DE102015100395B4

DE102015100395B4 - Spektrometer und Fluid-Analysesystem

Info

Publication number: DE102015100395B4
Application number: DE102015100395.3A
Authority: DE
Inventors: Martin GARBOS; Christoph SCHOLL
Original assignee: Buerkert Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Buerkert Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2014-02-03
Filing date: 2015-01-13
Publication date: 2020-06-18
Anticipated expiration: 2035-01-14
Also published as: US9528877B2; DE102015100395A1; FR3017210B1; FR3017210A1; CN104819775B; US20150219495A1; CN104819775A

Abstract

Spektrometer, insbesondere für den Einbau in ein Sensormodul (18), mit einer Strahlungsquelle (28) und folgenden, einen Strahlengang definierenden bzw. entlang des Strahlengangs angeordneten Komponenten:einem Probenraum (26) für ein zu untersuchendes Fluid,einer ersten Linse (44),einem Beugungselement (48),einer zweiten Linse (50), undeinem Detektor (52), dessen optisch sensitiver Bereich in einer Detektorebene (54) liegt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Probenraum (26) und dem Beugungselement (48) eine Beschränkungsapertur (46) zur Beschränkung des effektiven Durchmessers des auf das Beugungselement (48) auftreffenden Strahlenbündels auf eine Weite (d) der Beschränkungsapertur (46) vorgesehen ist, wobei die Beschränkungsapertur (46) zwischen der ersten Linse (44) und dem Beugungselement (48) in einem Fourier-Raum angeordnet ist, in dem das Licht der Strahlungsquelle (28) kollimiert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Spektrometer, insbesondere für den Einbau in ein Sensormodul eines Fluid-Analysesystems. Die Erfindung betrifft ferner ein Fluid-Analysesystem mit einem solchen Spektrometer.
Spektrometer sind für die Analyse von Fluiden, speziell (Trink-)Wasser, von großer Bedeutung, da sie berührungsfrei und entweder mit oder ohne Zugabe von Zusatzstoffen Messungen von wichtigen Parametern ermöglichen. Hierzu zählen etwa die Messung des spektralen Absorptionskoeffizienten (SAC, engl.: spectral absorption coefficient), z. B. bei 254 nm, oder die Messung des Gehalts an organischem Kohlenstoff (TOC, engl.: total organic carbon).
Es besteht der Wunsch nach Analysegeräten mit mehreren und/oder austauschbaren Sensormodulen, die möglichst klein sein sollen. Der kompakte Aufbau von Spektrometern mit kostengünstigen Komponenten (Linsen, Gitter und Aperturen) bringt jedoch Nachteile mit sich. Problematisch ist insbesondere die starke Wölbung des Bildfelds, auf dem das Spektrum abgebildet wird. Die starke Wölbung ist die Folge des begrenzten Bauraums, der Linsen mit begrenzten Brennweiten und damit kleine Linsenradien erfordert.
Aus der DE 102 55 022 A1 ist ein resonatorverstärktes Absorptions-Spektrometer zur Bestimmung von Substanzmengen in einer Probe bekannt, das eine ungepulste, inkohärente Strahlungsquelle zur Erzeugung eines Messlichtstrahls, einen Resonator mit wenigstens zwei Spiegeln, in den der Messlichtstrahl einkoppelbar ist, und ein Probenvolumen zur Aufnahme einer absorbierenden Probe innerhalb des Resonators enthält. Die aus dem Resonator ausgekoppelte Strahlung wird über einen Planspiegel und eine Sammellinse auf einen Eintrittsspalt eines Monochromators abgebildet. Der Monochromator erzeugt ein Spektrum der transmittierten Strahlung auf einem Detektor. Vor und hinter dem Resonator ist jeweils eine Irisblende vorgesehen, mit denen der Rand des Strahlengangs abgeschnitten wird. Dadurch soll die Ordnung der anschwingenden Transversalmoden des Resonators reduziert und die optische Qualität des Strahls verbessert werden.
Die EP 0 772 029 A2 zeigt ein spektroskopisches System für die Analyse von kleinen und kleinsten Substanzmengen, das zum Ein- und Auskoppeln von Licht in bzw. aus einer Probe jeweils einen Aperturwandler verwendet. Die Aperturwandler bestehen aus einem koaxialen kegelförmigen Lichtleiter oder Spiegel und sind bei Absorptionsmessungen im Objektraum zwischen der Lichtquelle und der Probe und zwischen der Probe und dem Eintrittsspalt eines Spektrometers angeordnet.
Aus der EP 1 236 981 A1 ist ein Spektrometer bekannt mit einem Eingangsspalt, der einfallendes Licht auf ein Beugungsgitter abbildet, und einem Ausgangsspalt, der das am Beugungsgitter gebeugte Licht nach Wellenlängen selektiert. Das aus einer ersten Lichtleitfaser direkt durch einen Eingangsspalt einfallende Licht wird durch eine erste bikonvexe Sammellinse als Parallelstrahl auf ein Beugungsgitter abgebildet. Zwischen der Sammellinse und dem Beugungsgitter ist eine variable Blende angeordnet. Am Beugungsgitter wird das auftreffende Licht räumlich in seine Wellenlängenanteile zerlegt, wobei nur die unter einem bestimmten Einfallswinkel durch eine zweite bikonvexe Sammellinse auf den Ausgangsspalt abgebildeten Wellenlängenanteile in eine zweite Lichtleitfaser eingekoppelt werden.
Die US 2011/0080583 A1 zeigt ein Spektrometer zur Fluidanalyse mit einer einstellbaren Blende vor einem optischen Gitter. Die Blende wird verwendet, um zu verhindern, dass unerwünschtes Streulicht aus dem Probenraum auf das Beugungsgitter fällt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein kompaktes Spektrometer mit verbesserter Auflösung des abgebildeten Spektrums anzugeben.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Spektrometer mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Spektrometers sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Spektrometer ist insbesondere für den Einbau in ein Sensormodul vorgesehen und umfasst eine Strahlungsquelle und die folgenden, einen Strahlengang definierenden bzw. entlang des Strahlengangs angeordneten Komponenten: einen Probenraum für ein zu untersuchendes Fluid, eine erste Linse, ein Beugungselement, eine zweite Linse und einen Detektor, dessen optisch sensitiver Bereich in einer Detektorebene liegt. Gemäß der Erfindung ist zwischen dem Probenraum und dem Beugungselement eine Beschränkungsapertur zur Beschränkung des effektiven Durchmessers des auf das Beugungselement auftreffenden Strahlenbündels vorgesehen, wobei die Beschränkungsapertur zwischen der ersten Linse und dem Beugungselement in einem Fourier-Raum angeordnet ist, in dem das Licht der Strahlungsquelle kollimiert ist.
Bezüglich des von der Strahlungsquelle ausgehenden Strahlengangs sind die genannten Komponenten vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge angeordnet, wobei sich die Beschränkungsapertur entweder vor oder hinter der ersten Linse befindet, worauf später noch genauer eingegangen wird. Selbstverständlich kann das Spektrometer noch weitere Komponenten enthalten, ohne dass dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird.
Unabhängig von der Wellenlänge der von der Strahlungsquelle abgegebenen Strahlung werden im Folgenden die Begriffe „Strahlung“ und „Licht“ synonym verwendet.
Als Probenraum für das zu untersuchende Fluid kann der Innenraum einer Küvette, eines Medienkanals oder eines anderen geeigneten Behälters zur Aufnahme des Fluids dienen, der vorzugsweise vom Fluid durchströmt werden kann.
Die Linsen des erfindungsgemäßen Spektrometers sind insbesondere konvexe Linsen, d. h. Linsen mit positiver Brechkraft, vorzugsweise plankonvexe Linsen, die ein paralleles Strahlenbündel in ein konvergentes Strahlenbündel umwandeln.
Als Beugungselement kommt insbesondere ein Reflexionsgitter, ein Transmissionsgitter oder ein Prisma in Betracht.
Der effektive Durchmesser des auf das Beugungselement auftreffenden Strahlenbündels wird in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse betrachtet, wobei die optische Achse z. B. durch eine zwischen der Strahlungsquelle und dem Probenraum angeordnete Eintrittsapertur und die erste Linse oder allein durch die erste Linse definiert ist und zumindest bis zum Beugungselement die Hauptrichtung des Strahlengangs angibt. Genauer gesagt wird als effektiver Durchmesser die maximale Weite des Strahlenbündels in der Richtung angesehen, in der (ggf. nach einer Umlenkung) die Aufspaltung in die Spektralkomponenten stattfindet, unabhängig davon ob das Strahlenbündel kreisförmig, oval oder anders geformt ist.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass auch bei einem kleinen Spektrometer mit einfachen (kostengünstigen) Komponenten eine sehr gute Auflösung erreicht werden kann. Gemäß der Erfindung ist für die verbesserte Auflösung die Beschränkungsapertur verantwortlich, die den effektiven Durchmesser des auf das Beugungselement auftreffenden Strahlenbündels beschränkt. Wie bei jedem gängigen optischen Spektrometer wird das auf das Beugungselement auftreffende Licht durch das Beugungselement in seine Spektralfarben zerlegt, bevor es mithilfe der zweiten Linse auf einen für den relevanten Wellenlängenbereich lichtempfindlichen Detektor fokussiert wird. Die Beschränkungsapertur sorgt dafür, dass nur ein sehr schmales Strahlenbündel auf das Beugungselement trifft. Dadurch werden die durch die unvermeidliche Bildfeldwölbung bedingten optischen Fehler in der Detektorebene stark reduziert, d. h. die Auflösung bzw. Schärfe des abgebildeten Spektrums verbessert sich erheblich. Auch weitere Abbildungsfehler wie chromatische oder sphärische Aberration werden stark reduziert.
Um insbesondere bei Verwendung einer ersten Linse mit einem relativ großen Durchmesser eine signifikante Verbesserung der Auflösung zu erreichen, sollte in diesem Fall die Weite der Beschränkungsapertur deutlich kleiner als der Durchmesser der ersten Linse sein.
Für die bevorzugten Anwendungen der Erfindung hat sich eine Weite der Beschränkungsapertur bewährt, die im Bereich zwischen 0,1 und 1,5 mm liegt, vorzugsweise zwischen 0,1 und 1,0 mm.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt die Brennweite der ersten Linse im Zentimeterbereich, vorzugsweise zwischen 3 und 7 cm. Die Brennweite der zweiten Linse liegt ebenfalls im Zentimeterbereich, vorzugsweise zwischen 2 und 5 cm.
Die Verbesserung der Auflösung korreliert mit einem Schärfungsfaktor, der als S = R_B / d definiert ist, mit R_B = Bildfeldradius und d = Weite der Beschränkungsapertur. Für brauchbare Ergebnisse sollte der Schärfungsfaktor in jedem Fall größer als 10 sein, vorzugsweise liegt er im Bereich zwischen 30 und 70.
Wie weiter oben bereits erwähnt, gibt es grundsätzlich zwei Möglichkeiten für die Anordnung der Beschränkungsapertur. Die Erfindung sieht eine Anordnung der Beschränkungsapertur zwischen der ersten Linse und dem Beugungselement vor. In diesem Bereich hinter der ersten Linse, der auch als Fourier-Raum bezeichnet wird, ist das Licht der Strahlungsquelle kollimiert. Deshalb kann der Abstand der Beschränkungsapertur zur Kollimatorlinse praktisch beliebig gewählt werden, was eine größere Gestaltungsfreiheit erlaubt.
Beispielsweise kann die Beschränkungsapertur durch einen schmalen Lichtkanal in einem Bauteil gebildet sein, das vorzugsweise auch als Halterung für die erste Linse dient. Das Bauteil erfüllt dann eine Doppelfunktion.
Gemäß einer besonders platzsparenden Ausgestaltung ist die Beschränkungsapertur in einer auf der dem Beugungselement zugewandten Seite der ersten Linse aufgetragenen Schicht gebildet, d. h. die Schicht ist an der Stelle der Beschränkungsapertur unterbrochen.
Als Detektor wird vorzugsweise ein Lineardetektor, insbesondere ein Zeilensensor verwendet, da ein solcher Detektor nur wenig Bauraum benötigt und ein flächiger, zweidimensionaler Detektor für die Erfassung des Spektrums nicht zwingend erforderlich ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt die maximale Ausdehnung des optisch sensitiven Bereichs des Detektors im Zentimeterbereich, vorzugsweise zwischen 1 und 4 cm.
Für Anwendungen im Bereich der Wasseranalyse, bei der die zu detektierenden Stoffe nur in sehr kleinen Konzentrationen vorliegen, ist es erforderlich oder zumindest von Vorteil, wenn das Licht der Strahlungsquelle einen möglichst langen Weg durch das Fluid nimmt. Deshalb sollte der Probenraum in Richtung des Strahlengangs eine Länge von mehreren Zentimetern haben, vorzugsweise von mehr als 4 cm.
Für die Analyse von strömenden Fluiden ist ein Aufbau vorteilhaft, bei dem der Probenraum mit einem Zuflusskanal und einem Abflusskanal verbunden ist, die beide vorzugsweise über Ringleitungen in den Proberaum münden, wobei die Ringleitungen in einem den Probenraum umgebenden Gehäuse ausgebildet sind.
Das Beugungselement des erfindungsgemäßen Spektrometers ist vorzugsweise als Spiegelgitter ausgebildet. Neben der für die Analyse erforderlichen Beugung sorgt das Spiegelgitter zusätzlich für eine Umlenkung des Strahlenbündels. Durch geeignete Anordnung des Spiegelgitters lassen sich die nachfolgenden Komponenten neben den vorhergehenden Komponenten anordnen, sodass der Bauraum in Richtung der optischen Achse verkürzt werden kann. Das Beugungselement kann auch als Beugungsgitter mit einer geeigneten Spaltgeometrie beschichtet sein oder nur so schmal ausgebildet sein, wie ein Spalt breit wäre.
Für viele Anwendungen eignet sich als Strahlungsquelle eine Xenon-Blitzlampe, deren Licht vom UV-Bereich bis in den Infrarot-Bereich reicht.
Gemäß einem ersten Aufbautyp des erfindungsgemäßen Spektrometers ist im Strahlengang zusätzlich eine Eintrittsapertur angeordnet, vorzugsweise mehr oder weniger direkt hinter der Strahlungsquelle. Die Eintrittsapertur gewährleistet, dass das für die Messungen genutzte Licht immer exakt am selben Ort in das Spektrometer eintritt.
Ein besonders kompakter Aufbau ergibt sich durch eine Anordnung, bei der der Probenraum im Strahlengang hinter der Eintrittsapertur platziert ist. Damit ist der Probenraum in das eigentliche Spektrometer integriert, wodurch sich die Baugröße insgesamt verringert.
Die Erfindung schafft auch ein Fluid-Analysesystem mit einem Spektrometer der vorgenannten Art.
Wenn das Spektrometer gemäß dem oben erwähnten ersten Aufbautyp eine Eintrittsapertur aufweist, hat dies den Nachteil, dass die Eintrittsapertur exakt zur Strahlungsquelle ausgerichtet werden muss, was einen entsprechenden Montageaufwand voraussetzt. Bei einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist der Aufbau des erfindungsgemäßen Spektrometers in dieser Hinsicht vereinfacht. Gemäß diesem vereinfachten zweiten Aufbautyp ist zwischen der Strahlungsquelle und dem Probenraum des Spektrometers keine Eintrittsapertur vorgesehen. Das Fluid-Analysesystem umfasst in diesem Fall aber eine Elektronikeinheit, die so eingerichtet ist, dass sie bei der Auswertung mehrerer (aufeinander folgender) Messungen eine Verschiebung der vom Detektor erfassten Spektren berücksichtigt. Somit werden die fehlende Eintrittsapertur und deren Ausrichtung durch ein rechnerisches Verfahren ersetzt.
Vorzugsweise erfolgt eine initiale Kalibrierung durch eine Zuordnung eines charakteristischen Maximums des Spektrums zu einem Pixel eines Sensors des Detektors. Ausgehend von diesem Pixel werden weitere Pixel des Sensors entsprechenden Wellenlängen fest zugeordnet.
Idealerweise wird jede Messung einzeln anhand eines ausgewählten charakteristischen Bereiches des erfassten Spektrums in Form eines Auswertefensters, welches durch einen Wellenlängenbereich bzw. einem dem Wellenlängenbereich entsprechenden Pixelbereich des Sensors und einen Intensitätsbereich definiert ist, kalibriert bzw. korrigiert.
In den meisten Fällen ist es am einfachsten, eine Verschiebung zwischen verschiedenen Messungen anhand der Position eines Maximums des Spektrums innerhalb des Auswertefensters zu berechnen. Für jedes erfasste Spektrum wird dann eine korrigierte Wellenlängenachse ermittelt, und nach dieser Anpassung werden die Messungen gemittelt.
Gemäß einem vorteilhaften Gesamtaufbau umfasst das erfindungsgemäße Fluid-Analysesystem ein Sensormodul, in das wenigstens ein erfindungsgemäßes Spektrometer eingebaut ist, und eine Analyseeinheit. Mit einem Arretier-Bügel ist das Sensormodul in einer Analyseeinheit unter gleichzeitiger Herstellung von elektrischen und fluidischen Verbindungen fixierbar. Dadurch werden der Einbau und das Anschließen des Sensormoduls erheblich vereinfacht.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

- 1 eine perspektivische Ansicht eines modularen Fluid-Analysesystems mit einem erfindungsgemäßen Sensormodul;
- 2 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Sensormoduls;
- 3 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Sensormoduls mit einem erfindungsgemäßen Spektrometer;
- 4 ein Beispiel für den Strömungsverlauf des zu untersuchenden Fluids im Sensormodul;
- 5 den Strahlengang durch ein nicht-erfindungsgemäßes Spektrometer ohne zweite Apertur;
- 6 den Strahlengang durch ein erfindungsgemäßes Spektrometer mit einer zweiten Apertur;
- 7a bis 7f teilweise nicht erfindungsgemäße weitere Anordnungs- und Ausführungsbeispiele der zweiten Apertur;
- 8a bis 8f verschiedene Ausführungsbeispiele der geometrischen Form der zweiten Apertur;
- 9 zwei Strahlengänge durch ein vereinfacht dargestelltes erfindungsgemäßes Spektrometer gemäß einem alternativen Aufbautyp;
- 10 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts zweier als aufeinanderfolgende Messungen vom Detektor erfasster Spektren;
- 11 drei gemessene Spektren in einem Diagramm, in dem die LichtIntensität über der Pixellage des Detektor-Sensors aufgetragen ist; und
- 12 ein in dem Diagramm aufgetragenes gemitteltes Spektrum ohne Korrektur der y-Achse und ein gemitteltes Spektrum mit korrigierter y-Achse.

In 1 ist ein modular aufgebautes Fluid-Analysesystem 10 dargestellt, das eine Elektronikeinheit, hier in Form eines Elektronikmoduls 12 mit einem Display 14, und eine Analyseeinheit, hier in Form eines Analysemoduls 16, umfasst. In das Analysemodul 16 können ein oder mehrere Sensormodule 18 eingebaut werden. Der Einbau erfolgt auf einfache Weise mithilfe eines am Sensormodul 18 angebrachten Arretier-Bügels 20. Beim Verriegeln des Arretier-Bügels 20 werden neben der Fixierung des Sensormoduls 18 im Analysemodul 16 gleichzeitig alle benötigten elektrischen und fluidischen Verbindungen hergestellt. Ein einzelnes Sensormodul 18 mit den entsprechenden Elektronikanschlüssen 22 und Fluidanschlüssen 24a, 24b ist in 2 gezeigt.
In 3 ist zu erkennen, dass im Sensormodul 18 ein kompaktes Spektrometer untergebracht ist. Das Spektrometer dient zur Untersuchung eines Fluids, das über (in 3 nicht dargestellte) Kanäle in einen Probenraum 26 hinein und aus diesem herausströmen kann.
Die Strahlungsquelle 28 des Spektrometers wird je nach Art der gewünschten Analyse ausgesucht. Beispielsweise kann eine Niederdruck-Quecksilberdampflampe vorgesehen sein, die UV-Licht mit einem Primärpeak bei 254 nm ausstrahlt, oder eine Xenon-Blitzlampe, deren Licht vom UV-Bereich (ab ca. 190 nm) bis in den Infrarot-Bereich (bis ca. 2.000 nm) reicht. Auch wenn die abgegebene Strahlung der Strahlungsquelle 28 außerhalb des sichtbaren Bereichs liegt, wird hier der Einfachheit halber der Begriff „Licht“ benutzt.
Ein kleines Einlassfenster 30 der ansonsten abgeschirmten Strahlungsquelle 28 und eine Eintrittsapertur (nachfolgend: erste Apertur) 32 des Spektrometers definieren eine optische Achse A. Die Weite der Eintrittsapertur 32 liegt im (Sub-)Millimeterbereich, beispielsweise im Bereich zwischen 0,1 und 1,0 mm.
Durch ein stirnseitiges, für das Licht der Strahlungsquelle 28 durchlässiges Eintrittsfenster 34 tritt das Licht dann in den Probenraum 26, in dem sich das zu untersuchende Fluid befindet.
Der Probenraum 26 ist länglich, wobei die Abmessung entlang der optischen Achse A in der Größenordnung von mehreren Zentimetern liegt, beispielsweise 6 cm. Eine solche Länge in Richtung des Strahlengangs ist erforderlich, wenn die zu detektierenden Stoffe nur in geringer Konzentration im Fluid vorliegen.
Der Probenraum 26 kann das Innere einer Küvette oder eines anderen Gehäuses sein, das einen Fluidkanal umgibt. Ein Beispiel für das Zu- und Abströmen des Fluids über Ringleitungen 36a, 36b in einem solchen Gehäuse 38 ist in 4 gezeigt. Für eine bessere Übersichtlichkeit sind hier nur die Fluidanschlüsse 24a, 24b, der Zuflusskanal 40a und der Abflusskanal 40b sowie das Gehäuse 38 mit dem Eintrittsfenster 34 und dem am entgegengesetzten Ende angeordneten stirnseitigen Austrittsfenster 42 dargestellt, durch welches das Licht aus dem Probenraum 26 entlang der optischen Achse A ausgekoppelt wird.
Um Streulichteinflüsse zu minimieren, ist das Gehäuse 38, das den Probenraum 26 umgibt, möglichst lichtundurchlässig, was im Falle eines (semi-)transparenten Gehäusematerials z. B. durch eine Beschichtung erreicht werden kann. Dies gilt natürlich nicht für die Bereiche des Eintrittsfensters 34 und des Austrittsfensters 42.
In jedem Fall ist der Probenraum 26 zur Verringerung der Baugröße in das Spektrometer integriert, d. h. der Probenraum 26 befindet sich nicht vor, sondern hinter der Eintrittsapertur 32 des Spektrometers.
Das aus dem Probenraum 26 ausgekoppelte Licht tritt durch eine Kollimatorlinse (erste Linse) 44 und eine zusätzliche Beschränkungsapertur (nachfolgend: zweite Apertur) 46. Die Brennweite der Kollimatorlinse 44 liegt im Zentimeterbereich, beispielsweise bei 5 cm.
Wie in 3 gezeigt, ist die zweite Apertur 46 vorzugsweise in dem Bereich des Strahlenbündels angeordnet, in dem die Strahlen durch die erste Linse 44 kollimiert sind, also parallel verlaufen. Die zweite Apertur 46 kann aber in Richtung des Strahlengangs betrachtet auch knapp vor der ersten Linse 44 angeordnet sein, worauf später noch genauer eingegangen wird.
Die zweite Apertur 46 ist vorzugsweise als schmaler Spalt ausgebildet, dessen Längsrichtung in 3 senkrecht zur Papierebene verlaufen würde. Die maximale Ausdehnung des Spalts senkrecht (quer) zur Längsrichtung definiert die Weite d der zweiten Apertur 46 (siehe z. B. 8a), die im (Sub-)Millimeterbereich liegt, beispielsweise im Bereich zwischen 0,1 und 1,0 mm. Auf die möglichen geometrischen Formen der zweiten Apertur 46 wird ebenfalls später noch genauer eingegangen.
Nachdem das Licht durch ein Beugungselement 48 in Form eines Reflexionsgitters, Transmissionsgitters oder Prismas in seine Spektralfarben zerlegt wurde, wird es mithilfe einer Fokussierlinse (zweite Linse) 50 auf einen für den relevanten Wellenlängenbereich lichtempfindlichen Detektor 52 fokussiert. Die Brennweite der Fokussierlinse 50 liegt wiederum im Zentimeterbereich, beispielsweise bei 3,6 cm.
Das Beugungselement 48 ist vorzugsweise als Spiegelgitter ausgebildet, sodass sich der Detektor 52 nicht in Verlängerung der optischen Achse A befinden muss, sondern platzsparend in einem Freiraum des Sensormoduls 18 neben dem Probenraum 26 angeordnet werden kann. Das Beugungselement 48 kann auch als Beugungsgitter mit einer geeigneten Spaltgeometrie beschichtet sein oder nur so schmal ausgebildet sein, wie ein Spalt breit wäre.
Der Detektor 52 ist vorzugsweise ein platzsparender Zeilensensor mit einem eindimensionalen Array aus geeigneten Detektorelementen. Die Länge des optisch sensitiven Bereichs in der Detektorebene 54 liegt im Zentimeterbereich, beispielsweise bei 2,54 cm. Die elektrischen Signale des Detektors 52 werden in einer Auswerteeinheit des Sensormoduls 18 und/oder des Elektronikmoduls 12 des Fluid-Analysesystems 10 verarbeitet. Die Messergebnisse werden am Display 14 des Elektronikmoduls 12 angezeigt.
Nachfolgend wird genauer auf die Bedeutung der zweiten Apertur 46 für die Qualität der Messergebnisse eingegangen. Hierzu wird zunächst der in 5 gezeigte Strahlengang betrachtet, bei dem keine zweite Apertur vorhanden ist. Insbesondere wenn kostengünstige Komponenten (Eintrittsapertur 32, Linsen 44, 50, Beugungselement 48) verwendet und ein kompakter Aufbau des Spektrometers gewählt werden, führt eine solche Konstellation zu einer starken Wölbung des Bildfelds 56. Das Bildfeld 56 ist hier die Fläche, auf der das aufgefächerte Spektrum des Lichts scharf abgebildet wird.
Der Radius R_B des Bildfelds 56 kann in bekannter Weise aus den Brennweiten und Brechzahlen der Linsen 44, 50 durch Berechnung der sogenannten Petzval-Summe mathematisch hergeleitet werden. Allgemein ist die Petzval-Summe folgendermaßen definiert: $\frac{1}{r_{P}} = \sum_{i} \frac{1}{n_{i} f_{i}}$
mit f_i = Brennweite und n_i = Brechzahl der jeweiligen Linse.
Der Kehrwert der Petzval-Summe r_P entspricht dem gesuchten Bildfeldradius R_B .
Wie bereits erwähnt, kommt es hier aufgrund der geringen Abmessungen des Spektrometers und der deshalb benötigten kleinen Brennweiten, was wiederum kleine Linsenradien bedeutet, zu einer relativ starken Krümmung des Bildfeldes 56. Gemäß den weiter oben genannten Beispielwerten würde sich unter der Annahme einer Brechzahl n = 1,54 der beiden Linsen 44, 50 für den Bildfeldradius R_B ein Wert von 32 mm ergeben. Eine solche Krümmung harmoniert jedoch nicht mit der ebenen Anordnung der Detektorelemente des Zeilensensors (Detektorebene 54).
Wie in 5 zu erkennen ist, fallen die Detektorebene 54 und das Bildfeld 56 nur an zwei Stellen zusammen, d. h. an allen anderen Stellen ist die Auflösung suboptimal. Je stärker die Krümmung des Bildfelds 56 ist, desto unschärfer ist die Abbildung auf dem Detektor 52. Dies ist in 5 beispielhaft für vier beliebig herausgegriffene Wellenlängen λ₁ , λ₂ , λ₃ und λ₄ dargestellt.
Zwar kann durch eine entsprechende Positionierung des Detektors 52 relativ zum Bildfeld 56 eine hohe Auflösung für einzelne schmale spektrale Bereiche erreicht werden, die von besonderem Interesse sind. Für die meisten Anwendungsfälle ist das aber nicht ausreichend, insbesondere wenn hohe Anforderungen an das Messergebnis gestellt werden.
Um eine möglichst hohe Auflösung über einen weiteren Bereich des Spektrums zu ermöglichen, d. h. um auch die Unschärfe der übrigen Wellenlängenbereiche zu minimieren, ist die zweite Apertur 46 vorgesehen. 6 zeigt den Strahlengang durch das Spektrometer mit der zweiten Apertur 46. Wie dort zu erkennen ist, ist die Weite d der zweiten Apertur 46 deutlich kleiner als der Durchmesser D der Kollimatorlinse 44.
Aus dem Vergleich zwischen 5 und 6 ergibt sich, dass die zweite Apertur 46 von dem durch die Kollimatorlinse 44 gleichgerichteten Strahlenbündel nur einen sehr schmalen Teil auf das Beugungselement 48 treffen lässt, d. h. der maximale Durchmesser des Strahlenbündels in der zur optischen Achse A senkrechten Richtung in der Papierebene von 6 wird durch die zweite Apertur 46 stark beschränkt. Mit anderen Worten: Der effektive Durchmesser des Strahlenbündels ist auf die Weite d der zweiten Apertur 46 reduziert. Dadurch werden die durch die Bildfeldwölbung entstandenen optischen Fehler in der Detektorebene 54 erheblich beschränkt. Dies zeigt sich beispielhaft an den Wellenlängen λ₁ , λ₂ , λ₃ und λ₄ , die allesamt sehr scharf abgebildet werden.
Es ist offensichtlich, dass sich die Schärfe der gesamten Abbildung mit abnehmender Aperturweite d erhöht. Quantitativ lässt sich dies durch einen Schärfungsfaktor S ausdrücken, der folgendermaßen definiert werden kann: $S = R_{B} / d$
mit R_B = Bildfeldradius und d = Weite der zweiten Apertur.
Der Schärfungsfaktor S sollte in jedem Fall größer als 10 sein; angestrebt wird ein Wert im Bereich zwischen 30 und 70.
Die 7a bis 7f zeigen alternative Ausführung bzw. Anordnungen der zweiten Apertur 46 im Verhältnis zur Kollimatorlinse 44 zwischen dem Probenraum 26 und dem Beugungselement 48. Grundsätzlich kann die zweite Apertur 46 entweder hinter oder unmittelbar vor der Kollimatorlinse 44 angeordnet sein. Im ersten Fall, wenn also die zweite Apertur 46 in dem Bereich angeordnet ist, in dem das Licht kollimiert ist (Fourier-Raum), kann der Abstand der zweiten Apertur 46 zur Kollimatorlinse 44 bzw. zum Beugungselement 48 praktisch beliebig gewählt werden. Im nicht erfindungsgemäßen zweiten Fall sollte die zweite Apertur 46 möglichst nah vor der Kollimatorlinse 44 platziert sein.
In der in 7a gezeigten nicht erfindungsgemäßen Anordnung der zweiten Apertur 46 ist auf der dem Probenraum 26 zugewandten Seite der Kollimatorlinse 44 eine undurchlässige Schicht 58 aufgetragen, z. B. durch Aufdampfen. In der Schicht 58 ist am Schnittpunkt mit der optischen Achse A eine kleine Öffnung als zweite Apertur 46 vorgesehen.
In der in 7b gezeigten nicht erfindungsgemäßen Anordnung der zweiten Apertur 46 ist diese in einem separaten, knapp vor der Kollimatorlinse 44 angeordneten separaten Bauteil 60 gebildet.
Letzteres gilt auch für 7c, nur dass hier die zweite Apertur 46 hinter der Kollimatorlinse 44 angeordnet ist. Wie bereits erwähnt, ist hier der Abstand zur Kollimatorlinse 44 unkritisch.
Bei der Ausführungsform von 7d ist eine extrem kleine Kollimatorlinse 44 vorgesehen, die in einem Bauteil 60 gehalten ist. Die zweite Apertur 46 ist hier durch die Halterung bestimmt, die die Kollimatorlinse 44 unmittelbar umgibt.
In 7e ist die zweite Apertur 46 durch einen schmalen Lichtkanal 62 in einem hinter der Kollimatorlinse 44 angeordneten Bauteil 60 bestimmt, das auch zum Halten der Kollimatorlinse 44 dienen kann.
Wie in 7f gezeigt, kann analog zur Ausführungsform nach 6a auch auf der dem Beugungselement 48 zugewandten Seite der Kollimatorlinse 44 eine undurchlässige Schicht 58 aufgetragen sein, die am Schnittpunkt mit der optischen Achse A eine kleine Öffnung als zweite Apertur 46 aufweist.
Die 8a bis 8f zeigen mögliche geometrische Formen der zweiten Apertur 46. Neben schlitzförmigen Ausgestaltungen sind auch kreisrunde oder sonstige ovale, aber auch quadratische, rechteckige oder andere polygonförmige Ausgestaltungen möglich, gegebenenfalls in größerer Anzahl als lineares Array. Für die Schärfe der Abbildung ist aber in allen Fällen vornehmlich die Aperturweite d verantwortlich, die bei allen gezeigten Ausgestaltungen gleich groß ist. Bei allen der in den 8a bis 8f gezeigten Ausgestaltungen ist die zweite Apertur 46 in einem Aufbau gemäß 3 oder einem ähnlichen Aufbau immer so angeordnet, dass die Aperturweite d in einer zur optischen Achse A senkrechten Richtung in der Papierebene liegt (vgl. 6). Das bedeutet, dass das Strahlenbündel nach Durchtritt durch die zweite Apertur 46 in dieser Richtung schmaler als in einer dazu senkrechten Richtung ist (wie etwa bei den Ausgestaltungen gemäß den 8a bis 8d und 8f). Der „effektive“ Durchmesser des Strahlenbündels ist aber immer der Durchmesser in der Richtung der Aperturweite d.
In 9 ist vereinfacht ein alternativer Aufbautyp des zuvor beschriebenen Spektrometers dargestellt, bei dem keine Eintrittsapertur 32 zwischen der Strahlungsquelle 28 und dem Probenraum 26 vorgesehen ist. Dieser einfachere Aufbau hat zwar den Vorteil, dass der Montageaufwand für die exakte Ausrichtung der Eintrittsapertur 32 relativ zur Strahlungsquelle 28 entfällt. Durch den Verzicht auf die Eintrittsapertur 32 ist aber nicht mehr gewährleistet, dass das Licht der Strahlungsquelle 28 immer exakt am selben Ort in das Spektrometer eintritt.
9 zeigt hierzu exemplarisch den Strahlengang einer Wellenlänge in einer ersten Messung (durchgezogene Linien) und in einer zweiten Messung (gepunktete Linie). Es ist klar zu erkennen, dass bei der zweiten Messung der Auftreffort auf dem Sensor des Detektors 52 gegenüber dem der ersten Messung verschoben ist. Durch das „Springen“ des Lichtbogens der Strahlungsquelle 28 verschiebt sich insgesamt das vom Sensor des Detektors 52 erfasste Spektrum.
Nachfolgend wird beschrieben, wie die fehlende Eintrittsapertur 32 und deren Ausrichtung durch ein rechnerisches Verfahren „ersetzt“ werden.
Wenn als Strahlungsquelle 28, wie zuvor beschrieben, eine Xenon-Blitzlampe verwendet wird, dient deren Blitzbogen (Lichtbogen) quasi als Eintrittsspalt des spektrometrischen Aufbaus, was kurz erläutert werden soll. Viele Strahlungsquellen emittieren ein charakteristisches Spektrum mit Maxima an bekannten und exakt definierten Wellenlängen. Diese charakteristischen Maxima können auch für die initiale Kalibrierung des Spektrometers verwendet werden. Der Sensor des Detektors 52, auf dem sich z. B. 3.600 Pixel befinden, kann lediglich die Helligkeit jedes einzelnen Pixels detektieren und ist per se „farbenblind“. Erst die Zuordnung der einzelnen Pixel zu je einer definierten Wellenlänge ermöglicht es, die Helligkeit in verschiedenen Wellenlängenbereichen zu messen. Die initiale Kalibrierung erfolgt durch die Zuordnung eines charakteristischen Maximums zu einem Pixel des Sensors. Alle weiteren Pixel werden von diesem „Kalibrierpixel“ aus den entsprechenden Wellenlängen fest zugeordnet. Somit ist ein kalibriertes Spektrometer realisiert.
Da der Lichtbogen in der Strahlungsquelle 28 nicht ortsfest ist, springt dementsprechend auch das erfasste Spektrum auf dem Sensor. Genauer gesagt verschiebt sich durch die Positionsschwankungen des Blitzes das Spektrum von Messung zu Messung um einige Pixel auf dem Sensor. Dies hat zur Folge, dass die Zuordnung der Wellenlängen zu den Pixeln etwas von der tatsächlichen Kalibrierung abweicht. Idealerweise wird jede Messung einzeln kalibriert bzw. korrigiert anhand eines ausgewählten charakteristischen Bereiches (Auswertefenster). Eine einfache Mittelung durch Aufaddieren führt hingegen zu Detailverlusten bzw. zu einer verschlechterten Auflösung; das Spektrum „verschmiert“.
Die Problemstellung ist in 10 schematisch dargestellt. Die gepunktete Linie entspricht der ersten Messung einer Messreihe (Original). Die gestrichelte Linie entspricht der darauffolgenden Messung (Verschoben). Die einfache Addition der Messungen führt zu dem als durchgezogene Linie dargestellten Mittelwert (Mittel). Hierbei gehen wesentliche Informationen der Messreihe verloren und die Auflösung des Spektrometers verschlechtert sich.
In 11 sind drei reale Messungen durch unterschiedliche Linien (durchgezogen, gepunktet, gestrichelt) in einem Diagramm dargestellt. Das Auswertefenster befindet sich in einem Bereich, in dem ein leicht identifizierbarer charakteristischer Peak des Spektrums - trotz möglicher Verschiebung - liegen muss.
Das oben geschilderte Problem wird dadurch gelöst, dass im Rahmen der Auswertung die Messungen relativ zueinander, unter Berücksichtigung der Verschiebung, betrachtet und gemittelt werden. Die Verschiebung kann beispielsweise anhand der Position des Maximums errechnet werden. Hierbei wird für jedes Spektrum eine korrigierte Wellenlängenachse ermittelt, und erst nach der Anpassung wird das jeweilige Spektrum addiert.
Das verbesserte Ergebnis dieser Methode zeigt sich in 12, in der ein gemitteltes Spektrum einmal ohne Berücksichtigung der Verschiebung, also ohne Korrektur der y-Achse (nicht pixelverschoben) mit gestrichelter Linie und einmal mit Berücksichtigung der Verschiebung, also mit korrigierter y-Achse (pixelverschoben) dargestellt ist.
Im Folgenden wird der Ablauf der rechnerischen Korrektur skizziert. Das Aufnehmen eines Spektrums beinhaltet das Suchen des charakteristischen Punkts innerhalb des festgelegten Auswertefensters, in dem sich mit Sicherheit ein charakteristischer Bereich des Spektrums der Strahlungsquelle 28 befindet. Wie in 10 angedeutet ist das Auswertefenster durch eine Ausdehnung in x-Richtung und eine Ausdehnung in y-Richtung definiert. Die Ausdehnung in x-Richtung entspricht einem Wellenlängen- bzw. Pixelbereich, während die Ausdehnung in y-Richtung (Intensität) der sicheren Identifizierung einer charakteristischen Stelle dient. Der Maximalwert ist - innerhalb von Toleranzen - bekannt. Das Auswertefenster erhöht insgesamt die Sicherheit einer Messung. Es ist so gewählt, dass der charakteristische Punkt immer in diesem Bereich auftritt und eindeutig identifizierbar ist. Die Position des ersten charakteristischen Punkts wird abgespeichert als Referenz für eine Messreihe.
Anschließend werden weitere Spektren aufgenommen, wobei jeweils nach dem charakteristischen Punkt gesucht wird. Es wird die Verschiebung zwischen dem aktuell ermittelten charakteristischen Punkt und der Referenz der Messreihe berechnet. Die verschobenen Spektren werden dann addiert.
Als nächster Schritt folgt das Bilden des Mittelwerts. Auf dieser Basis werden die Pixel des Sensors einer spezifischen Wellenlänge zugeordnet, und es werden weitere, applikationsspezifische Berechnungen mit der gemittelten Messreihe durchgeführt.
Nachfolgend wird noch einmal kurz auf die Besonderheiten des charakteristischen Punkts eingegangen. Es handelt sich dabei um eine Eigenschaft der Strahlungsquelle (Peak im Spektrum), die unabhängig von der zu untersuchenden Probe ist. (Grundsätzlich könnte in anderen Anwendungen auch eine charakteristische Eigenschaft der Probe genutzt werden, die stets unverändert ist.) Der charakteristische Punkt hat eine sehr hohe Auftrittswahrscheinlichkeit (nahe 100 %), unabhängig von der zu untersuchenden Probe. Der charakteristische Punkt stellt eine bekannte Position innerhalb eines definierten Auswertefensters dar.
Bezugszeichenliste

10: Fluid-Analysesystem
12: Elektronikmodul
14: Display
16: Analysemodul
18: Sensormodul
20: Arretier-Bügel
22: Elektronikanschlüsse
24a: Fluidanschluss
24b: Fluidanschluss
26: Probenraum
28: Strahlungsquelle
30: Einlassfenster
32: Eintrittsapertur (erste Apertur)
34: Eintrittsfenster
36a: Ringleitung
36b: Ringleitung
38: Gehäuse
40a: Zuflusskanal
40b: Abflusskanal
42: Austrittsfenster
44: erste Linse (Kollimatorlinse)
46: Beschränkungsapertur (zweite Apertur)
48: Beugungselement
50: zweite Linse (Fokussierlinse)
52: Detektor
54: Detektorebene
56: Bildfeld
58: Schicht
60: Bauteil
62: Lichtkanal
A: optische Achse
d: Weite der zweiten Apertur
R_B: Radius des Bildfelds
r_p: Kehrwert der Petzval-Summe
f: Brennweite
n: Brechzahl
A: Wellenlänge
D: Durchmesser der ersten Linse
S: Schärfungsfaktor

Claims

Spektrometer, insbesondere für den Einbau in ein Sensormodul (18), mit einer Strahlungsquelle (28) und folgenden, einen Strahlengang definierenden bzw. entlang des Strahlengangs angeordneten Komponenten: einem Probenraum (26) für ein zu untersuchendes Fluid, einer ersten Linse (44), einem Beugungselement (48), einer zweiten Linse (50), und einem Detektor (52), dessen optisch sensitiver Bereich in einer Detektorebene (54) liegt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Probenraum (26) und dem Beugungselement (48) eine Beschränkungsapertur (46) zur Beschränkung des effektiven Durchmessers des auf das Beugungselement (48) auftreffenden Strahlenbündels auf eine Weite (d) der Beschränkungsapertur (46) vorgesehen ist, wobei die Beschränkungsapertur (46) zwischen der ersten Linse (44) und dem Beugungselement (48) in einem Fourier-Raum angeordnet ist, in dem das Licht der Strahlungsquelle (28) kollimiert ist.
Spektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Weite (d) der Beschränkungsapertur (46) deutlich kleiner als der Durchmesser der ersten Linse (44) ist.
Spektrometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Weite (d) der Beschränkungsapertur (46) im Bereich zwischen 0,1 und 1,5 mm liegt, vorzugsweise zwischen 0,1 und 1,0 mm.
Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennweite der ersten Linse (44) im Zentimeterbereich liegt, vorzugsweise zwischen 3 und 7 cm, und/oder dass die Brennweite der zweiten Linse (50) im Zentimeterbereich liegt, vorzugsweise zwischen 2 und 5 cm.
Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schärfungsfaktor, der als S = R_B / d definiert ist, mit R_B = Bildfeldradius und d = Weite der Beschränkungsapertur (46), größer als 10 ist und vorzugsweise im Bereich zwischen 30 und 70 liegt.
Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschränkungsapertur (46) durch einen schmalen Lichtkanal (62) in einem Bauteil (60) gebildet ist, das vorzugsweise auch als Halterung für die erste Linse (44) dient.
Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschränkungsapertur (46) in einer auf der dem Beugungselement (48) zugewandten Seite der ersten Linse (44) aufgetragenen Schicht (58) gebildet ist.
Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (52) ein Lineardetektor, insbesondere ein Zeilensensor ist.
Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Ausdehnung des optisch sensitiven Bereichs des Detektors (52) im Zentimeterbereich liegt, vorzugsweise zwischen 1 und 4 cm.
Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenraum (26) in Richtung des Strahlengangs eine Länge von mehreren Zentimetern hat, vorzugsweise mehr als 4 cm.
Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenraum (26) mit einem Zuflusskanal (40a) und einem Abflusskanal (40b) verbunden ist, die vorzugsweise über Ringleitungen (36a, 36b) in den Proberaum (26) münden, wobei die Ringleitungen (36a, 36b) in einem den Probenraum (26) umgebenden Gehäuse (38) ausgebildet sind.
Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beugungselement (48) als Spiegelgitter ausgebildet ist.
Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (28) eine Xenon-Blitzlampe ist.
Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang zusätzlich eine Eintrittsapertur (32) angeordnet ist.
Spektrometer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenraum (26) im Strahlengang hinter der Eintrittsapertur (32) angeordnet ist.
Fluid-Analysesystem (10), mit einem Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Fluid-Analysesystem (10) mit einem Spektrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Strahlungsquelle (28) und dem Probenraum (26) keine Eintrittsapertur (32) vorgesehen ist, wobei das Fluid-Analysesystem (10) ferner eine Elektronikeinheit umfasst, die so eingerichtet ist, dass sie bei der Auswertung mehrerer Messungen eine Verschiebung der vom Detektor (52) erfassten Spektren berücksichtigt.
Fluid-Analysesystem (10) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit so eingerichtet ist, dass eine initiale Kalibrierung durch eine Zuordnung eines charakteristischen Maximums des Spektrums zu einem Pixel eines Sensors des Detektors (52) erfolgt, und dass ausgehend von diesem Pixel weitere Pixel des Sensors entsprechenden Wellenlängen fest zugeordnet werden.
Fluid-Analysesystem (10) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit so eingerichtet ist, dass jede Messung einzeln anhand eines ausgewählten charakteristischen Bereiches des erfassten Spektrums in Form eines Auswertefensters, welches durch einen Wellenlängenbereich bzw. einem dem Wellenlängenbereich entsprechenden Pixelbereich des Sensors und einen Intensitätsbereich definiert ist, kalibriert bzw. korrigiert wird.
Fluid-Analysesystem (10) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit so eingerichtet ist, dass eine Verschiebung zwischen verschiedenen Messungen anhand der Position eines Maximums des Spektrums innerhalb des Auswertefensters berechnet wird, für jedes erfasste Spektrum eine korrigierte Wellenlängenachse ermittelt wird, und nach dieser Anpassung die Messungen gemittelt werden.
Fluid-Analysesystem (10) nach einem der Ansprüche 16 bis 20, mit einem Sensormodul (18), in das wenigstens ein Spektrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 15 eingebaut ist, und einer Analyseeinheit, gekennzeichnet durch einen Arretier-Bügel (20), mit dem das Sensormodul (18) in der Analyseeinheit unter gleichzeitiger Herstellung von elektrischen und fluidischen Verbindungen fixierbar ist.