DE102007014516A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung des photoakustischen Signals mit rechnergestützter Auswertung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des photoakustischen Signals in einer photoakustischen Zelle (4) mit mehreren Lichtquellen (5, 6, 7, 8), welche bei unterschiedlicher Wellenlänge Licht emittieren. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Wählen einer Abtastfrequenz, mit der Signale digitalisiert werden; Festlegen einer Modulationsfrequenz für jede Lichtquelle (5, 6, 7, 8), die sich durch Division der Abtastfrequenz durch einen für jede Lichtquelle (5, 6, 7, 8) unterschiedlichen ganzzahligen Divisionswert ergibt; gleichzeitige Anregung mit den Lichtquellen (5, 6, 7, 8), welche jeweils bei unterschiedlicher Wellenlänge mit der festgelegten Modulationsfrequenz Licht emittieren, wobei der entstehende Schalldruck mit einem Schalldruckaufnehmer (3) gemessen wird und das so erhaltene Schallsignal digitalisiert wird; Ermittlung des der jeweiligen Lichtquelle zuzuordnenden Absorptionswerts durch Auswertung einer Abfolge von digitalisierten Messwerten, deren Anzahl das Produkt eines gewählten Multiplikationswerts und des Divisionswerts ist, durch ein Rechenverfahren, welches die Messwertanteile, die mit der Periode der Modulationsfrequenz periodisch sind, herausfiltert.

Description

• Technisches Gebiet
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des photoakustischen Signals mit rechnergestützter Auswertung
• Stand der Technik
• Als Messverfahren, mit dem das Vorhandensein oder die Konzentration von Substanzen, welche Licht absorbieren, bestimmt werden kann, setzt sich zunehmend die photoakustische Spektroskopie durch. Hierbei erfolgt eine Anregung mit Licht, welches von den zu untersuchenden Substanzen absorbiert wird. Durch die Absorption erfolgt eine Erwärmung, die zu einer Ausdehnung des umgebenden Gases oder der umgebenden Flüssigkeit oder des umgebenden Festkörpers führt. Aus dieser Erwärmung erfolgt eine Druckwelle. Bei periodischer oder gepulster Anregung kann dies zu einer Schallwelle führen. Diese Schallwelle kann mit einem Schalldruckaufnehmer gemessen werden. Das so erhaltene Signal ist ein Maß für die Konzentration der zu untersuchenden Substanzen. Eine verbreitete Möglichkeit der Messung ist die Anregung mit einer modulierten Lichtquelle. Wenn das Anregungslicht moduliert ist, so muss auch das entsprechende akustische Signal moduliert sein. Diese Erkenntnis wird zur Unterdrückung des Hintergrundsignals genutzt. Gängig ist dabei die Verwendung von Lock-In-Verstärkern, die mit aufwendiger Elektronik aus dem erhaltenen Signal diejenigen Anteile, die mit der Modulationsfrequenz übereinstimmen, herausfiltern. Auf diese Weise ist es auch möglich, mit unterschiedlichen Lichtquellen, welche bei unterschiedlicher Wellenlänge Licht emittieren und die mit der Modulationsfrequenz moduliert sind, mehrere Stoffe nacheinander zu untersuchen. Es ist auch möglich, zwei Stoffe gleichzeitig mit zwei Lichtquellen zu messen, die mit derselben Modulationsfrequenz, aber gegenphasig moduliert sind. Nachteilig daran ist, dass die erforderliche Messtechnik sehr aufwendig ist und daher sehr teuer ist.
• Beschreibung
• Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein preisgünstiges Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung bereitzustellen, mit denen mehrere zu untersuchende Stoffe gleichzeitig gemessen werden können.
• Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen an.
• Es wurde erkannt, dass ein Verfahren zur Messung des photoakustischen Signals bei einer Anregung mit mehreren Lichtquellen, welche bei unterschiedlicher Wellenlänge Licht emittieren, bereit zu stellen ist. Mit diesem Verfahren soll der Einsatz aufwendiger Messtechnik vermieden werden. Dieses Verfahren weist folgende Schritte auf:
  Es ist eine Abtastfrequenz zu wählen, mit der das Signal des Schalldruckaufnehmers zu digitalisieren ist. sind. Diese liegt typischerweise im Bereich mehrerer hundert Kilohertz. Weiterhin ist eine Modulationsfrequenz für jede Lichtquelle zu wählen. Dabei ergibt sich die Modulationsfrequenz durch die Division der Abtastfrequenz durch eine für jede Lichtquelle unterschiedlichen ganzzahligen Divisionswert. Während bei der Modulationsfrequenz eine gewisse Ungenauigkeit hinzunehmen ist, sollte der Divisionswert sehr exakt eingehalten werden. Etwa mit einem Zähler, der geeignet ist, Modulationsfrequenzen bereit zu stellen, die sich durch Teilen der Abtastfrequenz ergeben, ist dies jedoch gut zu bewerkstelligen. Damit erfolgt eine gleichzeitige Anregung mit den Lichtquellen, welche jeweils bei unterschiedlicher Wellenlänge mit der festgelegten, aber unterschiedlichen Modulationsfrequenzen Licht emittieren. Der entstehende Schalldruck, also das photoakustische Signal, wird mit einem Schalldruckaufnehmer, üblicherweise einem Mikrofon, gemessen. Das erhaltene Messsignal wird mit der Abtastfrequenz digitalisiert. Die Ermittlung der der jeweiligen Lichtquelle zuzuordnenden Signalanteile erfolgt durch Auswertung einer Abfolge von digitalisierten Messwerten. Die Anzahl der Messwerte in der Abfolge ergibt sich aus dem Produkt eines gewählten Multiplikationswerts – wie später dargelegt ist dies die Zahl der ausgewählten Perioden – mit dem oben genannten Divisionswert. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass zur Auswertung eine Abfolge der gleichen Zahl ganzer Perioden der jeweiligen Modulation zur Verfügung stehen. Die Zahl der Perioden entspricht dem gewählten Multiplikationswert. Dies soll anhand nachfolgender Rechenüberlegungen verdeutlicht werden. Zunächst ist festzuhalten, dass die Dauer einer Modulationsperiode dem Kehrwert der Modulationsfrequenz entspricht. Die Zahl der in einer Modulationsperiode aufgenommenen Messwerte ist das Produkt aus Abtastfrequenz und der Dauer einer Modulationsperiode. Da die Modulationsfrequenz sich aus der Division der Abtastfrequenz durch den Divisionswert ergibt, ist die Dauer einer Periode, also der Kehrwert der Modulationsfrequenz, somit das Verhältnis von Divisionswert zu Abtastfrequenz. Die Zahl der Messwerte in einer Modulationsperiode ist demzufolge das Produkt aus Abtastfrequenz mit dem Verhältnis von Divisionswert zu Abtastfrequenz. Die Zahl der Messwerte in einer Modulationsperiode ist also gleich dem Divisionswert. Nachfolgend soll dies nochmals übersichtlich dargestellt werden: Dauer Modulationsperiode = 1/Modulationsfrequenz (1) Messwerte pro Modulationsperiode = Dauer Modulationsperiode·Abtastfrequenz (2) Modulationsfrequenz = Abtastfrequenz/Divisonswert (3)(3) in (1) Dauer Modulationsperiode = Divisonswert/Abtastfrequenz (4)(4) in (2) Messwerte pro Modulationsperiode = Divisonswert/Abtastfrequenz·Abtastfrequenz Messwerte pro Modulationsperiode = Divisonswert (5)
• Somit kann verblüffend einfach sichergestellt werden, dass für die jeweilige Lichtquelle eine Abfolge von ganzen Modulationsperioden ausgewählt ist. Damit ist es vergleichsweise einfach möglich, durch ein Rechenverfahren, welches die Messwertanteile, die mit der Periode der Modulationsfrequenz periodisch sind, herauszufiltern.
• Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass die einzelnen Schritte nicht zwingend alle in der vorliegend genannten Reihenfolge ausgeführt werden müssen.
• Es wird klargestellt, dass die unterschiedlichen Lichtquellen auch dadurch realisiert werden können, dass aus einer Lichtquelle stammendes Licht spektral zerlegt wird. Um das oben geschilderte Verfahren durchführen zu können, ist es freilich erforderlich, das spektral zerlegte Licht modulieren zu können.
• Ein besonders einfaches Rechenverfahren zur Auswertung setzt voraus, dass der Multiplikationswert geradzahlig, insbesondere eine Potenz von zwei ist, also gleich 2^m mit geradzahligem positivem m ist. Dann kann ein Rechenverfahren mit folgenden Schritten zur Anwendung kommen. Die Zahl der einzelnen digitalisierten Messwerte in der ausgewählten Abfolge ist der Multiplikationswert multipliziert mit dem Divisionswert. Die Abfolge der digitalisierten Messwerte wird in zwei gleich lange Teilabfolgen geteilt. Die Werte der Teilabfolgen werden derart addiert, dass der n-te Wert der ersten Teilabfolge mit dem n-ten Wert der zweiten Teilabfolge addiert wird. Dies stellt sicher, dass die jeweils passenden Werte addiert werden. Es werden also Werte zu Beginn einer Periode mit Werten zu Beginn der entsprechenden Periode der anderen Teilabfolge, Werte in der Mitte einer Periode mit Werten in der Mitte der entsprechenden Periode der nächsten Teilabfolge, Werte am Ende einer Periode mit Werten am Ende der entsprechenden Periode in der nächsten Teilabfolge addiert. Auf diese Weise verstärken sich nur die periodisch übereinstimmenden Signale. Das zufällige, also nicht periodische Rauschsignal augrund von elektronischen oder mechanischen Störungen im Schalldruckaufnehmer und der Auswerteelektronik sowie der allgemeine Hintergrundschall, wird auf diese Weise nicht verstärkt, eher sogar ausgeglichen. Insbesondere werden auch die Signale, die aus der Anregung mit anderen Modulationsfrequenzen stammen nicht verstärkt. Dies hängt auch mit der Art des Schalldrucks zusammen, der positiv oder negativ sein kann, da es sich um Schallwellen handelt. Wenn der Schalldruckaufnehmer eine Membran aufweist, dann zeigt sich ein hoher Schallpegel nicht darin, dass die Membran in eine Richtung von der Ruhelage ausgelenkt wird und darin verbleibt. Die Membran schwingt vielmehr von den Schallwellen getrieben um die Ruhelage. Die beschriebenen Verfahrensschritte, Halbierung der Abfolgen und Addieren der so erhaltenen Teilabfolgen, können wiederholt werden, bis nur eine Periode bleibt, die eine Anzahl von Messdaten enthält, die dem Divisionswert entspricht. Beträgt der Divisionswert 2^m können die Verfahrenschritte m-Mal durchgeführt werden, bis genau eine ganze Periode verbleibt. Je öfter das Verfahren wiederholt wird, desto genauer werden die Messdaten.
• Eine geeignete Möglichkeit der weiteren Auswertung ist anschließend die so erhaltenen Werte zu quadrieren, die Quadrate zu addieren und aus der Quadratsumme die Wurzel zu ziehen, also den Effektivwert zu berechnen. Damit wird rechnerisch gewährleistet, dass auch die Beiträge durch negativen Schalldruck als positives Signal erscheinen. Ferner wird erreicht, dass höhere Amplituden einen stärkeren Beitrag zum Signal leisten. Dies trägt weiter zum Unterdrücken des Rauschsignals bei.
• Alternativ kann anstelle der Berechnung der Wurzel der Quadratsumme auch der Mittelwert der Beträge berechnet werden. Es ist abhängig vom Einzelfall und letztlich durch Kalibrierung zu ermitteln, welches der Verfahren zur Konzentrationsbestimmung am besten geeignet ist. Es ist auch möglich die Komponenten der Fourier-Reihe zu berechnen.
• Ein höherer Multiplikationswert und damit die Auswertung über eine größere Zahl von Modulationsperioden bietet generell den Vorteil, dass die Unterscheidung welche Anregungswellenlänge in welchem Maße zum Signal beiträgt, genauer erfolgt. Dies wird deutlich, wenn man sich den praktisch völlig untauglichen Extremfall eines Multiplikationswerts von 2 vor Augen hält. Das oben geschilderte Auswertungsverfahren beruht darauf, dass durch Addition des n-ten Werts einer Periode mit dem entsprechenden n-ten Wert der nächsten Periode nur die periodisch auftretenden Werte verstärkt werden. Wenn sich die Dauer der Modulationsperioden und die Modulationsfrequenzen nur geringfügig unterscheiden, hat auch in der zweiten Modulationsperiode das Signal, das von einer Anregung mit einer anderen als der auszuwertenden Modulationsfrequenz herrührt, etwa denselben Verlauf wie in der ersten Modulationsperiode.
• Eine besonders hohe Empfindlichkeit wird erreicht, wenn die Modulationsfrequenzen so nahe der Resonanzfrequenz der verwendeten Messzelle liegen, dass eine Verstärkung des photoakustischen Signals durch Resonanz in der photoakustischen Zelle erfolgt. Dabei ist klar, dass die Modulationsfrequenz allenfalls für eine Anregungslichtquelle genau bei der Resonanzfrequenz liegen kann. Die anderen Modulationsfrequenzen müssen sich ja leicht unterscheiden. Die Unterschiede in der Modulationsfrequenz sind allerdings bei hinreichend hoher Abtastfrequenz und hinreichend hohem Divisionswert so hinnehmbar niedrig, dass für jede Modulationsfrequenz die Verstärkung hinreichend hoch ist.
• Um resonante Messungen durchführen zu können, ist ein geeigneter Wert für den Divisionswert ein Wert von ungefähr 50. Freilich kann nur ein Divisionswert genau 50 betragen und die übrigen müssen jeweils andere ganzzahlige Werte einnehmen. Die maximale Abtastfrequenz der zu einem hinnehmbaren Preis erhältlichen A/D-Konverter beträgt in der Regel nicht mehr als 500 kHz. Der Gütefaktor (Q-Faktor) der üblichen Resonatoren beträgt etwa 20. Der Q-Faktor ist definitionsgemäß der Quotient aus Resonanzfrequenz und der Halbwertsbreite. Da die Resonanzfrequenz üblicherweise im Bereich mehrerer 1000 Hz liegt, ist ein Divisionswert von etwa 50 zu wählen, damit alle Modulationsfrequenzen nahe der Resonanzfrequenz liegen können.
• Eine einfache Modulation der Lichtquelle wird dadurch erreicht, dass als Ausgangsintensität der Lichtquelle die Summe einer Konstanten und einer Rechtecksfunktion oder Sinusfunktion eingestellt wird. Wird als Lichtquelle beispielsweise ein Diodenlaser gewählt, so genügt es, den Strom entsprechend zu regeln.
• Um eine Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens bereitzustellen, ist ein Quarzoszillator erforderlich, der die entsprechende Abtastfrequenz bereitstellt. Auch ist ein Zähler erforderlich, welcher geeignet ist, Modulationsfrequenzen bereitzustellen, die durch Teilen der Abtastfrequenz durch einen ganzzahligen Divisionswert gegeben sind. Ferner sind mehrere Lichtquellen, welche Anregungslicht bei unterschiedlichen Wellenlängen bei jeweiligen Modulationsfrequenzen zur Anregung bereitstellen können, erforderlich. Zudem wird ein Schalldruckaufnehmer, welcher den Schalldruck messen kann, benötigt. Weiterhin ist ein Analog-/Digitalwandler erforderlich, der das Messsignal digitalisieren kann. Schließlich ist ein Rechner erforderlich, der ausgebildet ist, die digitalisierten Messwerte zu speichern und ein Rechenverfahren, welches die Messwertanteile, die mit der Periode der Modulationsfrequenz periodisch sind, herausfiltert, durchführen kann. Dabei ist klar, dass die Speicherung der digitalisierten Messwerte nicht im Rechner selbst erfolgen muss, sondern auf einer Speichereinheit erfolgen kann. Bei all den genannten Bauteilen handelt es sich um Standardbauteile, die als Massenware billig und zuverlässig erhältlich sind. Insbesondere ist es möglich, den früher notwendigen Lock-in-Verstärker durch einen in der Regel ohnehin vorhandenen Rechner und eine einfache Analog-/Digitalwandlerkarte zu ersetzen. Diese deutliche Senkung an apparativem Aufwand gestattet eine Anwendung des Verfahrens und einen Einsatz der Messvorrichtung auch für Anwendungen, bei denen die photoakustische Messung bisher wegen zu hoher Kosten nicht in Betracht gekommen ist.
• Mit der oben beschriebenen Vorrichtung lässt sich besonders einfach ein photoakustisches Messsystem zur Bestimmung mehrerer Schadstoffe realisieren, welche jeweils bei unterschiedlichen, von den jeweiligen Lichtquellen emittierten Wellenlängen absorbieren.
• Ausführungsbeispiel
• Ohne Einschränkung der Allgemeinheit wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels nachfolgend näher beschrieben.
• Dabei zeigt 1 einen schematischen Aufbau der Messanordnung. Ein Quarzoszillator 1 stellt eine Abtastfrequenz von f_s = 320 KHz bereit. Diese Abtastfrequenz wird zum einen an den Zähler 2 übergeben und zum anderen an den Analog-Digital-Konverter 9. Der Zähler 2 teilt die vom Quarzoszillator 1 bereitgestellte Abtastfrequenz sauber in einzelne Modulationsfrequenzen auf. Zur Bereitstellung der ersten Modulationsfrequenz f_m1 wird ein Divisionswert von 50 verwendet. Die erste Modulationsfrequenz beträgt damit f_s/50 = 6400 Hz. Zur Bereitstellung der zweiten Modulationsfrequenz f_m2 wird ein Divisionswert von 49 verwendet. Die zweite Modulationsfrequenz f_m2 beträgt folglich f_s/49 = 6530,6 Hz. Der Divisionswert für die dritte Modulationsfrequenz f_m3 beträgt 48, womit sich die dritte Modulationsfrequenz zu f_s/48 = 6666,7 Hz ergibt. Die vierte Modulationsfrequenz f_m4 ergibt sich schließlich zu f_s/47 = 6808,5 Hz, da der Divisionswert 47 gewählt ist. Da die photoakustische Zelle 4 eine Resonanzfrequenz von 6600 Hz und Q-Faktor von 15 aufweist, liegen die somit erreichten Modulationsfrequenzen alle nahe der Resonanzfrequenz. Mit dem Q-Faktor von 15 ergibt sich definitionsgemäß eine Halbwertsbreite der Resonanzkurve von 6600/15 = 440 Hz. Damit ist auch bei einer Frequenz von 6380 Hz auf der einen Seite und 6820 Hz auf der anderen Seite immer noch eine Resonanzverstärkung erreichbar, die etwa 0,7 mal so groß ist wie die Resonanzverstärkung bei 6600 Hz. Die jeweiligen Modulationsfrequenzen werden genutzt, um zugeordnete Diodenlaser zu modulieren. Dabei wird der an die Laser 5, 6, 7, 8 angelegte Strom moduliert, so dass sich ein Rechteckstromfluss mit der Modulationsfrequenz ergibt. Die resultierende Strahlung aus den Diodenlasern wird fokussiert und durch Lichtwellenleiter in die photoakustische Zelle 4 gebracht, in der sich die zu untersuchenden Substanzen befinden. Der Schalldruckaufnehmer 3 misst den Schalldruck in der photoakustischen Zelle 4. Das so erhaltene Schallsignal wird im Analog-Digital-Konverter 9, der im Rechner 10 integriert sein kann, mit der vom Quarzoszillator 1 bereitgestellten Abtastfrequenz f, digitalisiert. Die Messwerte werden an den Rechner 10 übergeben. Dabei wird im Rechner 10 eine 256 KB lange Abfolge gespeichert.
• Sodann werden für die einzelnen Modulationsfrequenzen jeweils 4096 (= 2¹²) ganze Perioden ausgewählt. Wie bereits weiter vorne dargelegt ist die Zahl der Messwerte in einer Periode gleich dem Divisionswert. Somit sind für den ersten Divisionswert von 50, 4096·50 = 204.800 Messwerte, für den Divisionswert von 49, 4096·49 = 200.704 Messwertte, für den dritten Divisionswert von 48, 4096·48 = 196.608 Messwerte und schließlich 4096·47 = 192.512 Messwerte für den vierten Divisionswert von 47 auszuwählen. Die Auswertung der Daten erfolgt nun für jede Modulationsfrequenz getrennt.
• Zunächst werden die 204.800 Messwerte für die Modulationsfrequenz von 6400 Hz, also einem Divisonswert von 50 ausgewertet. Die 4096 Perioden werden in zwei Teilabfolgen von jeweils 2048 Perioden geteilt. Dann werden die beiden Teilabfolgen addiert. Die Addition erfolgt derart, dass jeweils der erste Wert der ersten Teilabfolge mit dem ersten Wert der zweiten Teilabfolge addiert wird, der zweite Wert der ersten Teilabfolge mit dem zweiten Wert der zweiten Teilabfolge, usw. bis schließlich der letzte Wert der ersten Teilabfolge mit dem letzten Wert der zweiten Teilabfolge addiert wird. Die so erhaltene neue Teilabfolge mit 2048 Werten wird dann erneut der vorhergehenden Behandlung unterzogen. Es werden also wieder die Messwerte halbiert, sodann die Abfolge von 2048 Werten in zwei Teilabfolgen von je 1024 Werten geteilt und dann in der beschriebenen Art die Addition durchgeführt. Dieses Verfahren wird insgesamt 12 Mal durchgeführt. Somit hat man am Ende eine einzelne Periode. Diese enthält so viele Messpunkte wie der Divisionswert beträgt. Nun werden die einzelnen Messwerte quadriert. Die erhaltenen Quadrate werden addiert. Dann wird aus der Summe der Quadrate die Wurzel gezogen. Schließlich erfolgt eine Division durch die Anzahl der Messwerte, also durch den Divisionswert 50. Der nun erhaltene Wert ist ein Maß für den Schalldruck, der dem Signal der Modulationsfrequenz von 6400 Hz zuzuordnen ist.
• Dieses Verfahren wird nun entsprechend für die anderen Modulationsfrequenzen wiederholt. Zur Vermeidung von Missverständnissen wird betont, dass bei der Auswertung für die unterschiedlichen Modulationsfrequenzen im Wesentlichen dasselbe photoakustische Signal auszuwerten ist. Von der digitalisierten und gespeicherten Abfolge werden lediglich unterschiedlich viele Messwerte ausgewertet. Angenommen es werden insgesamt 205.000 Messwerte in der Abfolge gespeichert. In diesem Fall können für die Auswertung der ersten Modulationsfrequenz f_m1 die ersten 204.800 Messwerte, für die Auswertung der zweiten Modulationsfrequenz f_m2 die ersten 200.704 Messwerte, für die Auswertung der dritten Modulationsfrequenz f_m3 die ersten 196.608 Messwerte und für die Auswertung der vierten Modulationsfrequenz f_m4 die ersten 192.512 Messwerte verwendet werden.

1

Quarzoszillator

2

Zähler

3

Schalldruckaufnehmer

4

photoakustische Zelle

5

1. Diodenlaser

6

2. Diodenlaser

7

3. Diodenlaser

8

4. Diodenlaser

9

Analog-Digital-Konverter

10

Rechner

Claims (9)

1. Verfahren zur Messung des photoakustischen Signals mit mehreren Lichtquellen (5, 6, 7, 8), welche bei unterschiedlicher Wellenlänge Licht emittieren, mit folgenden Schritten: Wählen einer Abtastfrequenz mit der Signale aufgenommen werden; Festlegen einer Modulationsfrequenz für jede Lichtquelle (5, 6, 7, 8), die sich durch Division der Abtastfrequenz durch einen für jede Lichtquelle (5, 6, 7, 8), unterschiedlichen ganzzahligen Divisionswert ergibt; gleichzeitige Anregung des photoakustischen Signals in einer Messzelle (4) mit den Lichtquellen (5, 6, 7, 8), welche jeweils bei unterschiedlicher Wellenlänge mit der jeweiligen festgelegten Modulationsfrequenz Licht emittieren, wobei der entstehende Schalldruck mit einem Schalldruckaufnehmer (3) gemessen wird und das Signal des Schalldruckaufnehmers digitalisiert wird; Ermittlung des der jeweiligen Lichtquelle zuzuordnenden Signalanteils durch Auswertung einer Abfolge von digitalisierten Messwerten, deren Anzahl das Produkt eines gewählten Multiplikationswerts und des jeweiligen Divisionswerts ist, durch ein Rechenverfahren, welches die Messwertanteile, die mit der Periode der jeweiligen Modulationsfrequenz periodisch sind, herausfiltert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Multiplikationswert eine gerade Zahl, vorzugsweise ein Potenz von 2, ist und das zur Auswertung verwendete Rechenverfahren folgende Schritte enthält:; Teilung der jeweiligen Abfolge der digitalisierten Messwerte in zwei gleich lange Teilabfolgen, Addition der Werte der Teilabfolgen, derart, dass der n-te Wert der ersten Teilabfolge mit dem n-ten Wert der zweiten Teilabfolge addiert wird; Berechnen des Effektivwerts der Messwerte.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte Teilung der jeweiligen Abfolge der digitalisierten Messwerte in zwei gleich lange Teilabfolgen, Addition der Werte der Teilabfolgen, derart, dass der n-te Wert der ersten Teilabfolge mit dem n-ten Wert der zweiten Teilabfolge addiert wird, maximal m-mal durchgeführt werden, wobei der Multiplikationswert 2^m ist, wobei m eine positive Ganzzahl ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle der Berechnung des Effektivwerts der Mittelwert der Beträge oder die Komponenten der Fourier-Reihe berechnet werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsfrequenzen so nahe der Resonanzfrequenz einer photoakustischen Messzelle (4) liegen, dass eine Verstärkung des photoakustischen Signals durch Resonanz in der photoakustischen Messzelle (4) erfolgt, wobei insbesondere der Divisionswert etwa 50 beträgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (5, 6, 7, 8) so moduliert wird, dass die Ausgangsintensität die Summe einer Konstanten und einer Rechtecksfunktion oder einer Sinusfunktion ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlängen der Lichtquellen (5, 6, 7, 8) moduliert werden.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Quarzoszillator (1) zum Bereitstellen einer Abtastfrequenz, einem Zähler (2), welcher geeignet ist, Modulationsfrequenzen bereitzustellen, die durch Teilen der Abtastfrequenz durch einen ganzzahligen Divisionswert gegeben sind; mit mehreren Lichtquellen (5, 6, 7, 8), welche Anregungslicht bei unterschiedlichen Wellenlängen bei jeweiligen Modulationsfrequenzen zur Anregung bereitstellen können; mit mindestens einem Schalldruckaufnehmer (3), welcher den Schalldruck messen kann, einem Analog/Digital-Wandler (9), der das Schallsignal digitalisieren kann, und einem Rechner (10), der ausgebildet ist, die digitalisierten Messwerte zu speichern und ein Rechenverfahren, welches die Messwertanteile, die mit der Periode der Modulationsfrequenz periodisch sind, herausfiltert, durchzuführen.
9. Photoakustisches Messsystem zur Bestimmung mehrerer Schadstoffe, welche jeweils bei unterschiedlichen, von den jeweiligen Lichtquellen (5, 6, 7, 8) emittierten Wellenlängen absorbieren, enthaltend eine Vorrichtung nach Anspruch 8.