Unendliche abgebildet. Das so entstehende parallele Licht fällt auf das ebene Dispersionsgitter 18b. Das Dispersionsgitter 18b reflektiert die spektral zerlegten Anteile, welche dann durch den zweiten Konkavspiegel 19b auf die Empfängerzeile 18c abgebildet werden (Abbildung auf die Empfängerzeile 18c analog zu 4).
6A zeigt im Schnitt die Darstellung einer Ausführungsvariante eines Transmissiometers für vier spektrale Kanäle. Die in 6A gezeigte Anordnung unterscheidet sich von der in 1 (ein spektraler Kanal) gezeigten Anordnung zunächst darin, dass anstelle der einzelnen Leuchtdiode 1 und der einzelnen Fokussierlinse 2 insgesamt vier Leuchtdioden 1A bis 1D und vier fokussierende Asphären 2A bis 2D verwendet werden (in der dargestellten Seitenansicht sind lediglich die Leuchtdioden 1A und 1B sowie die ihnen zugeordneten Asphären 2A und 2B sichtbar). Das divergierende Licht einer jeden Leuchtdiode 1A bis 1D wird durch die jeweils zugeordnete Asphäre 2A bis 2D jeweils in ein quasi paralleles Lichtbündel 10AI bis 10DI geformt. Die quasi parallelen Lichtbündel 10AI bis 10DI werden durch die Asphäre 6 auf einen gemeinsamen Punkt des Spiegels 7 abgebildet, wo die Lichtbündel reflektiert werden, durch die Asphäre 6 wieder in quasi parallele getrennte Lichtbündel 10AII bis 10DII geformt werden, das Messvolumen 4 erneut durchlaufen und schließlich von der Asphäre 8 auf denselben Punkt des Empfängers 9 gebündelt werden. Für alle spektralen Kanäle ist also nur ein Empfänger notwendig. Die vier Leuchtdioden 1A, 1B, 1C und 1D weisen unterschiedliche Wellenlängen auf. Die den Leuchtdioden jeweils zugeordneten Komponenten 2A, 2B, 2C und 2D können auch sphärische Linsen sein. Die Positionierung der Leuchtdioden 1A bis 1D und der Komponenten 2A bis 2D relativ zur optischen Achse wird in 6B gezeigt. 6B zeigt eine Darstellung in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse 14. Vom Prinzip her ist die Anordnung der Komponenten 1A bis 1D und 2A bis 2D jeweils in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse 14 beliebig. Die durch die optischen Komponenten eingeführten Abberationen bewirken jedoch Unterschiede in der Halbwertsbreite der Verteilung der Bestrahlungsstärke auf dem Empfänger 9 als Funktion des Abstands der Leuchtdiodenposition relativ zur optischen Achse 14. Ordner man, wie in 6B gezeigt, die Leuchtdioden 1A bis 1D auf einem Halbkreis um die optische Achse 14 an (d.h. alle Leuchtdioden und alle ihnen zugeordneten sphärischen Linsen oder Asphären 2A bis 2D haben denselben Abstand von der optischen Achse) dann haben alle Kanäle vergleichbare Abbildungsbedingungen. Beim Einsatz von Asphären für die Komponenten 6 und 8 sind die abberationsbedingten Unterschiede jedoch im allgemeinen vernachlässigbar. 6C zeigt das erfindungsgemäße Vierspektralkanal-Transmissiometer in Draufsicht, d.h. in einer Blickrichtung senkrecht zu den in 6A und 6B gegebenen Blickrichtungen.
7 zeigt ein erfindungsgemäßes Transmissiometer mit acht spektralen-Kanälen. Bei differenzierterem Herangehen an den Zustand stehender und fließender Gewässer sind die in 6 gezeigten vier Wellenlängen mitunter nicht ausreichend. Das Prinzip lässt sich auf eine Anzahl von spektralen Kanälen > 4 erweitern. Die mit den erfindungsgemäßen Konfigurationen mögliche Anzahl von Kanälen ist eine Funktion des Verhältnisses des Gerätequerschnittes zum Kanalquerschnitt (der Kanalquerschnitt ist im wesentlichen durch den Durchmesser der Kollimatoroptiken 2 bzw. der entsprechenden quasi parallelen Strahlenbündel gegeben, der Gerätequerschnitt im Wesentlichen durch den Durchmesser des Transmissiometers bzw. der Gehäuseteile senkrecht zur optischen Achse 14), wobei geometrische Randbedingungen, die von den Leuchtdioden und den optischen Komponenten ausgehen zu berücksichtigen sind. 7A entspricht der in 6A gezeigten Darstellung mit dem Unterschied, dass als Lichtquelle acht Leuchtdioden 1A bis 1H sowie ihnen zugeordnet acht Asphären 2A bis 2H verwendet werden. Die Leuchtdioden 1A bis 1H und ihre optischen Komponenten 2A bis 2H genügen dabei der geometrischen Anordnung, wie sie in 7B dargestellt ist (Schnittebene senkrecht zur optischen Achse 14): Die ersten fünf Leuchtdioden 1A bis 1E sind auf einem ersten Halbkreis um die optische Achse 14 angeordnet und die Leuchtdioden 1F bis 1H auf einem zweiten Halbkreis um die optische Achse 14 angeordnet. Der erste Halbkreis hat hierbei einen größeren Radius als der zweite, d.h. die Leuchtdioden 1A bis 1E sowie ihre optischen Komponenten 2A bis 2E haben einen größeren Abstand von der optischen Achse als die zweiten Leuchtdioden 1F bis 1H mit ihren zugehörigen Komponenten 2F bis 2H. Alle übrigen Komponenten sind identisch mit denen, die in der Konfiguration von 6 eingesetzt werden. Dies bringt den konstruktiven Vorteil, dass unterschiedliche Leuchtdiodenanzahlen bzw. Kanalzahlen mit einer optischen Basiskonfiguration und einer Gehäusekonstruktion realisiert werden können.
8 zeigt einen Gehäuseentwurf, der für unterschiedliche Anzahlen von spektralen Kanälen eingesetzt werden kann. 8A zeigt hierbei zunächst die bereits bisher beschriebenen Komponenten 1 bis 12. Zusätzlich ist ein zylinderförmiges, hohles, rohrartiges Gehäuse 15 gezeigt, welches einen Durchmesser von 74 mm und eine Länge von 300 mm aufweist (8c). Das Gehäuse 15 weist im Zylindermantel zwei gegenüberliegende rechteckförmige Öffnungen 15A auf, durch die das auszumessende Medium in das Gehäu se gelangen kann und den Messbereich 4 ausfüllen kann. Die beiden Gehäuseteile 11 und 12 werden auf unterschiedlichen Seiten der Durchflussöffnungen 15A in das Hohlrohr 15 eingebracht. Der Gehäuseteil 12 befindet sich so in dem rohrartigen Gehäuse 15, dass er verschiebbar längs der optischen Achse 14 ist, jedoch nicht drehbar um diese angeordnet ist. Der Gehäuseteil 11 ist fest in das rohrartige Gehäuse 15 integriert. Das Teil 16 dient einerseits als Griff und Halterung, andererseits ist darin ein Empfänger für das im Messvolumen 4 erzeugte Streulicht und ein Empfänger zur Messung von im Messvolumen 4 erzeugtem Fluoreszenzlicht untergebracht, da diese Messung senkrecht zu dem regulären Strahlverlauf, der parallel zur optischen Achse liegt, erfolgen muss. 8B zeigt eine seitliche Ansicht eines vier spektrale Kanäle umfassenden erfindungsgemäßen Transmissiometers, in der die einzelnen in 8A dargestellten Teile integriert sind. 8C zeigt eine dreidimensionale Ansicht des rohrartigen Gehäuses 15 sowie des Halteelementes 16. 8D veranschaulicht die Dimensionen des Gehäuses 15 sowie des Haltelementes 16.
9 zeigt die relative Strahlungsleistung am Empfänger 9 als Funktion der optischen Weglänge (zweimal Strecke 13). Für die limnologisch interessanten Wellenlängen WL1 bis WL4 (360 nm, 400 nm, 435 nm und 675 nm). Für diese Wellenlängen wurde die Strahlungsleistung am Empfänger 9 als Funktion der optischen Weglänge mit der in 6 gezeigten, vier spektrale Kanäle umfassenden Transmissiometer-Konfiguration berechnet. Die Ausgangsleistung der Leuchtdioden wurde auf 1,0 normiert, so dass die Multiplikation des realen Leuchtdiodenwerts der Strahlungsleistung entsprechend Datenblatt mit dem Diagrammwert zur integrierten Strahlungsleistung am Empfänger 9 führt. Der Funktionsverlauf ist in erster Näherung eine Gerade mit Steigung Null, d.h. für jeden Einstellwert der optischen Weglänge ergibt sich der gleiche Strahlungsfluss durch den Querschnitt des Messkanals. Die Bestrahlungsstärke im Querschnitt des Messkanals bestimmt den Wert der optischen Weglänge, bei der in stark belasteten Gewässern die Absorption so groß ist, dass die Rückstreuung aus dem Messvolumen 4 auf den Empfänger 9 einen größeren Signalwert erzeugt, als das durch das Durchlaufen der Lichtwege 10I und 10II geschwächte Ausgangssignal bzw. Nutzsignal. Bei kleinen Kanalquerschnitten (beispielsweise 9 mm Durchmesser), wie sie in der hier betrachteten Konfiguration verwendet werden, ergeben sich hohe Bestrahlungsstärken, was in Kombination mit dem dargestellten Funktionsverlauf große Werte derjenigen optischen Weglänge bewirkt, bei der die Absorption so groß ist, dass das Rückstreusignal einen größeren Signalwert erzeugt als das Nutzsignal. Die Unterschiede für die einzelnen Wellenlängen, die im Diagramm dargestellt bzw. zu sehen sind, ergeben sich durch die Dispersion der eingesetzten optischen Medien. Die Berechnung der Strahlungsleistung am Empfänger erfolgte ohne Einbringung eines schwächenden Fluids in das Messvolumen 4.

Claims

Transmissiometer zur Messung der Transmission von durch Streuung und Absorption geschwächtem Licht insbesondere in Fluiden mit mindestens einer Lichtquelle (1) zur Einstrahlung von Licht in ein fluidbefüllbares und/oder mit einem Festkörper befüllbares und/oder ausfüllbares Messvolumen (4), mit einer Reflexionseinheit (7) zur Reflexion des durch das Messvolumen (4) transmittierten Lichtanteils des eingestrahlten Lichts zurück in das Messvolumen (4) und einer Empfangseinheit (9) zum Nachweis des an der Reflexionseinheit (7) reflektierten und erneut durch das Messvolumen (4) transmittierten Lichtanteils des eingestrahlten Lichts, dadurch gekennzeichnet, dass mit mindestens einer Kollimatoroptik (2) aus von der Lichtquelle (1) ausgesendetem Licht ein erstes kollimiertes Lichtbündel (10I) erzeugbar und in das Messvolumen (4) einkoppelbar ist, dass mit einer ersten Fokussiereinheit (6) ein solchermaßen kollimiertes erstes Lichtbündel (10I) auf die Reflexionseinheit (7) fokussierbar ist, dass aus einem solchermaßen fokussierten, an der Reflexionseinheit (7) reflektierten Lichtbündel ein zweites kollimiertes Lichtbündel (10II) erzeugbar ist und dass ein solchermaßen kollimiertes zweites Lichtbündel (10II) auf die Empfangseinheit (9) fokussierbar ist.
Transmissiometer nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite kollimierte Lichtbündel (10II) durch die erste Fokussiereinheit (6) erzeugbar ist oder dass das zweite kollimierte Lichtbündel (10II) durch eine weitere Fokussiereinheit erzeugbar ist.
Transmissiometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite kollimierte Lichtbündel (10II) durch eine zweite Fokussiereinheit (8) auf die Empfangseinheit (9) fokussierbar ist oder dass das zweite kollimierte Lichtbündel (10II) durch die Kollimatoroptik (2) auf die Empfangseinheit (9) fokussierbar ist oder dass das erste Lichtbündel (10I) durch die Kollimatoroptik (2) kollimierbar ist und dass das zweite Lichtbündel (10II) durch die Kollimatoroptik (2) auf die Empfangseinheit (9) fokussierbar ist.
Transmissiometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste kollimierte Lichtbündel (10I) durch die erste Fokussiereinheit (6) ablenkbar ist.
Transmissiometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein erstes Gehäuseteil (11) und ein zweites Gehäuseteil (12), wobei die beiden Gehäuseteile (11, 12) gegeneinander verschiebbar sind und wobei die optische Weglänge durch das Messvolumen (4) durch eine Änderung der relativen Position der beiden Gehäuseteile (11, 12) zueinander einstellbar ist.
Transmissiometer nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseteil (11) mindestens eine der Lichtquellen (1), mindestens eine der Kollimatoroptiken (2) und die Empfangseinheit (9) umschließt oder beinhaltet und/oder ein erstes Schutzglas (3) aufweist und/oder dass das zweite Gehäuseteil (12) die erste Fokussiereinheit (6) und die Reflexionseinheit (7) umschließt oder beinhaltet und/oder ein zweites Schutzglas (5) aufweist.
Transmissiometer nach Anspruch 3 und nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseteil (11) die zweite Fokussiereinheit (8) umschließt oder beinhaltet.
Transmissiometer nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gehäuseteil (12) in einem Hohlrohr (15) angeordnet ist, wobei das zweite Gehäuseteil (12) relativ zum Hohlrohr (15) verschiebbar ist und/oder dass das erste Gehäuseteil (11) fest in dem Hohlrohr (15) angeordnet ist.
Transmissiometer nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrohr (15) zwei gegenüberliegende Öffnungen so aufweist, dass durch sie ein Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit, in das Messvolumen (4) einleitbar ist und/oder dass eine Halterungseinheit (16) am Hohlrohr (15) angeordnet ist zum Halten des Transmissiometers.
Transmissiometer nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in die Halterungseinheit (16) Empfänger zur Bestimmung von in dem Messvolumen (4) erzeugtem Streulicht und/oder Fluoreszenzlicht integriert sind.
Transmissiometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fokussiereinheit (6) und die Empfangseinheit (9) und die Reflexionseinheit (7) auf einer Achse (14) zentriert angeordnet sind.
Transmissiometer nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Lichtquellen (1) und/oder mindestens eine der Kollimatoroptiken (2) außerhalb der Achse (14) so angeordnet ist, dass das erste kollimierte Lichtbündel (10I) und/oder das zweite kollimierte Lichtbündel (10II) außerhalb der Achse (14) und im wesentlichen parallel zu dieser verlaufend erzeugbar ist.
Transmissiometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste kollimierte Lichtbündel (10I) und das zweite kollimierte Lichtbündel (10II) versetzt zueinander erzeugbar sind.
Transmissiometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Kollimatoroptiken (2) und/oder die erste Fokussiereinheit (6) eine sphärische Linse und/oder eine Asphäre und/oder einen sphärischen Spiegel und/oder einen asphärischen Spiegel und/oder ein gradientenoptisches Element und/oder ein diffraktives Element aufweist.
Transmissiometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionseinheit (7) einen Spiegel, insbesondere einen Planspiegel und/oder ein diffraktives Element aufweist.
Transmissiometer nach einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Fokussiereinheit (8) eine sphärische Linse und/oder eine Asphäre und/oder einen sphärischen Spiegel und/oder einen asphärischen Spiegel und/oder ein gradientenoptisches Element und/oder ein diffraktives Element aufweist.
Transmissiometer nach Anspruch 3 und nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Fokussiereinheit (8) auf der Achse (14) zentriert angeordnet ist.
Transmissiometer nach Anspruch 3 und nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Fokussiereinheit (8) eine sphärische ½-Linse oder eine ½-Asphäre aufweist und mindestens eine der Lichtquellen (1) und die Empfangseinheit (9) im wesentlichen in einer Ebene senkrecht zur Achse (14) angeordnet sind.
Transmissiometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Lichtquellen (1) eine Leuchtdiode oder eine Blitzlampe oder eine Halogenlampe aufweist.
Transmissiometer nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass durch mindestens eine der Leuchtdioden eine Lichtwellenlänge abstrahlbar ist, die einer Absorptionswellenlänge einer in das Messvolumen (4) einbringbaren Substanz entspricht und/oder dass durch mindestens eine der Leuchtdioden Licht der Wellenlänge 360nm, 400nm, 435nm oder 675nm abstrahlbar ist.
Transmissiometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang nach der Lichtquelle (1) durch eine gegen den Zentralstrahl geneigte planparallele Platte und/oder ein Prisma Licht als Referenzsignal ausblendbar ist und/oder dass von einer der Kollimatoroptiken (2) nicht erfassbares Licht mit Hilfe eines Spiegels so ausblendbar ist, dass es auf einen Referenzempfänger reflektierbar ist.
Transmissiometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Filterrad (17) mit mindestens einem Filter (17a–17e) zur Selektion eines Lichtwellenlängenbereiches, wobei das Filterrad (17) so angeord net ist, dass durch einen der Filter (17a–17e) Licht eines definierten Lichtwellenlängenbereiches auf die Empfangseinheit (9) leitbar ist.
Transmissiometer nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterrad (17) drehbar und motorgetrieben und/oder manuell einstellbar ist.
Transmissiometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinheit (9) eine Photozelle und/oder einen Zeilendetektor und/oder einen Flächendetektor aufweist.
Transmissiometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinheit (9) eine Spaltblende (18a), ein diffraktives Element (18b) und einen Zeilen- oder Flächendetektor (18c) oder eine Seya-Namioka-Spektrometeranordnung aufweist.
Transmissiometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinheit (9) eine Spaltblende (18a), ein diffraktives Element (18b), mindestens zwei Konkavspiegel (19a, 19b) und einen Zeilen- oder Flächendetektor (18c) oder eine Czerny-Turner-Spektrometeranordnung aufweist.
Transmissiometer nach einem der Ansprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass das diffraktive Element (18b) ein vorzugsweise aberrationskorrigiertes Gitter und/oder ein Prisma aufweist.
Transmissiometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Lichtquellen (1A, 1B) unterschiedlicher Wellenlängen und mindestens zwei Kollimatoroptiken (2A, 2B) so angeordnet sind, dass durch die Kollimatoroptiken (2A, 2B) aus dem Licht jeder Lichtquelle (1A, 1B) jeweils ein erstes kollimiertes Lichtbündel (10AI, 10BI) erzeugbar ist, dass die solchermaßen kollimierten ersten Lichtbündel (10AI, 10BI) durch die erste Fokussiereinheit (6) auf die Reflexionseinheit (7) fokussierbar sind, dass aus den solchermaßen fokussierten, an der Reflexionseinheit (7) reflektierten Lichtbündeln zweite kollimierte Lichtbündel (10AII, 10BII) erzeugbar sind und dass solchermaßen kollimierte zweite Lichtbündel (10AII, 10BII) auf die Empfangseinheit (9) fokussierbar sind.
Transmissiometer nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die kollimierten zweiten Lichtbündel (10AII, 10BII) im wesentlichen auf denselben Punkt oder vielmehr dieselbe Fläche der Empfangseinheit (9) fokussierbar sind.
Transmissiometer nach Anspruch 11 und nach einem der Ansprüche 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Lichtquellen (1A, 1B) und/oder mindestens zwei der Kollimatoroptiken (2A, 2B) außerhalb der Achse (14) so angeordnet sind, dass mindestens zwei der ersten kollimierten Lichtbündel (10AI, 10BI) und/oder der zweiten kollimierten Lichtbündel (10AII, 10BII) außerhalb der Achse (14) und im wesentlichen parallel zu dieser verlaufend erzeugbar sind.
Transmissiometer nach Anspruch 11 und nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Lichtquellen (1A, 1B) und/oder mindestens zwei der Kollimatoroptiken (2A, 2B) jeweils in einer Ebene senkrecht zur Achse (14) mit unterschiedlichem Abstand zur Achse (14) angeordnet sind.
Transmissionsmessverfahren zur Messung der Transmission von durch Streuung und Absorption geschwächtem Licht, insbesondere in Fluiden mit einem Transmissiometer, wobei von mindestens einer Lichtquelle (1) abgestrahltes Licht in ein mit einem Fluid, insbe sondere einer Flüssigkeit, zumindest teilweise befülltes und/oder mit einem Festkörper zumindest teilweise ausgefülltes Messvolumen (4) eingekoppelt wird, wobei der durch das Messvolumen (4) transmittierte Lichtanteil des eingekoppelten Lichts mit einer Reflexionseinheit (7) zurück in das Messvolumen (4) reflektiert wird und wobei der reflektierte und erneut durch das Messvolumen (4) transmittierte Lichtanteil des eingekoppelten Lichts durch eine Empfangseinheit (9) nachgewiesen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das von mindestens einer der Lichtquellen (1) abgestrahlte Licht vor Eintritt in das Messvolumen (4) in ein erstes Lichtbündel (10I) kollimiert wird, dass das erste kollimierte Lichtbündel (10I) nach dem Durchlaufen des Messvolumens (4) auf die Reflexionseinheit (7) fokussiert wird, dass das auf die Reflexionseinheit (7) fokussierte und an ihr reflektierte Lichtbündel so kollimiert wird, dass es das Messvolumen (4) als ein zweites kollimiertes Lichtbündel (10II) durchläuft, und dass das zweite kollimierte Lichtbündel (10II) nach dem Durchlaufen des Messvolumens (4) auf die Empfangseinheit (9) fokussiert wird.
Messverfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Messung verwendete Transmissiometer nach einem der Ansprüche 1 bis 31 aufgebaut ist.
Messverfahren nach einem der Ansprüche 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass das erste kollimierte Lichtbündel (10I) und das zweite kollimierte Lichtbündel (10II) das Messvolumen (4) versetzt zueinander durchlaufen.
Messverfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (1) eine Wellenlänge abstrahlt, die einer Absorptionswellenlänge des im Messvolumen (4) eingebrachten Fluids oder Festkörpers entspricht und/oder dass die Lichtquelle (1) Licht der Wellenlänge 360nm, 400nm, 435nm oder 675nm abstrahlt.
Messverfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang nach der Lichtquelle (1) ein Referenzsignal ausgeblendet wird und/oder dass in das Messvolumen (4) nicht eingekoppeltes Licht als Referenzsignal verwendet wird.
Messverfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass im Messvolumen (4) erzeugtes Streulicht und/oder im Messvolumen (4) erzeugtes Fluoreszenzlicht detektiert wird.
Messverfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht gefiltert wird, bevor es auf die Empfangseinheit (9) geleitet und mit dieser nachgewiesen wird.
Messverfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass das von mindestens zwei Lichtquellen (1A, 1B) unterschiedlicher Wellenlänge abgestrahlte Licht so in das fluidbefüllte oder mit einem Festkörper befüllte Messvolumen (4) eingekoppelt wird, dass es das Messvolumen (4) als erste kollimierte Lichtbündel (10AI, 10BI) durchläuft, dass die kollimierten ersten Lichtbündel (10AI, 10BI) nach Durchlaufen des Messvolumens (4) auf die Reflexionseinheit (7) fokussiert werden, dass die auf die Reflexionseinheit (7) fokussierten Lichtbündel an dieser so reflektiert werden, dass sie das Messvolumen (4) als zweite kollimierte Lichtbündel (10AII, 10BII) durchlaufen und dass die kollimierten zweiten Lichtbündel (10AII, 10BII) auf die Empfangseinheit (9) fokussiert werden.
Messverfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die kollimierten zweiten Lichtbündel (10AII, 10BII) im wesentlichen auf denselben Punkt oder vielmehr dieselbe Fläche der Empfangseinheit (9) fokussiert werden.
Messverfahren nach einem der Ansprüche 39 oder 40, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fokussiereinheit (6), die Empfangseinheit (9) und die Reflexionseinheit (7) auf einer Achse (14) zentriert sind und dass die kollimierten ersten Lichtbündel (10AI, 10BI) und/oder die kollimierten zweiten Lichtbündel (10AII, 10BII) so geführt werden, dass sie das Messvolumen (4) außerhalb der Achse (14) durchlaufen.
Messverfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die kollimierten ersten Lichtbündel (10AI, 10BI) und/oder die kollimierten zweiten Lichtbündel (10AII, 10BII) zumindest teilweise in unterschiedlichem Abstand zur Achse (14) durch das Messvolumen (4) geführt werden.
Messverfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass ein an der Empfangseinheit (9) durch das auffokussierte Licht entstehendes Signal mit einem mit Hilfe ungeschwächten Lichts bestimmten Referenzsignal verglichen wird, um die Absorption im Messvolumen (4) zu bestimmen.
Verwendung eines Transmissiometers nach einem der Ansprüche 1 bis 31 oder eines Messverfahrens nach einem der Ansprüche 32 bis 43 im Bereich der Gewässerkunde oder zur Messung limnologischer Parameter oder im Bereich der Transmissionsbestimmung durch Festkörper.
Verwendung nach Anspruch 44 zum Nachweis der Ab- oder Anwesenheit und/oder zur Bestimmung der Konzentration von organischen Stoffen in stehenden oder fließenden Gewässern.