DE102018132033A1 - Method and system for detecting at least one hazardous substance - Google Patents

Method and system for detecting at least one hazardous substance Download PDF

Info

Publication number
DE102018132033A1
DE102018132033A1 DE102018132033.7A DE102018132033A DE102018132033A1 DE 102018132033 A1 DE102018132033 A1 DE 102018132033A1 DE 102018132033 A DE102018132033 A DE 102018132033A DE 102018132033 A1 DE102018132033 A1 DE 102018132033A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sample
radiation
spectrum
time window
electromagnetic radiation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102018132033.7A
Other languages
German (de)
Inventor
Christoph Kölbl
Frank Duschek
Anja Köhntopp
Carsten Pargmann
Florian Gebert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV filed Critical Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority to DE102018132033.7A priority Critical patent/DE102018132033A1/en
Publication of DE102018132033A1 publication Critical patent/DE102018132033A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/44Raman spectrometry; Scattering spectrometry ; Fluorescence spectrometry
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • G01J3/0294Multi-channel spectroscopy
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • G01J3/10Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry
    • G01J3/108Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry for measurement in the infrared range
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/65Raman scattering
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/39Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers
    • G01N2021/396Type of laser source
    • G01N2021/399Diode laser
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06Illumination; Optics
    • G01N2201/069Supply of sources
    • G01N2201/0696Pulsed
    • G01N2201/0697Pulsed lasers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/22Fuels; Explosives

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

Um ein Verfahren zum Detektieren von mindestens einem Gefahrstoff, insbesondere eines Explosivstoffs, an einer Probe, insbesondere in einem räumlichen Detektionsbereich, bei welchem Verfahren mit einem ersten optischen Spektroskopieverfahren ein erstes optisches Spektrum der Probe während eines ersten Spektrumaufnahmezeitfensters aufgenommen wird und mit einem zweiten optischen Spektroskopieverfahren ein zweites optisches Spektrum der Probe während eines zweiten Spektrumaufnahmezeitfensters aufgenommen wird, wobei sich das erste und das zweite optische Spektroskopieverfahren unterscheiden, wobei das erste optische Spektrum und das zweite optische Spektrum mit bereitgestellten Referenzspektren des mindestens einen Gefahrstoffs verglichen werden zum Bestimmen, ob der mindestens eine Gefahrstoff an der Probe vorhanden ist oder nicht, so zu verbessern, dass es insbesondere bei Sicherheitskontrollen für alle zu überprüfenden Personen und Gegenstände einsetzbar ist, wird vorgeschlagen, dass das erste Spektrumaufnahmezeitfenster und das zweite Spektrumaufnahmezeitfenster zeitlich mindestens teilweise überlappen, insbesondere vollständig.Ferner wird ein verbessertes System zum Detektieren von mindestens einem Gefahrstoff an einer Probe vorgeschlagen.A method for the detection of at least one hazardous substance, in particular an explosive, on a sample, in particular in a spatial detection area, in which method a first optical spectrum of the sample is recorded during a first spectrum recording time window with a first optical spectroscopy method and with a second optical spectroscopy method a second optical spectrum of the sample is recorded during a second spectrum recording time window, the first and second optical spectroscopy methods differing, the first optical spectrum and the second optical spectrum being compared with provided reference spectra of the at least one hazardous substance in order to determine whether the at least one If there is or is not a hazardous substance on the sample so that it can be used in particular for security checks for all persons and objects to be checked, it is proposed that the first spectrum acquisition time window and the second spectrum acquisition time window at least partially overlap in time, in particular completely. An improved system for detecting at least one hazardous substance on a sample is also proposed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren von mindestens einem Gefahrstoff, insbesondere eines Explosivstoffs, an einer Probe, insbesondere in einem räumlichen Detektionsbereich, bei welchem Verfahren mit einem ersten optischen Spektroskopieverfahren ein erstes optisches Spektrum der Probe während eines ersten Spektrumaufnahmezeitfensters aufgenommen wird und mit einem zweiten optischen Spektroskopieverfahren ein zweites optisches Spektrum der Probe während eines zweiten Spektrumaufnahmezeitfensters aufgenommen wird, wobei sich das erste und das zweite optische Spektroskopieverfahren unterscheiden, wobei das erste optische Spektrum und das zweite optische Spektrum mit bereitgestellten Referenzspektren des mindestens einen Gefahrstoffs verglichen werden zum Bestimmen, ob der mindestens eine Gefahrstoff an der Probe vorhanden ist oder nicht.The present invention relates to a method for detecting at least one hazardous substance, in particular an explosive, on a sample, in particular in a spatial detection area, in which method a first optical spectrum of the sample is recorded during a first spectrum recording time window using a first optical spectroscopy method, and with a second optical spectroscopy method, a second optical spectrum of the sample is recorded during a second spectrum recording time window, the first and second optical spectroscopy methods differing, the first optical spectrum and the second optical spectrum being compared with provided reference spectra of the at least one hazardous substance to determine whether the at least one hazardous substance is present on the sample or not.

Ferner betrifft die Erfindung ein System zum Detektieren von mindestens einem Gefahrstoff, insbesondere eines Explosivstoffs, an einer Probe, insbesondere in einem räumlichen Detektionsbereich, welches System eine erste optische Spektroskopieeinrichtung zum Aufnehmen eines ersten optischen Spektrums der Probe während eines ersten Spektrumaufnahmezeitfensters und eine zweite optische Spektroskopieeinrichtung zum Aufnehmen eines zweiten optischen Spektrums der Probe während eines zweiten Spektrumaufnahmezeitfensters umfasst, wobei sich die erste und die zweite optische Spektroskopieeinrichtung unterscheiden, wobei das System eine Auswerteeinrichtung umfasst zum Vergleichen des ersten optischen Spektrums und des zweiten optischen Spektrums mit bereitgestellten Referenzspektren des mindestens einen Gefahrstoffs und zum Bestimmen, ob der mindestens eine Gefahrstoff an der Probe vorhanden ist oder nicht.The invention further relates to a system for detecting at least one hazardous substance, in particular an explosive, on a sample, in particular in a spatial detection area, which system includes a first optical spectroscopy device for recording a first optical spectrum of the sample during a first spectrum recording time window and a second optical spectroscopy device for recording a second optical spectrum of the sample during a second spectrum recording time window, the first and the second optical spectroscopy device differing, the system comprising an evaluation device for comparing the first optical spectrum and the second optical spectrum with provided reference spectra of the at least one hazardous substance and to determine whether the at least one hazardous substance is present on the sample or not.

Insbesondere bei der Durchführung von Sicherheitskontrollen, beispielsweise an Grenzübergängen oder auf Flughäfen, werden unterschiedliche Geräte eingesetzt, insbesondere Sicherheitsscanner, Röntgengeräte und Metalldetektoren, mit denen gefährliche Gegenstände erkannt werden können. Allerdings ist es mit diesen Geräten nicht möglich, Gefahrstoffe, wie insbesondere Explosivstoffe beziehungsweise Sprengstoffe, direkt zu erkennen oder zu identifizieren. Bislang ist der direkte Nachweis derartiger Gefahrstoffe nur unter Laborbedingung an großen Mengen Reinstoff gezeigt worden. Daher werden bei den Sicherheitskontrollen nach wie vor nur stichprobenartig Probenabstriche von verdächtigen Oberflächen genommen, um eine Person und insbesondere auch deren Gepäck auf Kontamination und Kontakt mit einem Gefahrstoff zu überprüfen. Die Analyse dieser Stichprobe erfolgt bislang in einem zusätzlichen Kontrollsch ritt.In particular when carrying out security checks, for example at border crossings or at airports, different devices are used, in particular security scanners, X-ray devices and metal detectors with which dangerous objects can be detected. However, it is not possible with these devices to directly recognize or identify hazardous substances, such as explosives or explosives in particular. So far, direct detection of such hazardous substances has only been shown in large quantities of pure substance under laboratory conditions. Therefore, during the security checks, sample swabs from suspicious surfaces are still only taken on a random basis in order to check a person and in particular their luggage for contamination and contact with a hazardous substance. So far, this sample has been analyzed in an additional control step.

Es ist bekannt, chemische Stoffe mittels optischer Spektroskopie zu charakterisieren. Zum Einsatz kommen hier insbesondere die Ramanspektroskopie sowie die Infrarotspektroskopie. Bei der Infrarotspektroskopie wird die Wellenlänge des die Probe anregenden Lichts durchgestimmt und die Absorption der Probe in Abhängigkeit der Anregungswellenlänge bestimmt. Absorptionsbanden ergeben sich insbesondere bei Wellenlängen, die einer Molekülschwingung oder Rotation des Moleküls entsprechen. Bei der Ramanspektroskopie wird die inelastische Streuung von Licht an Molekülen untersucht. Dabei wird die Probe mit Licht sehr kurzer Wellenlänge beaufschlagt. Die Wellenlänge rückgestreuten Lichts wird aufgrund der Wechselwirkung mit Molekülen der Probe zu längeren Wellenlängen hin verschoben. Die Intensität des rückgestreuten Lichts wird mit einem Detektor wellenlängenabhängig gemessen. Eine Verschiebung der Wellenlänge entspricht dabei einer bestimmten Schwingung des Moleküls.It is known to characterize chemical substances by means of optical spectroscopy. Raman spectroscopy and infrared spectroscopy are used here in particular. In infrared spectroscopy, the wavelength of the light that excites the sample is tuned and the absorption of the sample is determined as a function of the excitation wavelength. Absorption bands arise in particular at wavelengths which correspond to a molecular oscillation or rotation of the molecule. Raman spectroscopy examines the inelastic scattering of light on molecules. The sample is exposed to light of a very short wavelength. The wavelength of backscattered light is shifted towards longer wavelengths due to the interaction with molecules of the sample. The intensity of the backscattered light is measured with a wavelength-dependent detector. A shift in the wavelength corresponds to a specific vibration of the molecule.

Ein Problem beim Detektieren von Gefahrstoffen ist insbesondere, dass die bekannten Verfahren sehr zeitaufwendig sind, so dass bislang eine Detektion in Echtzeit praktisch nicht möglich ist. Ein Einsatz von Systemen der eingangs beschriebenen Art bei Sicherheitskontrollen ist daher in der Praxis nicht möglich, da die erforderlichen Messzeiten zu lange dauern, um insbesondere jede Person und jedes Gepäckstück entsprechend auf Gefahrstoffe zu überprüfen.A problem with the detection of hazardous substances is, in particular, that the known methods are very time-consuming, so that detection in real time has so far been practically impossible. The use of systems of the type described at the beginning in security checks is therefore not possible in practice, since the measurement times required take too long to check in particular every person and every piece of luggage for hazardous substances.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein System der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, dass es insbesondere bei Sicherheitskontrollen für alle zu überprüfenden Personen und Gegenstände einsetzbar ist.It is therefore an object of the present invention to improve a method and a system of the type described at the outset in such a way that it can be used in particular in security checks for all persons and objects to be checked.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, das das erste Spektrumaufnahmezeitfenster und das zweite Spektrumaufnahmezeitfenster zeitlich mindestens teilweise überlappen. Insbesondere überlappen die beiden Spektrumaufnahmezeitfenster vollständig.This object is achieved according to the invention in a method of the type described in the introduction in that the first spectrum acquisition time window and the second spectrum acquisition time window overlap at least partially in time. In particular, the two spectrum acquisition time windows completely overlap.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ermöglicht es insbesondere, zwei Spektroskopieverfahren gleichzeitig oder zumindest teilweise gleichzeitig anzuwenden, um eine Probe, beispielsweise ein Bekleidungsstück oder ein Gepäckstück einer Person, auf Gefahrstoffe zu überprüfen. Durch die Anwendung von zwei unterschiedlichen Spektroskopieverfahren können umfangreichere Messdaten aufgenommen werden, mit denen die Probe, insbesondere auf dieser befindliche Gefahrstoffe, zuverlässig und schnell charakterisiert werden können. Beispielsweise können so gleichzeitig zwei unterschiedliche optische Spektren aufgenommen werden, die dann mit entsprechenden Referenzspektren unterschiedlicher Gefahrstoffe verglichen werden können. Ergibt sich eine Übereinstimmung, ist mit sehr hoher Zuverlässigkeit der Nachweis dafür erbracht, dass ein oder mehrere Gefahrstoffe an der Probe anhaften. Bei der Auswertung ist es insbesondere nicht zwingenderforderlich, jedoch möglich, die beiden Spektren getrennt aufzunehmen und mit getrennten Spektren unterschiedlicher Spektroskopieverfahren zu vergleichen. Vielmehr ist es auch möglich, die erfassten Messdaten beider Spektroskopieverfahren gemeinsam in einem einzigen Datensatz zu verarbeiten und mit einem entsprechenden Referenzdatensatz der Referenzdatensätze eines oder mehrerer Gefahrstoffe zu vergleichen. Diese Vorgehensweise ermöglicht eine effiziente und schnelle Datenverarbeitung, insbesondere einen schnellen Abgleich der erfassten Messdaten mit bekannten Referenzdaten. Insbesondere kann das erste Spektrumaufnahmezeitfenster identisch mit dem zweiten Spektrumaufnahmezeitfenster sein. Ferner kann das eine Spektrumaufnahmezeitfenster vollständig vom anderen Spektrumaufnahmezeitfenster umfasst sein. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Spektroskopieverfahren sich derart unterscheiden, dass es nicht zu Wechselwirkungen bei den Messungen kommen kann. Insbesondere ist dies möglich, wenn die Messungen in unterschiedlichen Spektralbereichen stattfinden, beispielsweise einerseits im infraroten Spektralbereich und andererseits im ultravioletten Spektralbereich.The solution proposed according to the invention makes it possible, in particular, to use two spectroscopy methods simultaneously or at least partially simultaneously in order to check a sample, for example a piece of clothing or a piece of luggage, for hazardous substances. By using two different spectroscopy methods, more extensive measurement data can be recorded with which the sample, especially hazardous substances on it, can be characterized reliably and quickly. For example, two different optical spectra can be recorded simultaneously, which can then be compared with corresponding reference spectra of different hazardous substances. If there is a match, there is evidence with very high reliability that one or more hazardous substances are attached to the sample. In the evaluation, it is in particular not absolutely necessary, but it is possible to record the two spectra separately and to compare them with separate spectra of different spectroscopy methods. Rather, it is also possible to process the acquired measurement data of both spectroscopy methods together in a single data record and to compare them with a corresponding reference data record of the reference data records of one or more hazardous substances. This procedure enables efficient and fast data processing, in particular a quick comparison of the acquired measurement data with known reference data. In particular, the first spectrum recording time window can be identical to the second spectrum recording time window. Furthermore, the one spectrum acquisition time window can be completely covered by the other spectrum acquisition time window. It is also advantageous if the spectroscopy methods differ in such a way that there can be no interactions in the measurements. This is possible in particular if the measurements take place in different spectral ranges, for example on the one hand in the infrared spectral range and on the other hand in the ultraviolet spectral range.

Günstig ist es, wenn die ersten und zweiten optischen Spektren der Probe dann aufgenommen werden, wenn die Probe in einem räumlich vorgegebenen Detektionsbereich angeordnet ist. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass nur dann tatsächlich eine Untersuchung der Probe durchgeführt wird, wenn diese sich im vorgegebenen Detektionsbereich befindet. Beispielsweise kann der Detektionsbereich bei der Sicherheitskontrolle an einem Flughafen ein von einer Sicherheitsschleuse vorgegebener räumlich abgegrenzter Bereich sein. Insbesondere kann dies beim Durchschreiten oder Stehen in einem Metalldetektor oder aber auch ein von einem Körperscanner vorgegebener Bereich sein.It is advantageous if the first and second optical spectra of the sample are recorded when the sample is arranged in a spatially predetermined detection area. In this way it can be ensured that an examination of the sample is only actually carried out if it is in the predetermined detection range. For example, the detection area during the security check at an airport can be a spatially delimited area predetermined by a security gate. In particular, this can be when walking through or standing in a metal detector or else an area specified by a body scanner.

Vorteilhaft ist es, wenn das erste optische Spektroskopieverfahren Infrarotspektroskopie ist und wenn von der Probe als erstes Spektrum ein Infrarotspektrum aufgenommen wird. Insbesondere kann es sich beim Spektroskopieverfahren um MIR-Reflexionsspektroskopie handeln. Bei diesem Verfahren wird die Wellenlänge eines MIR-Lasers kontinuierlich durchgestimmt, insbesondere nach einer bestimmten Anzahl von vom Laser abgegebenen Pulsen geändert. Eine Absorption der MIR-Laserstrahlung durch die Probe wird in Rückstreugeometrie gemessen, so dass man nach einem vollständigen Messzyklus ein Absorptionsspektrum einer Oberfläche der Probe erhält.It is advantageous if the first optical spectroscopy method is infrared spectroscopy and if an infrared spectrum is recorded from the sample as the first spectrum. In particular, the spectroscopic method can be MIR reflection spectroscopy. In this method, the wavelength of an MIR laser is continuously tuned, in particular changed after a certain number of pulses emitted by the laser. An absorption of the MIR laser radiation by the sample is measured in backscatter geometry, so that an absorption spectrum of a surface of the sample is obtained after a complete measurement cycle.

Vorteilhaft ist es, wenn zum Aufnehmen des ersten optischen Spektrums die Probe mit erster gepulster elektromagnetischer Strahlung beaufschlagt wird und wenn eine Intensität von der Probe zurückgestreuter erster Streustrahlung detektiert wird. Auf diese Weise lässt sich eine Vielzahl von Einzelmessungen durchführen. Beispielsweise kann jeder Puls elektromagnetischer Strahlung zur Wechselwirkung mit der Probe eingesetzt und die erste Streustrahlung, die von der Probe zurückgestreut wird, detektiert werden. So kann insbesondere auf einfache Weise ein Absorptionsspektrum der Probe aufgenommen werden.It is advantageous if first pulsed electromagnetic radiation is applied to the sample in order to record the first optical spectrum and if an intensity of first scattered radiation scattered back from the sample is detected. A large number of individual measurements can be carried out in this way. For example, each pulse of electromagnetic radiation can be used to interact with the sample and the first scattered radiation that is scattered back by the sample can be detected. In particular, an absorption spectrum of the sample can be recorded in a simple manner.

Günstig ist es, wenn eine Wellenlänge der ersten gepulsten elektromagnetischen Strahlung während des ersten Spektrumaufnahmezeitfensters durchgestimmt wird und wenn die Intensität der ersten Streustrahlung in Abhängigkeit der Wellenlänge der ersten gepulsten elektromagnetischen Strahlung detektiert wird. Beispielsweise kann nach einer bestimmten Anzahl von Pulsen die Wellenlänge der ersten gepulsten elektromagnetischen Strahlung geändert werden. Je mehr Einzelmessungen bei gleicher Wellenlänge durchgeführt werden, umso besser ein Signal-Rausch-Verhältnis der Messung.It is favorable if a wavelength of the first pulsed electromagnetic radiation is tuned during the first spectrum recording time window and if the intensity of the first scattered radiation is detected as a function of the wavelength of the first pulsed electromagnetic radiation. For example, the wavelength of the first pulsed electromagnetic radiation can be changed after a certain number of pulses. The more individual measurements are carried out at the same wavelength, the better the signal-to-noise ratio of the measurement.

Vorzugsweise wird die erste gepulste elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Strahlungsquelle erzeugt. Insbesondere kann es sich bei der ersten Strahlungsquelle um einen ersten Laser, weiter insbesondere um einen IR-Laser, handeln. Mit einem Laser kann die erforderliche Intensität der ersten gepulsten elektromagnetischen Strahlung bereitgestellt werden, die benötigt wird, um aussagekräftige optische Spektren aufzunehmen.The first pulsed electromagnetic radiation is preferably generated with a first radiation source. In particular, the first radiation source can be a first laser, more particularly an IR laser. A laser can provide the required intensity of the first pulsed electromagnetic radiation, which is required to record meaningful optical spectra.

Ferner ist es günstig, wenn die erste gepulste elektromagnetische Strahlung über die Probe gescannt wird. Insbesondere kann sie eindimensional oder zweidimensional über die Probe gescannt werden. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die Probe großflächig untersucht werden kann, wobei in Abhängigkeit einer insgesamt zur Verfügung stehenden Messzeit sowie unter Berücksichtigung einer Ablenk- oder Scangeschwindigkeit eine Vielzahl von Einzelmessungen nicht nur in identischen, sondern in unterschiedlichen räumlichen Bereichen der Probe durchgeführt werden können.Furthermore, it is advantageous if the first pulsed electromagnetic radiation is scanned over the sample. In particular, it can be scanned one-dimensionally or two-dimensionally over the sample. This has the particular advantage that the sample can be examined over a large area, and depending on the total measurement time available and taking into account a deflection or scanning speed, a large number of individual measurements can be carried out not only in identical but in different spatial areas of the sample .

Gemäß einer weiteren bevorzugten Variante des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das zweite optische Spektroskopieverfahren Ramanspektroskopie ist und dass von der Probe als zweites Spektrum ein Raman-Spektrum aufgenommen wird. Insbesondere kann es sich bei der Ramanspektroskopie um UV-Raman-Spektroskopie handeln. Bei diesem Spektroskopieverfahren wird die Probe mit ultravioletter Strahlung beaufschlagt.According to a further preferred variant of the method, it can be provided that the second optical spectroscopy method is Raman spectroscopy and that a Raman spectrum is recorded from the sample as the second spectrum becomes. In particular, Raman spectroscopy can be UV Raman spectroscopy. With this spectroscopic method, the sample is exposed to ultraviolet radiation.

Vorteilhaft ist es, wenn zum Aufnehmen des zweiten optischen Spektrums die Probe mit zweiter gepulster elektromagnetischer Strahlung beaufschlagt wird und wenn eine Intensität von der Probe zurückgestreuter zweiter Streustrahlung spektral aufgelöst detektiert wird. Durch die Wechselwirkung der zweiten gepulsten elektromagnetischen Strahlung mit der Probe wird zweite Streustrahlung zurückgestreut, die bei der Ramanspektroskopie charakteristische Stokes-Linien und Anti-Stokes-Linien benachbart der Frequenz der gepulsten elektromagnetischen Strahlung bei wellenlängenabhängiger Detektion zeigt. Abstände der jeweiligen detektierten Linien voneinander beziehungsweise von der Wellenlänge der zweiten gepulsten elektromagnetischen Strahlung entsprechen Schwingungsfrequenzen der rückstreuenden Moleküle. Eine Verschiebung zu längeren Wellenlängen hin tritt ein, wenn ein Molekül Energie aus dem Strahlungsfeld absorbiert. Die Energiedifferenz entspricht der Energie eines Schwingungszustands des Moleküls. Sowohl bei der IR-Spektroskopie als auch bei der Ramanspektroskopie werden Schwingungsbanden von Molekülen detektiert, die für diese charakteristisch sind. So kann insbesondere aus der Lage und der Intensität der jeweiligen Signale in den Spektren auf charakteristische Schwingungen bestimmter Moleküle geschlossen werden.It is advantageous if second pulsed electromagnetic radiation is applied to the sample in order to record the second optical spectrum and if an intensity of second scattered radiation scattered back from the sample is detected in a spectrally resolved manner. Due to the interaction of the second pulsed electromagnetic radiation with the sample, second scattered radiation is scattered back, which in Raman spectroscopy shows characteristic Stokes lines and anti-Stokes lines adjacent to the frequency of the pulsed electromagnetic radiation with wavelength-dependent detection. Distances of the respective detected lines from one another or from the wavelength of the second pulsed electromagnetic radiation correspond to oscillation frequencies of the backscattering molecules. A shift towards longer wavelengths occurs when a molecule absorbs energy from the radiation field. The energy difference corresponds to the energy of a vibrational state of the molecule. Both in IR spectroscopy and in Raman spectroscopy, vibrational bands of molecules that are characteristic of them are detected. In particular, the position and the intensity of the respective signals in the spectra can be used to infer characteristic vibrations of certain molecules.

Insbesondere für die Ramanspektroskopie ist es vorteilhaft, wenn die Wellenlänge der zweiten gepulsten elektromagnetischen Strahlung während des zweiten Spektrumaufnahmezeitfensters konstant gehalten wird. So kann während des zweiten Spektrumaufnahmezeitfensters eine der Anzahl der Strahlungspulse entsprechende Anzahl von Einzelmessungen durchgeführt werden, deren Signale zu einem Gesamtspektrum aufaddiert werden können.For Raman spectroscopy in particular, it is advantageous if the wavelength of the second pulsed electromagnetic radiation is kept constant during the second spectrum recording time window. Thus, during the second spectrum acquisition time window, a number of individual measurements corresponding to the number of radiation pulses can be carried out, the signals of which can be added up to form an overall spectrum.

Vorteilhafterweise wird die zweite gepulste elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten Strahlungsquelle erzeugt. Insbesondere kann es sich hierbei um einen zweiten Laser handeln, beispielsweise einen UV-Laser. Laser haben insbesondere den Vorteil, dass hohe Intensitäten der elektromagnetischen Strahlung bereitgestellt werden können. Dies ist insbesondere bei der Ramanspektroskopie vorteilhaft, da nur so ein detektierbares Messsignal erhalten werden kann.The second pulsed electromagnetic radiation is advantageously generated with a second radiation source. In particular, this can be a second laser, for example a UV laser. Lasers have the particular advantage that high intensities of the electromagnetic radiation can be provided. This is particularly advantageous in Raman spectroscopy, since this is the only way to obtain a detectable measurement signal.

Um insbesondere die Probe großflächig untersuchen und charakterisieren zu können, ist es günstig, wenn die zweite gepulste elektromagnetische Strahlung über die Probe gescannt wird. Insbesondere kann sie eindimensional oder zweidimensional über die Probe gescannt werden.In order in particular to be able to examine and characterize the sample over a large area, it is advantageous if the second pulsed electromagnetic radiation is scanned over the sample. In particular, it can be scanned one-dimensionally or two-dimensionally over the sample.

Ferner ist es günstig, wenn die die erste gepulste elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Repetitionsrate erzeugt wird und dass die zweite gepulste elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten Repetitionsrate erzeugt wird, und wenn die erste Repetitionsrate und die zweite Repetitionsrate identisch oder unterschiedlich sind. Bei identischen Repetitionsraten können insbesondere synchrone Messungen durchgeführt werden. Das heißt, es werden gleichzeitig Pulse der ersten und zweiten elektromagnetischen Strahlung auf die Probe geschickt, die dann mit dieser wechselwirken. Von der Probe rückgestreute Streustrahlung wird dann detektiert. Sind die Repetitionsraten unterschiedlich, lassen sich auf einfache Weise sogenannte Crosstalk-Effekte minimieren. Ferner kann so in maximal kurzer Zeit ein bestmögliches Signal-Rausch-Verhältnis für die gemessen Spektren erreicht werden. Asynchron bedeutet insbesondere, dass Pulse der ersten und zweiten elektromagnetischen Strahlung nicht gleichzeitig, sondern zeitlich versetzt oder zeitlich nur teilweise überlappend auf der Probe auftreffen.Furthermore, it is advantageous if the first pulsed electromagnetic radiation is generated at a first repetition rate and that the second pulsed electromagnetic radiation is generated at a second repetition rate, and if the first repetition rate and the second repetition rate are identical or different. With identical repetition rates, synchronous measurements in particular can be carried out. This means that pulses of the first and second electromagnetic radiation are simultaneously sent to the sample, which then interact with it. Scattered radiation backscattered from the sample is then detected. If the repetition rates are different, so-called crosstalk effects can be minimized in a simple manner. Furthermore, the best possible signal-to-noise ratio for the measured spectra can be achieved in a maximum of a short time. Asynchronous means in particular that pulses of the first and second electromagnetic radiation do not strike the sample at the same time, but at different times or only partially overlapping in time.

Ferner ist es günstig, wenn die Probe mit der ersten gepulsten elektromagnetischen Strahlung und der zweiten gepulsten elektromagnetischen Strahlung synchron beaufschlagt wird und wenn die von der Probe rückgestreute erste Streustrahlung und zweite Streustrahlung synchron detektiert werden. So kann eine Charakterisierung der Probe in kürzester Zeit mit zwei unterschiedlichen optischen Spektroskopieverfahren erfolgen. Damit können zusätzliche, redundante oder sich ergänzende Informationen der zu charakterisierenden Probe erhalten werden, die eine Messzeit insgesamt verkürzen helfen.Furthermore, it is expedient if the sample is subjected to the first pulsed electromagnetic radiation and the second pulsed electromagnetic radiation in synchronism and if the first scattered radiation and second scattered radiation scattered back from the sample are detected synchronously. The sample can thus be characterized in a very short time using two different optical spectroscopy methods. Additional, redundant or complementary information about the sample to be characterized can thus be obtained, which help to shorten an overall measurement time.

Alternativ kann es vorteilhaft sein, wenn die Probe mit der ersten gepulsten elektromagnetischen Strahlung und der zweiten gepulsten elektromagnetischen Strahlung asynchron beaufschlagt wird und wenn die von der Probe rückgestreute erste Streustrahlung und zweite Streustrahlung asynchron detektiert wird. Auf diese Weise lassen sich insbesondere Crosstalk-Effekte eliminieren und zudem in kürzester Zeit mit bestmöglichem Signal-Rausch-Verhältnis zwei unterschiedliche optische Spektren der Probe aufnehmen.Alternatively, it may be advantageous if the first pulsed electromagnetic radiation and the second pulsed electromagnetic radiation are applied to the sample asynchronously and if the first scattered radiation and second scattered radiation backscattered by the sample are detected asynchronously. In this way, crosstalk effects in particular can be eliminated and, moreover, two different optical spectra of the sample can be recorded in the shortest possible time with the best possible signal-to-noise ratio.

Günstig ist es, wenn ein Abstand der Probe von der ersten Strahlungsquelle und/oder von der zweiten Strahlungsquelle durch eine Laufzeitmessung der Pulse der ersten gepulsten elektromagnetischen Strahlung und/oder der zweiten gepulsten elektromagnetischen Strahlung bestimmt wird. So kann insbesondere geprüft werden, ob die Signale tatsächlich zum voreingestellten Abstand zwischen den Strahlungsquellen und der Probe korrelieren. Ferner ist es möglich, diese zusätzlich ermittelte Information zu nutzen, um eine Sensitivität und damit eine Zuverlässigkeit des Verfahrens weiter zu erhöhen. Insbesondere können unter Berücksichtigung der ermittelten Laufzeit automatisch Messzeitfenster festgelegt werden, deren zeitliche Breite insbesondere einer Breite des Pulses elektromagnetischer Strahlung entspricht. Über diese Messzeitfenster kann dann tatsächlich eine Ermittlung der Signale stattfinden, so dass für jedes dieser Messzeitfenster ein Gleichstromwert als Signal ausgebbar ist. Ferner kann so automatisch auch für jedes der beiden spektroskopischen Verfahren ein Hintergrundmesszeitfenster festgelegt werden, in dem nur ein Hintergrundsignal erwartet wird. Aus der Differenz zwischen den Signalen in den Messzeitfenstern einerseits und den Hintergrundmesszeitfenstern andererseits ergibt sich dann ein hintergrundfreies Messsignal. So können insbesondere Störeinflüsse, beispielsweise durch Sonnenlicht oder eine Raumbeleuchtung, effektiv unterdrückt werden.It is expedient if a distance of the sample from the first radiation source and / or from the second radiation source is determined by a transit time measurement of the pulses of the first pulsed electromagnetic radiation and / or the second pulsed electromagnetic radiation. In particular, it can be checked whether the signals actually correlate to the preset distance between the radiation sources and the sample. It is also possible to use this additionally determined information in order to further increase the sensitivity and thus the reliability of the method increase. In particular, taking into account the determined transit time, measurement time windows can be defined automatically, the temporal width of which corresponds in particular to a width of the pulse of electromagnetic radiation. The signals can then actually be determined via these measurement time windows, so that a DC value can be output as a signal for each of these measurement time windows. Furthermore, a background measurement time window in which only a background signal is expected is also automatically determined for each of the two spectroscopic methods. A background-free measurement signal then results from the difference between the signals in the measurement time windows on the one hand and the background measurement time windows on the other. In particular, interference, for example caused by sunlight or room lighting, can be effectively suppressed.

Günstig ist es, wenn das erste Spektrumaufnahmezeitfenster in eine Mehrzahl erster Messintervalle unterteilt wird, wenn in jedem erstem Messintervall ein Puls der ersten elektromagnetischen Strahlung mit einer ersten Pulsbreite erzeugt wird, und wenn die erste Streustrahlung in einem ersten Messzeitfenster des ersten Messintervalls detektiert wird. Diese Vorgehensweise hat insbesondere den Vorteil, dass eine Vielzahl von Einzelmessungen in jedem Spektrumaufnahmezeitfenster für jedes der beiden optischen Spektroskopieverfahren durchgeführt werden kann. So lässt sich insbesondere ein Signal-Rausch-Verhältnis deutlich verbessern. Ferner kann durch eine genaue Vorgabe einer zeitlichen Verzögerung des ersten Messzeitfensters gegenüber jedem Puls elektromagnetischer Strahlung sichergestellt werden, dass nur rückgestreute Strahlung der Probe detektiert wird, nicht jedoch die gepulste elektromagnetische Strahlung, die von der ersten Strahlungsquelle erzeugt wird.It is expedient if the first spectrum recording time window is divided into a plurality of first measuring intervals, if a pulse of the first electromagnetic radiation with a first pulse width is generated in every first measuring interval, and if the first scattered radiation is detected in a first measuring time window of the first measuring interval. This procedure has the particular advantage that a large number of individual measurements can be carried out in each spectrum recording time window for each of the two optical spectroscopy methods. In particular, a signal-to-noise ratio can be significantly improved. Furthermore, by precisely specifying a time delay of the first measurement time window with respect to each pulse of electromagnetic radiation, it can be ensured that only backscattered radiation from the sample is detected, but not the pulsed electromagnetic radiation that is generated by the first radiation source.

Um insbesondere Störeinflüsse zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn das erste Messzeitfenster eine Zeitdauer aufweist, welche der ersten Pulsbreite entspricht. Dies ermöglicht es insbesondere, Messsignale im ersten Messzeitfenster zeitlich zu mitteln, beispielsweise mit einem Field Programmable Gate Array (FPGA).In order to avoid interference in particular, it is advantageous if the first measurement time window has a duration that corresponds to the first pulse width. In particular, this enables measurement signals to be averaged over time in the first measurement time window, for example with a field programmable gate array (FPGA).

Eine Sensitivität der spektroskopischen Untersuchung kann insbesondere dadurch erhöht werden, dass die Pulsbreite maximal 10% des ersten Messintervalls entspricht. Dies entspricht einem niedrigen Duty-Cycle von maximal 10%. Auf diese Weise kann insbesondere über eine Laufzeit des jeweiligen Pulses elektromagnetischer Strahlung eine Entfernung zur Probe bestimmt werden. Ferner lassen sich wie beschrieben Messzeitfenster und Hintergrundmesszeitfenster gezielt vorgeben.The sensitivity of the spectroscopic examination can be increased, in particular, by the pulse width corresponding to a maximum of 10% of the first measurement interval. This corresponds to a low duty cycle of a maximum of 10%. In this way, a distance to the sample can be determined, in particular, over a transit time of the respective pulse of electromagnetic radiation. Furthermore, measurement time windows and background measurement time windows can be specified in a targeted manner as described.

Vorteilhaft ist es, wenn in jedem ersten Messintervall nach jedem ersten Messzeitfenster in einem ersten Hintergrundmesszeitfenster erste Hintergrundstrahlung detektiert wird. Durch eine Differenzbildung der Signale in jedem ersten Messzeitfenster und in jedem ersten Hintergrundmesszeitfenster kann so ein hintergrundfreies Messsignal erhalten werden, durch das Störeinflüsse effektiv unterdrückbar sind.It is advantageous if, in every first measurement interval after each first measurement time window, first background radiation is detected in a first background measurement time window. By forming the difference between the signals in every first measurement time window and in every first background measurement time window, a background-free measurement signal can be obtained by which interference can be effectively suppressed.

Vorteilhaft ist es, wenn das erste Hintergrundfenster eine Zeitdauer aufweist, welche der ersten Pulsbreite entspricht. Insbesondere dann, wenn das erste Messzeitfenster ebenfalls eine Zeitdauer aufweist, welche der ersten Pulsbreite entspricht, kann so durch eine Differenzmessung jegliche Hintergrundstrahlung auf einfache Weise durch Differenzbildung eliminiert werden.It is advantageous if the first background window has a duration that corresponds to the first pulse width. In particular, if the first measurement time window also has a time duration that corresponds to the first pulse width, any background radiation can thus be eliminated in a simple manner by forming a difference by means of a difference measurement.

Zur Bestimmung eines hintergrundfreien Messsignals ist es günstig, wenn zum Bestimmen des ersten optischen Spektrums eine Differenz zwischen der detektierten ersten Streustrahlung und der detektierten ersten Hintergrundstrahlung gebildet wird.To determine a background-free measurement signal, it is expedient if a difference is formed between the detected first scattered radiation and the detected first background radiation in order to determine the first optical spectrum.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das zweite Spektrumaufnahmezeitfenster in eine Mehrzahl zweiter Messintervalle unterteilt wird, dass in jedem zweiten Messintervall ein Puls der zweiten elektromagnetischen Strahlung mit einer zweiten Pulsbreite erzeugt wird und dass die zweite Streustrahlung in einem zweiten Messzeitfenster des zweiten Messintervalls detektiert wird. So kann insbesondere die zweite Streustrahlung unabhängig vom Puls der zweiten elektromagnetischen Strahlung detektiert werden, so dass Störeinflüsse des Pulses auf das Messsignal vermieden werden können.According to a further preferred variant of the method according to the invention, it can be provided that the second spectrum recording time window is divided into a plurality of second measuring intervals, that a pulse of the second electromagnetic radiation with a second pulse width is generated in every second measuring interval and that the second scattered radiation is in a second measuring time window of the second measurement interval is detected. In particular, the second scattered radiation can be detected independently of the pulse of the second electromagnetic radiation, so that interference from the pulse on the measurement signal can be avoided.

Vorzugsweise weist das zweite Messzeitfenster eine Zeitdauer auf, welche der zweiten Pulsbreite entspricht. Auf diese Weise kann insbesondere erreicht werden, dass die zweite Streustrahlung, welche aufgrund der Wechselwirkung des Pulses der zweiten elektromagnetischen Strahlung mit der Probe erhalten wird, vollständig detektiert werden kann.The second measurement time window preferably has a time duration which corresponds to the second pulse width. In this way it can in particular be achieved that the second scattered radiation, which is obtained due to the interaction of the pulse of the second electromagnetic radiation with the sample, can be completely detected.

Günstigerweise entspricht die zweite Pulsbreite maximal 10% des zweiten Messintervalls. Wie bereits oben beschrieben kann so eine Sensitivität des Verfahrens erhöht werden durch einen Duty-Cycle von maximal 10%.The second pulse width advantageously corresponds to a maximum of 10% of the second measurement interval. As already described above, such a sensitivity of the method can be increased by a duty cycle of a maximum of 10%.

Ferner ist es günstig, wenn in jedem zweiten Messintervall nach jedem zweiten Messzeitfenster in einem zweiten Hintergrundmesszeitfenster zweite Hintergrundstrahlung detektiert wird. Auch hier kann wie beschrieben eine Differenz zwischen dem Messsignal im zweiten Messzeitfenster und dem Messsignal im zweiten Hintergrundmesszeitfenster gebildet werden, um die Hintergrundstrahlung und somit etwaige Störeinflüsse zu eliminieren.Furthermore, it is advantageous if, in every second measurement interval after every second measurement time window, a second background radiation is detected in a second background measurement time window. Here too, as described, there can be a difference between the Measurement signal in the second measurement time window and the measurement signal in the second background measurement time window are formed in order to eliminate the background radiation and thus any interference.

Vorteilhaft ist es, wenn das zweite Hintergrundmessfenster eine Zeitdauer aufweist, welche der ersten Pulsbreite entspricht. So können insbesondere dann, wenn das zweite Messzeitfenster ebenfalls eine Zeitdauer aufweist, welche der zweiten Pulsbreite entspricht, sowohl über das zweite Messzeitfenster als auch über das zweite Hintergrundzeitfenster Messsignale jeweils zeitlich gemittelt werden. Ferner kann durch Differenzbildung auf einfache Weise ein hintergrundfreies Messsignal erhalten werden.It is advantageous if the second background measurement window has a duration that corresponds to the first pulse width. In particular, if the second measurement time window also has a duration that corresponds to the second pulse width, measurement signals can be averaged over both the second measurement time window and the second background time window. Furthermore, a background-free measurement signal can be obtained in a simple manner by forming the difference.

Günstig ist es, wenn zum Bestimmen des zweiten optischen Spektrums eine Differenz zwischen der detektierten zweiten Streustrahlung und der detektierten zweiten Hintergrundstrahlung gebildet wird. Auf diese Weise können Störeinflüsse, wie insbesondere durch Sonnenlicht oder eine Raumbeleuchtung, sicher eliminiert werden.It is expedient if, in order to determine the second optical spectrum, a difference is formed between the detected second scattered radiation and the detected second background radiation. In this way, interference such as, in particular, sunlight or room lighting can be reliably eliminated.

Auf besonders einfache Weise lässt sich das Verfahren durchführen, wenn die erste Pulsbreite und die zweite Pulsbreite identisch vorgegeben werden. Insbesondere bei einer synchronen Messung mit synchron erzeugten Pulsen der ersten und zweiten elektromagnetischen Strahlung kann so in kürzester Zeit eine Probe mit hoher Genauigkeit charakterisiert werden.The method can be carried out in a particularly simple manner if the first pulse width and the second pulse width are specified identically. In particular in the case of a synchronous measurement with synchronously generated pulses of the first and second electromagnetic radiation, a sample can be characterized with high accuracy in the shortest possible time.

Die eingangs gestellte Aufgabe wird ferner bei einem System der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das erste Spektrumaufnahmezeitfenster und das zweite Spektrumaufnahmezeitfenster zeitlich mindestens teilweise überlappen. Insbesondere können die Spektrumaufnahmezeitfenster vollständig überlappen.The object stated at the outset is further achieved according to the invention in a system of the type described in the introduction in that the first spectrum recording time window and the second spectrum recording time window overlap at least partially in time. In particular, the spectrum acquisition time windows can completely overlap.

Wie bereits oben eingehend dargelegt, können so zwei unterschiedliche optische Spektren gleichzeitig oder im Vergleich zu einer seriellen Messung deutlich schneller aufgenommen werden. Damit ist es insbesondere möglich, ein solches System beispielsweise für Personenkontrollen einzusetzen, zum Beispiel für Passagierkontrollen an Flughäfen. Eine Charakterisierung der Probe kann auf die beschriebene Weise vollständig berührungslos und aus einer zuvor festgelegten Entfernung erfolgen. Insbesondere kann eine Zuverlässigkeit bei der Charakterisierung der Probe, ob an dieser Gefahrstoffe anhaften, durch das vorgeschlagene System verbessert werden. Insbesondere kann eine Intensität der von den Spektroskopieeinrichtungen bereitgestellten elektromagnetischen Strahlung unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts gehalten werden, um eine Gesundheitsgefährdung zu vermeiden. Insbesondere kann so ein System gleichzeitig eingesetzt werden, wenn beispielsweise ein Passagier mit einem Sicherheitsscanner auf gefährliche Gegenstände untersucht wird. Mit dem System kann er beispielsweise parallel und berührungslos im unteren Beinbereich kontrolliert werden. Die Probe bilden dann beispielsweise die Schuhe oder eine Hose des Passagiers. Zudem kann das System derart ausgebildet werden, dass eine Messung von der untersuchten Person nicht wahrgenommen werden kann, was insbesondere dann möglich ist, wenn Spektroskopie in optischen Spektralbereichen durchgeführt wird, die außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs liegen, beispielsweise im infraroten Spektralbereich sowie im ultravioletten Spektralbereich.As already explained in detail above, two different optical spectra can be recorded significantly faster at the same time or in comparison to a serial measurement. This makes it possible, in particular, to use such a system, for example for personal checks, for example for passenger checks at airports. The sample can be characterized in a completely contactless manner and from a predetermined distance in the manner described. In particular, the proposed system can improve reliability in characterizing the sample as to whether there are any hazardous substances attached to it. In particular, an intensity of the electromagnetic radiation provided by the spectroscopy devices can be kept below a predetermined limit value in order to avoid a health hazard. In particular, such a system can be used at the same time if, for example, a passenger is examined for dangerous objects using a security scanner. With the system, for example, it can be checked in parallel and without contact in the lower leg area. The sample then forms, for example, the passenger's shoes or trousers. In addition, the system can be designed such that a measurement cannot be perceived by the person being examined, which is particularly possible if spectroscopy is carried out in optical spectral ranges that lie outside the visible spectral range, for example in the infrared spectral range and in the ultraviolet spectral range.

Günstig ist es, wenn das System einen räumlich vorgegebenen Detektionsbereich umfasst, in dem die Probe zum Aufnehmen der ersten und zweiten optischen Spektren angeordnet ist. Beispielsweise kann der Detektionsbereich für eine Person durch eine Markierung auf einem Boden vorgegeben werden. Der Detektionsbereich kann auch durch einen dreidimensional begrenzten Raum definiert werden, wie dies beispielsweise bei einem Körperscanner der Fall ist.It is expedient if the system comprises a spatially predetermined detection area, in which the sample for recording the first and second optical spectra is arranged. For example, the detection area for a person can be specified by marking on a floor. The detection area can also be defined by a three-dimensionally limited space, as is the case with a body scanner, for example.

Vorzugsweise umfasst die erste optische Spektroskopieeinrichtung ein Infrarotspektrometer oder ist ein solches. Insbesondere kann sie in Form eines MIR-Reflexionsspektrometers ausgebildet sein. Mit einem Infrarotspektrometer können direkt Absorptionsspektren im infraroten, beispielsweise im mittleren infraroten, Spektralbereich aufgenommen werden. Es wird dabei wellenabhängig eine Abschwächung der Anregungsstrahlung durch die Probe gemessen. Infrarotstrahlung wird insbesondere dann absorbiert, wenn Moleküle zu Schwingungen oder Rotationen angeregt werden.The first optical spectroscopy device preferably comprises or is an infrared spectrometer. In particular, it can be designed in the form of a MIR reflection spectrometer. Absorption spectra in the infrared, for example in the middle infrared, spectral range can be recorded directly with an infrared spectrometer. A weakening of the excitation radiation by the sample is measured depending on the wave. Infrared radiation is particularly absorbed when molecules are excited to vibrate or rotate.

Vorteilhaft ist es, wenn die die erste Spektroskopieeinrichtung eine erste Strahlungsquelle zum Erzeugen erster gepulster elektromagnetischer Strahlung umfasst und einen ersten Detektor zum Messen einer Intensität von der Probe zurückgestreuter erster Streustrahlung. Insbesondere kann so korreliert erste Streustrahlung gemessen werden, die durch die erste gepulste elektromagnetische Strahlung aufgrund der Wechselwirkung mit der Probe von dieser zurückgestrahlt wird.It is advantageous if the first spectroscopy device comprises a first radiation source for generating first pulsed electromagnetic radiation and a first detector for measuring an intensity of first scattered radiation scattered back from the sample. In particular, the first scattered radiation can be measured in a correlated manner, which is reflected back by the first pulsed electromagnetic radiation due to the interaction with the sample.

Vorzugsweise ist die erste Strahlungsquelle ausgebildet zum Durchstimmen einer Wellenlänge der ersten gepulsten elektromagnetischen Strahlung während des ersten Spektrumaufnahmezeitfensters. So kann mit der ersten optischen Spektroskopieeinrichtung eine Absorption der Probe wellenlängenabhängig aufgenommen werden. Absorptionsmaxima ergeben sich für die Probe immer bei denjenigen Wellenlängen, bei denen Schwingungen oder Rotationen der Moleküle angeregt werden. Jedem Molekül sind derartige Schwingungen und Rotationen aufgrund seiner Struktur charakteristisch. So stellt ein Infrarotspektrum eines Moleküls einen „Fingerabdruck“ desselben dar.The first radiation source is preferably designed to tune a wavelength of the first pulsed electromagnetic radiation during the first spectrum recording time window. The first optical spectroscopy device can be used to record an absorption of the sample depending on the wavelength. Absorption maxima always result for the sample at those wavelengths at which vibrations or rotations of the molecules are excited. Each Such vibrations and rotations are characteristic of molecules because of their structure. An infrared spectrum of a molecule represents a “fingerprint” of the molecule.

Um eine hinreichende Strahlungsintensität für die Aufnahme von Infrarotspektren bereitstellen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die erste Strahlungsquelle in Form eines ersten Lasers ausgebildet ist. Insbesondere kann er in Form eines IR-Lasers ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Laser in Form eines durchstimmbaren, gepulsten Quantenkaskadenlasers mit einem Durchstimmbereich von 6 µm bis 11,5 µm ausgebildet sein. Mittels eines solchen Lasers lassen sich insbesondere in einem Wellenlängen-Scan-Modus Durchstimmgeschwindigkeiten von bis zu 5000 cm-1/s oder sogar noch höher erreichen.In order to be able to provide a sufficient radiation intensity for the recording of infrared spectra, it is advantageous if the first radiation source is designed in the form of a first laser. In particular, it can be designed in the form of an IR laser. For example, the laser can be designed in the form of a tunable, pulsed quantum cascade laser with a tuning range from 6 μm to 11.5 μm. Such a laser can be used to achieve tuning speeds of up to 5000 cm -1 / s or even higher, in particular in a wavelength scan mode.

Um insbesondere nicht nur ein kleinen Bereich der Probe untersuchen zu können, ist es vorteilhaft, wenn das System eine erste Scaneinrichtung umfasst zum Scannen der ersten gepulsten elektromagnetischen Strahlung über die Probe. Insbesondere kann die Scaneinrichtung zum eindimensionalen oder zweidimensionalen Scannen ausgebildet sein. Damit lassen sich Linienscans über der Probe oder auch Flächenscans über der Probe durchführen. Auf diese Weise kann eine Wahrscheinlichkeit für eine Detektion von Gefahrstoffen, wenn diese an der Probe tatsächlich vorhanden sind, deutlich verbessert werden.In order, in particular, not to be able to examine only a small area of the sample, it is advantageous if the system comprises a first scanning device for scanning the first pulsed electromagnetic radiation over the sample. In particular, the scanning device can be designed for one-dimensional or two-dimensional scanning. Line scans over the sample or area scans over the sample can thus be carried out. In this way, the likelihood of detection of hazardous substances if they are actually present on the sample can be significantly improved.

Vorteilhaft ist es, wenn die zweite optische Spektroskopieeinrichtung ein Ramanspektrometer ist oder umfasst. Insbesondere kann es sich dabei um ein UV-Raman-Spektrometer handeln. Mit dem Ramanspektrometer kann die Wechselwirkung monochromatischer Strahlung mit einem Molekül, das bei einer Rotation oder Schwingung desselben eine Polarisierbarkeit ändert, bestimmt werden. Im Spektrum des an der Probe gestreuten Lichts werden neben der eingestrahlten Frequenz, die durch die Rayleigh-Streuung hervorgerufen wird, noch weitere Signale beobachten. Frequenzunterschiede zum eingestrahlten Licht entsprechen den für den jeweiligen Stoff charakteristischen Energien von Rotations-, Schwingungs-, Phonon- oder Spin-Flip-Prozessen. Aus dem erhaltenen Spektrum lassen sich ähnlich einem Infrarotspektrum Rückschlüsse auf die untersuchte Substanz ziehen. Die in einem Raman-Spektrum auftretenden Linien werden auch als Stokes-Linien sowie Anti-Stokes-Linien bezeichnet.It is advantageous if the second optical spectroscopy device is or comprises a Raman spectrometer. In particular, it can be a UV Raman spectrometer. The Raman spectrometer can be used to determine the interaction of monochromatic radiation with a molecule which changes its polarizability when it rotates or oscillates. In addition to the irradiated frequency caused by the Rayleigh scattering, other signals are observed in the spectrum of the light scattered on the sample. Frequency differences from the incident light correspond to the energies of rotation, vibration, phonon or spin flip processes that are characteristic of the respective substance. Conclusions about the investigated substance can be drawn from the spectrum obtained, similar to an infrared spectrum. The lines appearing in a Raman spectrum are also referred to as Stokes lines and anti-Stokes lines.

Günstig ist es, wenn die zweite Spektroskopieeinrichtung eine zweite Strahlungsquelle zum Erzeugen zweiter gepulster elektromagnetischer Strahlung umfasst und einen zweiten Detektor zum wellenlängenabhängigen Messen einer Intensität von der Probe zurückgestreuter zweiter Streustrahlung. Mit entsprechend geeigneten Detektoren können simultan unterschiedliche Wellenlängen detektiert werden. Beispielsweise kann ein entsprechendes Fotodiodenarray eingesetzt werden. Durch gepulste Beaufschlagung der Probe mit elektromagnetischer Strahlung kann dann wie oben beschrieben eine Vielzahl von Einzelmessungen durchgeführt werden, wobei die Signale der Einzelmessungen aufaddiert werden können, um die entsprechenden Linien im Ramanspektrum hinreichen der Qualität und Intensität zu erhalten, die benötigt werden, um das Vorhandensein bestimmter Moleküle, insbesondere der zu detektierenden Gefahrstoffe, eindeutig zu bestimmen.It is expedient if the second spectroscopy device comprises a second radiation source for generating second pulsed electromagnetic radiation and a second detector for measuring the intensity of a second scattered radiation scattered back from the sample. With suitable detectors, different wavelengths can be detected simultaneously. For example, a corresponding photodiode array can be used. By pulsed exposure of the sample to electromagnetic radiation, a large number of individual measurements can then be carried out as described above, the signals of the individual measurements being added up in order to obtain the corresponding lines in the Raman spectrum sufficient to obtain the quality and intensity required for the presence certain molecules, in particular the hazardous substances to be detected, to be clearly determined.

Insbesondere für die Ramanspektroskopie ist es günstig, wenn die die zweite Strahlungsquelle ausgebildet ist zum Erzeugen der zweiten gepulsten elektromagnetischen Strahlung mit konstanter Wellenlänge.For Raman spectroscopy in particular, it is advantageous if the second radiation source is designed to generate the second pulsed electromagnetic radiation with a constant wavelength.

Damit insbesondere eine hinreichende Intensität für die Durchführung ramanspektroskopischer Untersuchungen verfügbar ist, ist es günstig, wenn die zweite Strahlungsquelle in Form eines zweiten Lasers ausgebildet ist. Insbesondere kann es sich dabei um einen UV-Laser handeln. Ultraviolette Strahlung ist für den Menschen nicht sichtbar, so dass das System einsetzbar ist, ohne dass eine mit diesem System kontrollierte Person auf die Untersuchung aufmerksam wird.So that in particular a sufficient intensity is available for carrying out Raman spectroscopic examinations, it is advantageous if the second radiation source is designed in the form of a second laser. In particular, it can be a UV laser. Ultraviolet radiation is not visible to humans, so the system can be used without a person controlled by this system becoming aware of the examination.

Vorzugsweise umfasst das System eine zweite Scaneinrichtung zum Scannen der zweiten gepulsten elektromagnetischen Strahlung über die Probe. Insbesondere kann die Probe so eindimensional oder zweidimensional abgescannt werden. Umfasst das System zwei Scaneinrichtungen, können diese insbesondere derart ausgebildet sein, dass sie die erste gepulste elektromagnetische Strahlung und die zweite gepulste elektromagnetische Strahlung so über die Probe ablenken, dass diese stets unterschiedliche Bereiche der Probe abtasten. So lassen sich insbesondere unerwünschte Wechselwirkungen vermeiden. The system preferably comprises a second scanning device for scanning the second pulsed electromagnetic radiation over the sample. In particular, the sample can be scanned one-dimensionally or two-dimensionally. If the system comprises two scanning devices, these can in particular be designed such that they deflect the first pulsed electromagnetic radiation and the second pulsed electromagnetic radiation over the sample in such a way that they always scan different areas of the sample. In particular, undesirable interactions can be avoided in this way.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste Strahlungsquelle ausgebildet ist zum Erzeugen der ersten gepulsten elektromagnetischen Strahlung mit einer ersten Repetitionsrate und dass die zweite Strahlungsquelle ausgebildet ist zum Erzeugen der zweiten gepulsten elektromagnetischen Strahlung mit einer zweiten Repetitionsrate und dass die erste Repetitionsrate und die zweite Repetitionsrate identisch oder unterschiedlich sind. Insbesondere bei identischen Repetitionsraten können die optischen Spektren mit den beiden Spektroskopieeinrichtungen vollständig synchron aufgenommen werden. Insbesondere können die Pulse elektromagnetischer Strahlung gleichzeitig und mit gleicher Pulsdauer oder auch Pulsbreite die Probe beaufschlagen. Unterschiedliche Repetitionsraten ermöglichen insbesondere asynchrone Messungen. Pulse elektromagnetischer Strahlung treffen so für die unterschiedlichen Spektroskopieeinrichtungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten auf die Probe. Insbesondere können auch Pulslängen oder Pulsbreiten der elektromagnetischen Strahlung unterschiedlich gewählt werden. So lassen sich insbesondere Crosstalk-Effekte auf einfache Weise eliminieren.According to a further preferred embodiment of the invention, it can be provided that the first radiation source is designed to generate the first pulsed electromagnetic radiation with a first repetition rate and that the second radiation source is designed to generate the second pulsed electromagnetic radiation with a second repetition rate and that the first Repetition rate and the second repetition rate are identical or different. In particular with identical repetition rates, the optical spectra can be recorded completely synchronously with the two spectroscopy devices. In particular, the pulses of electromagnetic radiation can be simultaneously and with the same Apply the pulse duration or pulse width to the sample. Different repetition rates enable asynchronous measurements in particular. Pulses of electromagnetic radiation hit the sample for the different spectroscopy devices at different times. In particular, pulse lengths or pulse widths of the electromagnetic radiation can also be selected differently. In particular, crosstalk effects can be easily eliminated.

Vorzugsweise umfasst das System eine Abstandsbestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines Abstands der Probe von der ersten Strahlungsquelle und/oder von der zweiten Strahlungsquelle. Die Abstandsbestimmungseinrichtung kann insbesondere ausgebildet sein, um eine Laufzeitmessung für die Laserpulse durchzuführen. Insbesondere unter Berücksichtigung einer solchen Abstandsinformation, die sich aus einer Laufzeit eines Laserpulses berechnen lässt, kann so automatisch ein erstes und/oder zweites Messzeitfenster in einem dem Abstand der Probe entsprechenden zeitlichen Abstand zum Puls elektromagnetischer Strahlung vorgegeben werden. So kann insbesondere auch ein Messzeitfenster vorgegeben werden, in dem Streustrahlung, auch als Rückstrahlung bezeichnet, von der Probe gemessen werden kann, die in jedem Fall durch die gepulste elektromagnetische Strahlung hervorgerufen wurde.The system preferably comprises a distance determination device for determining a distance of the sample from the first radiation source and / or from the second radiation source. The distance determination device can in particular be designed to carry out a transit time measurement for the laser pulses. In particular, taking into account such distance information, which can be calculated from the running time of a laser pulse, a first and / or second measurement time window can be automatically specified at a time interval corresponding to the distance of the sample from the pulse of electromagnetic radiation. In particular, a measurement time window can also be specified in which scattered radiation, also referred to as retroreflection, can be measured from the sample, which was caused in each case by the pulsed electromagnetic radiation.

Für den Einsatz des Systems ist es günstig, wenn es eine Bedieneinrichtung zum Eingeben von Daten aufweist. Beispielsweise können so erforderliche Daten und Einstellungen für den Betrieb des Systems von einem Anwender vorgenommen werden.For the use of the system, it is favorable if it has an operating device for entering data. For example, data and settings required for operating the system can be made by a user.

Günstigerweise umfasst das System eine Steuerungseinrichtung zum Steuern der ersten und/oder zweiten optischen Spektroskopieeinrichtung. Mit einer solchen Steuerungseinrichtung kann insbesondere das Zusammenwirken beider Spektroskopieeinrichtungen optimiert werden. Insbesondere kann so sichergestellt werden, dass die Spektrumaufnahmezeitfenster hinreichend überlappen, insbesondere vollständig überlappen, um eine möglichst kurze Zeit für eine Untersuchung der Probe insgesamt zu benötigen.The system advantageously comprises a control device for controlling the first and / or second optical spectroscopy device. With such a control device, the interaction of both spectroscopy devices can be optimized in particular. In particular, it can thus be ensured that the spectrum acquisition time windows overlap sufficiently, in particular completely overlap, in order to require the shortest possible time for an examination of the sample as a whole.

Vorzugsweise umfasst das System eine Speichereinrichtung zum Speichern von Referenzspektren von Gefahrstoffen und zum Speichern der gemessenen ersten und zweiten optischen Spektren. Referenzspektren sind insbesondere auch Referenzdaten, die durch Kombination unterschiedlicher optischer Spektren bereitgestellt werden. Es müssen dann nicht zwei gemessene Spektren mit zwei Referenzspektren verglichen werden, sondern lediglich ein einziger Vergleich ist erforderlich, wenn auch die gemessenen Daten mit den beiden Spektroskopieeinrichtungen durch geeignete Verarbeitung zusammengeführt werden. Auf diese Weise kann eine Auswertezeit signifikant verkürzt werden.The system preferably comprises a storage device for storing reference spectra of hazardous substances and for storing the measured first and second optical spectra. Reference spectra are in particular also reference data that are provided by combining different optical spectra. It is then not necessary to compare two measured spectra with two reference spectra, but only a single comparison is required if the measured data are also combined with the two spectroscopy devices by suitable processing. In this way, an evaluation time can be shortened significantly.

Vorzugsweise umfasst das System eine Ausgabeeinrichtung umfasst zum Ausgeben einer Information, ob der mindestens eine Gefahrstoff an der Probe vorhanden ist oder nicht. Die Ausgabeeinrichtung kann insbesondere optisch und/oder akustisch Signale oder Informationen ausgeben. Kontaminierte Proben können so auf einfache Weise selektiert und bei einem positiven Befund zusätzlich ergänzend untersucht werden.The system preferably comprises an output device for outputting information as to whether or not the at least one hazardous substance is present on the sample. The output device can in particular output signals and information optically and / or acoustically. Contaminated samples can thus be selected in a simple manner and, if the result is positive, can also be additionally examined.

Ferner wird die Verwendung eines der oben beschriebenen Systeme zur Durchführung eines der oben beschriebenen Verfahren vorgeschlagen. Es können dann in der beschriebenen Weise Gefahrstoffe einfach, schnell und zuverlässig detektiert werden.Furthermore, the use of one of the systems described above for carrying out one of the methods described above is proposed. Hazardous substances can then be detected simply, quickly and reliably in the manner described.

Die vorstehende Beschreibung umfasst somit insbesondere die nachfolgend in Form durchnummerierter Sätze definierten Ausführungsformen von Verfahren und Systemen zum Detektieren von mindestens einem Gefahrstoff:

  1. 1. Verfahren zum Detektieren von mindestens einem Gefahrstoff, insbesondere eines Explosivstoffs, an einer Probe (26), insbesondere in einem räumlichen Detektionsbereich (18), bei welchem Verfahren mit einem ersten optischen Spektroskopieverfahren ein erstes optisches Spektrum der Probe (26) während eines ersten Spektrumaufnahmezeitfensters (106) aufgenommen wird und mit einem zweiten optischen Spektroskopieverfahren ein zweites optisches Spektrum der Probe (26) während eines zweiten Spektrumaufnahmezeitfensters (108) aufgenommen wird, wobei sich das erste und das zweite optische Spektroskopieverfahren unterscheiden, wobei das erste optische Spektrum und das zweite optische Spektrum mit bereitgestellten Referenzspektren des mindestens einen Gefahrstoffs verglichen werden zum Bestimmen, ob der mindestens eine Gefahrstoff an der Probe (26) vorhanden ist oder nicht, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Spektrumaufnahmezeitfenster (106) und das zweite Spektrumaufnahmezeitfenster (108) zeitlich mindestens teilweise überlappen, insbesondere vollständig.
  2. 2. Verfahren nach Satz 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten optischen Spektren der Probe (26) dann aufgenommen werden, wenn die Probe (26) in einem räumlich vorgegebenen Detektionsbereich (18) angeordnet ist.
  3. 3. Verfahren nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Spektroskopieverfahren Infrarotspektroskopie ist, insbesondere MIR-Reflexionsspektroskopie, und dass von der Probe (26) als erstes Spektrum ein Infrarotspektrum aufgenommen wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufnehmen des ersten optischen Spektrums die Probe (26) mit erster gepulster elektromagnetischer Strahlung (50) beaufschlagt wird und dass eine Intensität von der Probe (26) zurückgestreuter erster Streustrahlung (58) detektiert wird.
  5. 5. Verfahren nach Satz 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wellenlänge der ersten gepulsten elektromagnetischen Strahlung (50) während des ersten Spektrumaufnahmezeitfensters (106) durchgestimmt wird und dass die Intensität der ersten Streustrahlung (58) in Abhängigkeit der Wellenlänge der ersten gepulsten elektromagnetischen Strahlung (50) detektiert wird.
  6. 6. Verfahren nach Satz 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste gepulste elektromagnetische Strahlung (50) mit einer ersten Strahlungsquelle (48), insbesondere in Form eines ersten Lasers (52), weiter insbesondere in Form eines IR-Lasers (54), erzeugt wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der Sätze 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste gepulste elektromagnetische Strahlung (50) über die Probe (26) gescannt wird, insbesondere ein- oder zweidimensional.
  8. 8. Verfahren nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite optische Spektroskopieverfahren Ramanspektroskopie ist, insbesondere UV-Raman-Spektroskopie, und dass von der Probe (26) als zweites Spektrum ein Raman-Spektrum aufgenommen wird.
  9. 9. Verfahren nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufnehmen des zweiten optischen Spektrums die Probe mit zweiter gepulster elektromagnetischer Strahlung (76) beaufschlagt wird und dass eine Intensität von der Probe (26) zurückgestreuter zweiter Streustrahlung (86) spektral aufgelöst detektiert wird.
  10. 10. Verfahren nach Satz 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wellenlänge der zweiten gepulsten elektromagnetischen Strahlung (76) während des zweiten Spektrumaufnahmezeitfensters (108) konstant gehalten wird.
  11. 11. Verfahren nach Satz 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite gepulste elektromagnetische Strahlung (76) mit einer zweiten Strahlungsquelle (74), insbesondere in Form eines zweiten Lasers (78), weiter insbesondere in Form eines UV-Lasers (80), erzeugt wird.
  12. 12. Verfahren nach einem der Sätze 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite gepulste elektromagnetische Strahlung (76) über die Probe (26) gescannt wird, insbesondere ein- oder zweidimensional.
  13. 13. Verfahren nach einem der Sätze 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste gepulste elektromagnetische Strahlung (50) mit einer ersten Repetitionsrate erzeugt wird und dass die zweite gepulste elektromagnetische Strahlung (76) mit einer zweiten Repetitionsrate erzeugt wird, und dass die erste Repetitionsrate und die zweite Repetitionsrate identisch oder unterschiedlich sind.
  14. 14. Verfahren nach einem der Sätze 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Probe (26) mit der ersten gepulsten elektromagnetischen Strahlung (50) und der zweiten gepulsten elektromagnetischen Strahlung (76) synchron beaufschlagt wird und dass die von der Probe (26) rückgestreute erste Streustrahlung (60) und zweite Streustrahlung (86) synchron detektiert wird.
  15. 15. Verfahren nach einem der Sätze 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Probe (26) mit der ersten gepulsten elektromagnetischen Strahlung (50) und der zweiten gepulsten elektromagnetischen Strahlung (76) asynchron beaufschlagt wird und dass die von der Probe (26) rückgestreute erste Streustrahlung (60) und zweite Streustrahlung (86) asynchron detektiert wird.
  16. 16. Verfahren nach einem der Sätze 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (58, 84) der Probe (26) von der ersten Strahlungsquelle (48) und/oder von der zweiten Strahlungsquelle (74) durch eine Laufzeitmessung der Pulse (110, 112) der ersten gepulsten elektromagnetischen Strahlung (50) und/oder der zweiten gepulsten elektromagnetischen Strahlung (76) bestimmt wird.
  17. 17. Verfahren nach einem der Sätze 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Spektrumaufnahmezeitfenster (106) in eine Mehrzahl erster Messintervalle (Mn ) unterteilt wird und dass in jedem erstem Messintervall (Mn ) ein Puls (110) der ersten elektromagnetischen Strahlung (50) mit einer ersten Pulsbreite erzeugt wird, dass die erste Streustrahlung (60) in einem ersten Messzeitfenster (116) des ersten Messintervalls (Mn ) detektiert wird.
  18. 18. Verfahren nach Satz 17, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Messzeitfenster (116) eine Länge aufweist, welche der ersten Pulsbreite entspricht.
  19. 19. Verfahren nach Satz 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Pulsbreite maximal 10% des ersten Messintervalls (Mn ) entspricht.
  20. 20. Verfahren nach einem der Sätze 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem ersten Messintervall (Mn ) nach jedem ersten Messzeitfenster (116) in einem ersten Hintergrundmesszeitfenster (120) erste Hintergrundstrahlung detektiert wird.
  21. 21. Verfahren nach Satz 20, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hintergrundmesszeitfenster (120) eine Länge aufweist, welche der ersten Pulsbreite entspricht.
  22. 22. Verfahren nach Satz 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen des ersten optischen Spektrums eine Differenz zwischen der detektierten ersten Streustrahlung (60) und der detektierten ersten Hintergrundstrahlung gebildet wird.
  23. 23. Verfahren nach einem der Sätze 9 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Spektrumaufnahmezeitfenster (108) in eine Mehrzahl zweiter Messintervalle (Rm ) unterteilt wird und dass in jedem zweiten Messintervall (Rm ) ein Puls (112) der zweiten elektromagnetischen Strahlung (76) mit einer zweiten Pulsbreite erzeugt wird, dass die zweite Streustrahlung (86) in einem zweiten Messzeitfenster (118) des zweiten Messintervalls (Rm ) detektiert wird.
  24. 24. Verfahren nach Satz 23, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Messzeitfenster (118) eine Länge aufweist, welche der zweiten Pulsbreite entspricht.
  25. 25. Verfahren nach Satz 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Pulsbreite maximal 10% des zweiten Messintervalls (Rm ) entspricht.
  26. 26. Verfahren nach einem der Sätze 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem zweiten Messintervall (Rm ) nach jedem zweiten Messzeitfenster (118) in einem zweiten Hintergrundmesszeitfenster (122) zweite Hintergrundstrahlung detektiert wird.
  27. 27. Verfahren nach Satz 26, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Hintergrundmesszeitfenster (122) eine Zeitdauer aufweist, welche der ersten Pulsbreite entspricht.
  28. 28. Verfahren nach Satz 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen des zweiten optischen Spektrums eine Differenz zwischen der detektierten zweiten Streustrahlung und (86) der detektierten zweiten Hintergrundstrahlung gebildet wird.
  29. 29. Verfahren nach einem der Sätze 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Pulsbreite und die zweite Pulsbreite identisch vorgegeben werden.
  30. 30. System (10) zum Detektieren von mindestens einem Gefahrstoff, insbesondere eines Explosivstoffs, an einer Probe, insbesondere in einem räumlichen Detektionsbereich (18), welches System (10) eine erste optische Spektroskopieeinrichtung (28) zum Aufnehmen eines ersten optischen Spektrums der Probe (18) während eines ersten Spektrumaufnahmezeitfensters (106) und eine zweite optische Spektroskopieeinrichtung (30) zum Aufnehmen eines zweiten optischen Spektrums der Probe (18) während eines zweiten Spektrumaufnahmezeitfensters (108) umfasst, wobei sich die erste und die zweite optische Spektroskopieeinrichtung (28, 30) unterscheiden, wobei das System (10) eine Auswerteeinrichtung (42) umfasst zum Vergleichen des ersten optischen Spektrums und des zweiten optischen Spektrums mit bereitgestellten Referenzspektren des mindestens einen Gefahrstoffs und zum Bestimmen, ob der mindestens eine Gefahrstoff an der Probe (26) vorhanden ist oder nicht, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Spektrumaufnahmezeitfenster (106) und das zweite Spektrumaufnahmezeitfenster (108) zeitlich mindestens teilweise überlappen, insbesondere vollständig.
  31. 31. System nach Satz 30, dadurch gekennzeichnet, dass das System einen räumlich vorgegebenen Detektionsbereich (18) umfasst, in dem die Probe (26) zum Aufnehmen der ersten und zweiten optischen Spektren angeordnet ist.
  32. 32. System nach Satz 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass die erste optische Spektroskopieeinrichtung (28) ein Infrarotspektrometer (44) ist oder umfasst, insbesondere ein MIR-Reflexionsspektrometer (46).
  33. 33. System nach einem der Sätze 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spektroskopieeinrichtung (28) eine erste Strahlungsquelle (48) zum Erzeugen erster gepulster elektromagnetischer Strahlung (50) umfasst und einen ersten Detektor (64) zum Messen einer Intensität von der Probe (26) zurückgestreuter erster Streustrahlung (60).
  34. 34. System nach Satz 33, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strahlungsquelle (48) ausgebildet ist zum Durchstimmen einer Wellenlänge der ersten gepulsten elektromagnetischen Strahlung (50) während des ersten Spektrumaufnahmezeitfensters (106).
  35. 35. System nach Satz 33 oder 34, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strahlungsquelle (48) in Form eines ersten Lasers (52) ausgebildet ist, insbesondere in Form eines IR-Lasers (54).
  36. 36. System nach einem der Sätze 33 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass das System (10) eine erste Scaneinrichtung (38) umfasst zum Scannen der ersten gepulsten elektromagnetischen Strahlung (50) über die Probe (26), insbesondere ein- oder zweidimensional.
  37. 37. System nach einem der Sätze 30 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite optische Spektroskopieeinrichtung (30) ein Ramanspektrometer (70) ist oder umfasst, insbesondere UV-Raman-Spektrometer (72).
  38. 38. System nach einem der Sätze 30 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spektroskopieeinrichtung (30) eine zweite Strahlungsquelle (74) zum Erzeugen zweiter gepulster elektromagnetischer Strahlung (76) umfasst und einen zweiten Detektor (90) zum wellenlängenabhängigen Messen einer Intensität von der Probe (26) zurückgestreuter zweiter Streustrahlung (86).
  39. 39. System nach Satz 38, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Strahlungsquelle (74) ausgebildet ist zum Erzeugen der zweiten gepulsten elektromagnetischen Strahlung (76) mit konstanter Wellenlänge.
  40. 40. System nach Satz 38 oder 39, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Strahlungsquelle (74) in Form eines zweiten Lasers (78) ausgebildet ist, insbesondere in Form eines UV-Lasers (80).
  41. 41. System nach einem der Sätze 38 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass das System (10) eine zweite Scaneinrichtung (40) umfasst zum Scannen der zweiten gepulsten elektromagnetischen Strahlung (76) über die Probe (26), insbesondere ein- oder zweidimensional.
  42. 42. System nach einem der Sätze 38 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strahlungsquelle (48) ausgebildet ist zum Erzeugen der ersten gepulsten elektromagnetischen Strahlung (50) mit einer ersten Repetitionsrate und dass die zweite Strahlungsquelle (74) ausgebildet ist zum Erzeugen der zweiten gepulsten elektromagnetischen Strahlung (76) mit einer zweiten Repetitionsrate und dass die erste Repetitionsrate und die zweite Repetitionsrate identisch oder unterschiedlich sind.
  43. 43. System nach einem der Sätze 38 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass das System (10) eine Abstandsbestimmungseinrichtung (58, 84) umfasst zum Bestimmen eines Abstands der Probe (26) von der ersten Strahlungsquelle (48) und/oder von der zweiten Strahlungsquelle (74).
  44. 44. System nach Satz 30 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass das System (10) eine Bedieneinrichtung (22) umfasst zum Eingeben von Daten.
  45. 45. System nach einem der Sätze 30 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass System (10) eine Steuerungseinrichtung (32) umfasst zum Steuern der ersten und/oder zweiten optischen Spektroskopieeinrichtung (28, 30).
  46. 46. Vorrichtung nach einem der Sätze 30 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass das System (10) eine Speichereinrichtung (26) umfasst zum Speichern von Referenzspektren von Gefahrstoffen und zum Speichern der gemessenen ersten und zweiten optischen Spektren.
  47. 47. System nach einem der Sätze 30 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass das System (10) eine Ausgabeeinrichtung (34) umfasst zum Ausgeben einer Information, ob der mindestens eine Gefahrstoff an der Probe (26) vorhanden ist oder nicht.
  48. 48. Verwendung eines Systems (10) nach einem der Sätze 30 bis 47 zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Sätze 1 bis 29.
The above description thus includes in particular the embodiments of methods and systems for detecting at least one hazardous substance defined below in the form of numbered sentences:
  1. 1. Method for detecting at least one hazardous substance, in particular an explosive, on a sample ( 26 ), especially in a spatial detection area ( 18th ), with which method with a first optical spectroscopy method a first optical spectrum of the sample ( 26 ) during a first spectrum acquisition time window ( 106 ) is recorded and with a second optical spectroscopy method a second optical spectrum of the sample ( 26 ) during a second spectrum acquisition time window ( 108 ) is recorded, with the first and the second optical spectroscopy method differing, the first optical spectrum and the second optical spectrum being compared with provided reference spectra of the at least one hazardous substance in order to determine whether the at least one hazardous substance is present on the sample ( 26 ) is present or not, characterized in that the first spectrum acquisition time window ( 106 ) and the second spectrum recording time window ( 108 ) overlap at least partially in time, in particular completely.
  2. 2. Procedure according to sentence 1 , characterized in that the first and second optical spectra of the sample ( 26 ) are recorded when the sample ( 26 ) in a spatially predetermined detection area ( 18th ) is arranged.
  3. 3. The method according to one of the preceding sentences, characterized in that the first optical spectroscopy method is infrared spectroscopy, in particular MIR- Reflection spectroscopy, and that from the sample ( 26 ) an infrared spectrum is recorded as the first spectrum.
  4. 4. The method as claimed in one of the preceding sentences, characterized in that, for recording the first optical spectrum, the sample ( 26 ) with the first pulsed electromagnetic radiation ( 50 ) and that an intensity of the sample ( 26 ) scattered first scattered radiation ( 58 ) is detected.
  5. 5. Procedure according to sentence 4th , characterized in that a wavelength of the first pulsed electromagnetic radiation ( 50 ) during the first spectrum acquisition time window ( 106 ) is tuned and that the intensity of the first scattered radiation ( 58 ) depending on the wavelength of the first pulsed electromagnetic radiation ( 50 ) is detected.
  6. 6. Procedure according to sentence 4th or 5 , characterized in that the first pulsed electromagnetic radiation ( 50 ) with a first radiation source ( 48 ), especially in the form of a first laser ( 52 ), especially in the form of an IR laser ( 54 ), is produced.
  7. 7. Procedure according to one of the sentences 4th to 6 , characterized in that the first pulsed electromagnetic radiation ( 50 ) about the sample ( 26 ) is scanned, especially one or two dimensions.
  8. 8. The method according to one of the preceding sentences, characterized in that the second optical spectroscopy method is Raman spectroscopy, in particular UV Raman spectroscopy, and that of the sample ( 26 ) a Raman spectrum is recorded as the second spectrum.
  9. 9. The method according to any one of the preceding sentences, characterized in that for recording the second optical spectrum, the sample with second pulsed electromagnetic radiation ( 76 ) and that an intensity of the sample ( 26 ) scattered second scattered radiation ( 86 ) is detected spectrally resolved.
  10. 10. Procedure according to sentence 9 , characterized in that a wavelength of the second pulsed electromagnetic radiation ( 76 ) during the second spectrum acquisition time window ( 108 ) is kept constant.
  11. 11. Procedure according to sentence 9 or 10th , characterized in that the second pulsed electromagnetic radiation ( 76 ) with a second radiation source ( 74 ), especially in the form of a second laser ( 78 ), especially in the form of a UV laser ( 80 ), is produced.
  12. 12. Procedure according to one of the sentences 9 to 11 , characterized in that the second pulsed electromagnetic radiation ( 76 ) about the sample ( 26 ) is scanned, especially one or two dimensions.
  13. 13. Procedure according to one of the sentences 9 to 12 , characterized in that the first pulsed electromagnetic radiation ( 50 ) is generated with a first repetition rate and that the second pulsed electromagnetic radiation ( 76 ) is generated with a second repetition rate, and that the first repetition rate and the second repetition rate are identical or different.
  14. 14. Procedure according to one of the sentences 9 to 13 , characterized in that the sample ( 26 ) with the first pulsed electromagnetic radiation ( 50 ) and the second pulsed electromagnetic radiation ( 76 ) is applied synchronously and that the sample ( 26 ) backscattered first scattered radiation ( 60 ) and second scattered radiation ( 86 ) is detected synchronously.
  15. 15. Procedure according to one of the sentences 9 to 14 , characterized in that the sample ( 26 ) with the first pulsed electromagnetic radiation ( 50 ) and the second pulsed electromagnetic radiation ( 76 ) is applied asynchronously and that the sample ( 26 ) backscattered first scattered radiation ( 60 ) and second scattered radiation ( 86 ) is detected asynchronously.
  16. 16. Procedure according to one of the sentences 9 to 15 , characterized in that a distance ( 58 , 84 ) the sample ( 26 ) from the first radiation source ( 48 ) and / or from the second radiation source ( 74 ) by measuring the transit time of the pulses ( 110 , 112 ) of the first pulsed electromagnetic radiation ( 50 ) and / or the second pulsed electromagnetic radiation ( 76 ) is determined.
  17. 17. Procedure according to one of the sentences 7 to 16 , characterized in that the first spectrum acquisition time window ( 106 ) in a plurality of first measuring intervals ( M n ) is divided and that in every first measurement interval ( M n ) a pulse ( 110 ) of the first electromagnetic radiation ( 50 ) is generated with a first pulse width that the first scattered radiation ( 60 ) in a first measurement time window ( 116 ) of the first measurement interval ( M n ) is detected.
  18. 18. Procedure according to sentence 17th , characterized in that the first measurement time window ( 116 ) has a length that corresponds to the first pulse width.
  19. 19. Procedure according to sentence 17th or 18th , characterized in that the first pulse width is a maximum of 10% of the first measurement interval ( M n ) corresponds.
  20. 20. Procedure according to one of the sentences 17th to 19th , characterized in that in every first measurement interval ( M n ) after every first measurement time window ( 116 ) in a first background measurement time window ( 120 ) first background radiation is detected.
  21. 21. Proceeding according to sentence 20th , characterized in that the first background measurement time window ( 120 ) has a length that corresponds to the first pulse width.
  22. 22. Procedure according to sentence 20th or 21st , characterized in that, to determine the first optical spectrum, a difference between the detected first scattered radiation ( 60 ) and the detected first background radiation is formed.
  23. 23. Procedure according to one of the sentences 9 to 22 , characterized in that the second spectrum recording time window ( 108 ) in a plurality of second measuring intervals ( R m ) and that every second measurement interval ( R m ) a pulse ( 112 ) of the second electromagnetic radiation ( 76 ) is generated with a second pulse width that the second scattered radiation ( 86 ) in a second measurement time window ( 118 ) of the second measurement interval ( R m ) is detected.
  24. 24. Procedure according to sentence 23 , characterized in that the second measurement time window ( 118 ) has a length that corresponds to the second pulse width.
  25. 25. Procedure according to sentence 23 or 24th , characterized in that the second pulse width is a maximum of 10% of the second measurement interval ( R m ) corresponds.
  26. 26. Procedure according to one of the sentences 23 to 25th , characterized in that in every second measuring interval ( R m ) after every second measurement time window ( 118 ) in a second background measurement window ( 122 ) second background radiation is detected.
  27. 27. Procedure according to sentence 26 , characterized in that the second background measurement window ( 122 ) has a duration that corresponds to the first pulse width.
  28. 28. Procedure according to sentence 26 or 27th , characterized in that a difference between the detected second scattered radiation and (86) the detected second background radiation is formed to determine the second optical spectrum.
  29. 29. Procedure according to one of the sentences 23 to 28 , characterized in that the first pulse width and the second pulse width are specified identically.
  30. 30. system ( 10th ) for detecting at least one hazardous substance, in particular an explosive, on a sample, in particular in a spatial detection area ( 18th ), Which system ( 10th ) a first optical spectroscopy device ( 28 ) for recording a first optical spectrum of the sample ( 18th ) during a first spectrum acquisition time window ( 106 ) and a second optical spectroscopy device ( 30th ) for recording a second optical spectrum of the sample ( 18th ) during a second spectrum acquisition time window ( 108 ), the first and the second optical spectroscopy device ( 28 , 30th ) differentiate, whereby the system ( 10th ) an evaluation device ( 42 ) for comparing the first optical spectrum and the second optical spectrum with provided reference spectra of the at least one hazardous substance and for determining whether the at least one hazardous substance is present on the sample ( 26 ) is present or not, characterized in that the first spectrum acquisition time window ( 106 ) and the second spectrum recording time window ( 108 ) overlap at least partially in time, in particular completely.
  31. 31. System according to sentence 30th , characterized in that the system has a spatially predetermined detection area ( 18th ) in which the sample ( 26 ) is arranged to record the first and second optical spectra.
  32. 32. System by sentence 30th or 31 , characterized in that the first optical spectroscopy device ( 28 ) an infrared spectrometer ( 44 ) is or includes, in particular a MIR reflection spectrometer ( 46 ).
  33. 33. System according to one of the sentences 30th to 32 , characterized in that the first spectroscopy device ( 28 ) a first radiation source ( 48 ) to generate first pulsed electromagnetic radiation ( 50 ) and a first detector ( 64 ) to measure an intensity from the sample ( 26 ) scattered first scattered radiation ( 60 ).
  34. 34. System by sentence 33 , characterized in that the first radiation source ( 48 ) is designed to tune a wavelength of the first pulsed electromagnetic radiation ( 50 ) during the first spectrum acquisition time window ( 106 ).
  35. 35. System by sentence 33 or 34 , characterized in that the first radiation source ( 48 ) in the form of a first laser ( 52 ) is designed, in particular in the form of an IR laser ( 54 ).
  36. 36. System according to one of the sentences 33 to 35 , characterized in that the system ( 10th ) a first scanning device ( 38 ) for scanning the first pulsed electromagnetic radiation ( 50 ) about the sample ( 26 ), especially one or two dimensions.
  37. 37. System according to one of the sentences 30th to 36 , characterized in that the second optical spectroscopy device ( 30th ) a Raman spectrometer ( 70 ) is or includes, in particular UV Raman spectrometers ( 72 ).
  38. 38. System according to one of the sentences 30th to 37 , characterized in that the second spectroscopy device ( 30th ) a second radiation source ( 74 ) for generating second pulsed electromagnetic radiation ( 76 ) and a second detector ( 90 ) for wavelength-dependent measurement of an intensity from the sample ( 26 ) scattered second scattered radiation ( 86 ).
  39. 39. System by sentence 38 , characterized in that the second radiation source ( 74 ) is designed to generate the second pulsed electromagnetic radiation ( 76 ) with constant wavelength.
  40. 40. System according to sentence 38 or 39 , characterized in that the second radiation source ( 74 ) in the form of a second laser ( 78 ) is designed, in particular in the form of a UV laser ( 80 ).
  41. 41. System according to one of the sentences 38 to 40 , characterized in that the system ( 10th ) a second scanning device ( 40 ) for scanning the second pulsed electromagnetic radiation ( 76 ) about the sample ( 26 ), especially one or two dimensions.
  42. 42. System according to one of the sentences 38 to 41 , characterized in that the first radiation source ( 48 ) is designed to generate the first pulsed electromagnetic radiation ( 50 ) with a first repetition rate and that the second radiation source ( 74 ) is designed to generate the second pulsed electromagnetic radiation ( 76 ) with a second repetition rate and that the first repetition rate and the second repetition rate are identical or different.
  43. 43. System according to one of the sentences 38 to 42 , characterized in that the system ( 10th ) a distance determination device ( 58 , 84 ) includes to determine a distance of the sample ( 26 ) from the first radiation source ( 48 ) and / or from the second radiation source ( 74 ).
  44. 44. System by sentence 30th to 43 , characterized in that the system ( 10th ) an operating device ( 22 ) for entering data.
  45. 45. System according to one of the sentences 30th to 44 , characterized in that system ( 10th ) a control device ( 32 ) for controlling the first and / or second optical spectroscopy device ( 28 , 30th ).
  46. 46. Device according to one of the sentences 30th to 45 , characterized in that the system ( 10th ) a storage device ( 26 ) for storing reference spectra of hazardous substances and for storing the measured first and second optical spectra.
  47. 47. System according to one of the sentences 30th to 46 , characterized in that the system ( 10th ) an output device ( 34 ) includes to output information whether the at least one hazardous substance on the sample ( 26 ) is present or not.
  48. 48. Using a system ( 10th ) after one of the sentences 30th to 47 to carry out a procedure according to one of the sentences 1 to 29 .

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung. Es zeigen:

  • 1: eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Systems zum Detektieren von Gefahrstoffen;
  • 2: eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Systems zur Detektion von Gefahrstoffen;
  • 3: eine weitere perspektivische Ansicht der Anordnung aus 2;
  • 4: eine schematische Prinzipskizze eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Systems zum Detektieren von Gefahrstoffen;
  • 5: eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Systems zum Detektieren von Gefahrstoffen;
  • 6: eine schematische Darstellung von sich überlappenden Spektrumaufnahmezeitfenstern für zwei unterschiedliche Spektroskopieverfahren;
  • 7: eine schematische Darstellung ähnlich 6 mit Erläuterung der Aufteilung der Spektrumaufnahmezeitfenster in eine Mehrzahl von Messintervalle;
  • 8: eine schematische Darstellung zweier teilweise überlappender Spektru ma ufna h mezeitfenster;
  • 9: eine schematische Darstellung zweier vollständig überlappender Spektru ma ufnah mezeitfenster;
  • 10: eine schematische Darstellung zweier Spektrumaufnahmezeitfenster, wobei das eine das andere zeitlich vollumfänglich umfasst;
  • 11: eine schematische Darstellung einer wellenlängenabhängigen Anregung einer Probe zur Messung einer spektralen Signatur derselben mittels MIR-Reflexionsspektroskopie;
  • 12: eine schematische Darstellung einer Anregung einer Probe bei der UV-Ramanspektroskopie mit konstanter Wellenlänge des Anregungslasers;
  • 13: eine schematische Darstellung dreier Messintervalle bei einer synchronen Messung zweier optischer Spektren;
  • 14: eine schematische Darstellung eines asynchronen zeitlichen Abtastens einer Probe zur Messung zweier optischer Spektren;
  • 15: eine schematische Darstellung der Vorgehensweise bei der Messung eines Ramanspektrums;
  • 16: eine schematische Darstellung der Vorgehensweise bei der Messung eines Infrarotspektrums;
  • 17: eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Systems zum Detektieren von Gefahrstoffen beim Abscannen der Probe im Detektionsbereich;
  • 18: eine schematische Darstellung optischer Komponenten eines Systems zum Detektieren von Gefahrstoffen;
  • 19: eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Systems zum Detektieren von Gefahrstoffen;
  • 20: eine schematische Darstellung eines Ablaufs einer Untersuchung einer Probe;
  • 21: eine schematische Darstellung des Ablaufs der Datenerfassung unter Verwendung vorprozessierter Messdaten zur Ermittlung auffälliger Substanzen;
  • 22: eine fotografische Wiedergabe einer Stoffprobe, auf welcher Ammoniumnitrat innerhalb einer markierten Fläche aufgebracht wurde; und
  • 23: eine beispielhafte Darstellung eines Differenzspektrums, welches ermittelt wurde aus Ramanmessungen innerhalb und außerhalb der markierten Fläche.
The following description of preferred embodiments of the invention serves in conjunction with the drawings for a more detailed explanation. Show it:
  • 1 : a schematic representation of a first embodiment of a system for detecting hazardous substances;
  • 2nd : a schematic representation of a further embodiment of a system for the detection of hazardous substances;
  • 3rd : Another perspective view of the arrangement 2nd ;
  • 4th : a schematic schematic diagram of a further embodiment of a system for detecting hazardous substances;
  • 5 : a schematic representation of a further embodiment of a system for detecting hazardous substances;
  • 6 : a schematic representation of overlapping spectrum acquisition time windows for two different spectroscopy methods;
  • 7 : a schematic representation similar 6 with explanation of the division of the spectrum acquisition time window into a plurality of measurement intervals;
  • 8th : a schematic representation of two partially overlapping spectrum acquisition time windows;
  • 9 : a schematic representation of two completely overlapping spectrum recording time windows;
  • 10th : a schematic representation of two spectrum acquisition time windows, one of which fully encompasses the other;
  • 11 : a schematic representation of a wavelength-dependent excitation of a sample for measuring a spectral signature of the same by means of MIR reflection spectroscopy;
  • 12 : a schematic representation of an excitation of a sample in UV Raman spectroscopy with a constant wavelength of the excitation laser;
  • 13 : a schematic representation of three measurement intervals in a synchronous measurement of two optical spectra;
  • 14 : a schematic representation of an asynchronous time sampling of a sample for measuring two optical spectra;
  • 15 : a schematic representation of the procedure for measuring a Raman spectrum;
  • 16 : a schematic representation of the procedure for measuring an infrared spectrum;
  • 17th : A schematic representation of a further embodiment of a system for detecting hazardous substances when scanning the sample in the detection area;
  • 18th : a schematic representation of optical components of a system for detecting hazardous substances;
  • 19th : a schematic representation of a further embodiment of a system for detecting hazardous substances;
  • 20th : a schematic representation of a sequence of an examination of a sample;
  • 21st : a schematic representation of the sequence of data acquisition using preprocessed measurement data for the determination of abnormal substances;
  • 22 : a photographic reproduction of a fabric sample on which ammonium nitrate has been applied within a marked area; and
  • 23 : an exemplary representation of a difference spectrum, which was determined from Raman measurements inside and outside the marked area.

In 1 ist schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Systems 10 zum Detektieren von einem oder mehreren Gefahrstoffen dargestellt. Es umfasst ein Gehäuse 12, in dem zwei Spektroskopieeinrichtungen angeordnet sind, die ein erstes gepulstes Laserstrahlungsfeld 14 und ein zweites gepulstes Laserstrahlungsfeld 16 in einen Detektionsbereich 18 abstrahlen. Im Detektionsbereich 18 kann sich beispielsweise eine Person 20 positionieren, so dass die Strahlungsfelder 14 und 16 auf deren Füße sowie in deren unterem Beinbereich auftreffen.In 1 is schematically a first embodiment of a system 10th shown for the detection of one or more hazardous substances. It includes a housing 12 , in which two spectroscopy devices are arranged, which have a first pulsed laser radiation field 14 and a second pulsed laser radiation field 16 in a detection area 18th radiate. In the detection area 18th for example, a person 20th position so that the radiation fields 14 and 16 hit their feet and lower legs.

Eine vom System 10 umfasste Bedieneinrichtung 22 in Form eines Touchpanels, welches eine Benutzerschnittstelle bildet, ermöglicht einer nicht dargestellten Bedienperson des Systems 10 Eingaben vorzunehmen und Messergebnisse abzulesen. Zu diesem Zweck kann die Bedieneinrichtung 22 insbesondere eine Anzeigeeinrichtung umfassen.One from the system 10th included control device 22 in the form of a touch panel, which forms a user interface, enables an operator of the system, not shown 10th Make entries and read measurement results. For this purpose, the control device 22 in particular comprise a display device.

Die beiden Laserstrahlungsfelder 14 und 16 werden gleichzeitig oder zeitlich überlappend auf den Detektionsbereich 18 abgestrahlt. So kann beispielsweise die Person 20, wenn sie als Passagier mit einem Sicherheitsscanner auf gefährliche Gegenstände an einem Flughafen oder dergleichen untersucht wird, parallel mit dem System 10 berührungslos in ihrem unteren Beinbereich kontrolliert werden. Insbesondere ist eine Integration des Systems 10 in einen Sicherheitsscanner möglich.The two laser radiation fields 14 and 16 are overlapping simultaneously or temporally on the detection area 18th emitted. For example, the person 20th if it is examined as a passenger with a security scanner for dangerous objects at an airport or the like, in parallel with the system 10th be touchlessly controlled in their lower leg area. In particular is an integration of the system 10th possible in a security scanner.

In den 2 und 3 ist schematisch ein weiteres Anwendungsbeispiel für ein System 10 zum Detektieren von einem oder mehreren Gefahrstoffen dargestellt. Die Person 20 befindet sich dabei in einem Sicherheitsscanner 24, mit dem sie auf gefährliche Gegenstände untersucht wird. Bei dem Sicherheitsscanner 24 kann es sich wahlweise um einen Metalldetektor oder auch um einen Körperscanner handeln. Gleichzeitig mit der Untersuchung auf gefährliche Gegenstände kann die Person 20 mit dem System im Bereich der unteren Beine und Schuhe berührungslos und augensicher auf Gefahrstoffrückstände, wie insbesondere Explosivstoffrückstände, untersucht werden.In the 2nd and 3rd is schematically another application example for a system 10th shown for the detection of one or more hazardous substances. The person 20th is located in a security scanner 24th with which it is examined for dangerous objects. With the security scanner 24th it can either be a metal detector or a body scanner. Simultaneously with the examination for dangerous objects, the person can 20th with the system in the area of the lower legs and shoes contactless and eye-safe for hazardous substance residues, such as explosive residues in particular.

Das System 10 ermöglicht eine individuelle Untersuchung von Personen 20. Dies ermöglicht eine eindeutige Zuordnung eines Untersuchungsergebnisses zur jeweils untersuchten Person 20.The system 10th enables an individual examination of people 20th . This enables a clear assignment of an examination result to the person examined in each case 20th .

Das System 10 ermöglicht es in Kombination mit dem Sicherheitsscanner 24 in einem einzigen Kontrollschritt unterschiedliche Untersuchungen durchzuführen, nämlich ob die jeweilige Person 20 gefährliche Gegenstände am Körper trägt und mit Gefahrstoffen kontaminiert ist. Auf diese Weise kann ein deutlicher Zeitgewinn erreicht werden bei der Kontrolle von Personen. Dies ist insbesondere bei der Passagierabfertigung an Flughäfen ein großer Vorteil, da die zusätzliche Überprüfung der Person 20, ob sie mit Gefahrstoffen kontaminiert ist oder nicht, keinen zusätzlichen Untersuchungsschritt erfordert.The system 10th enables it in combination with the security scanner 24th carry out different examinations in a single control step, namely whether the respective person 20th carries dangerous objects on the body and is contaminated with hazardous substances. In this way, a significant amount of time can be saved when checking people. This is a great advantage especially when handling passengers at airports, since the additional verification of the person 20th , whether it is contaminated with hazardous substances or not does not require an additional test step.

Der Bereich der Schuhe sowie der untere Beinbereich der Person 20 definieren eine Probe 26, die mit dem System 10 untersucht wird.The area of the shoes as well as the lower leg area of the person 20th define a sample 26 that with the system 10th is examined.

Ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Systems 10 zum Detektieren von einem oder mehreren Gefahrstoffen ist beispielhaft in 4 dargestellt.A simplified block diagram of an embodiment of a system 10th for the detection of one or more hazardous substances is exemplified in 4th shown.

Das System 10 umfasst eine erste Spektroskopieeinrichtung 28 sowie eine zweite Spektroskopieeinrichtung 30. Diese sind steuerungswirksam mit einer Steuerungseinrichtung 32 verbunden.The system 10th comprises a first spectroscopy device 28 and a second spectroscopy device 30th . These are effective for control purposes with a control device 32 connected.

Die Steuerungseinrichtung 32 ist ferner mit der Bedieneinrichtung 22 steuerungswirksam verbunden, ebenso mit einer Ausgabeeinrichtung 34, mit der eine Information ausgebbar ist, ob an der Probe 26 ein oder mehrere Gefahrstoffe vorhanden sind, sowie mit einer Speichereinrichtung 36, die ausgebildet ist zum Speichern von Referenzdaten beziehungsweise Referenzspektren von Gefahrstoffen und zum Speichern gemessener optischer Spektren.The control device 32 is also with the control device 22 connected for control purposes, also with an output device 34 , with which information can be output, whether on the sample 26 one or more hazardous substances are present, as well as with a storage device 36 , which is designed for storing reference data or reference spectra of hazardous substances and for storing measured optical spectra.

Das System 10 umfasst ferner eine erste Scaneinrichtung 38 sowie eine zweite Scaneinrichtung 40, die jeweils einer der Spektroskopieeinrichtungen 28 und 30 zugeordnet sind. Sie dienen dazu, die Laserstrahlungsfelder 14 und 16 in einer vorgegebenen Weise, beispielsweise eindimensional oder zweidimensional, über den Detektionsbereich 18 zu scannen.The system 10th further comprises a first scanning device 38 and a second scanning device 40 , each one of the spectroscopy facilities 28 and 30th assigned. They serve the laser radiation fields 14 and 16 in a predetermined manner, for example one-dimensionally or two-dimensionally, over the detection area 18th to scan.

Die beiden Spektroskopieeinrichtungen 28 und 30 sind unterschiedlich ausgebildet.The two spectroscopy facilities 28 and 30th are trained differently.

Die Steuerungseinrichtung 32 kann insbesondere eine Auswerteeinrichtung 42 umfassen zum Vergleichen gemessener Arten mit Referenzdaten, um aufgrund des Vergleichs zu bestimmen, ob ein oder mehrere Gefahrstoffe an der Probe vorhanden sind oder nicht.The control device 32 can in particular an evaluation device 42 include to compare measured species with reference data to determine whether or not one or more hazardous substances are present on the sample based on the comparison.

5 zeigt beispielhaft ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Systems 10 etwas detaillierter. 5 shows an example of a block diagram of another embodiment of a system 10th a little more detailed.

Die erste Spektroskopieeinrichtung 28 ist in Form eines Infrarotspektrometers 44, und zwar in Form eines MIR-Reflexionsspektrometers 46 ausgebildet. Es umfasst eine erste Strahlungsquelle 48 zum Erzeugen erster gepulster elektromagnetischer Strahlung 50. Die erste Strahlungsquelle 48 ist in Form eines ersten Lasers 52 ausgebildet, nämlich in Form eines IR-Lasers 54. Die erste Strahlungsquelle 48 ist zudem ausgebildet zum Durchstimmen einer Wellenlänge der Strahlung 50 in einem vorgegebenen Zeitfenster.The first spectroscopy facility 28 is in the form of an infrared spectrometer 44 , namely in the form of a MIR reflection spectrometer 46 educated. It comprises a first radiation source 48 for generating first pulsed electromagnetic radiation 50 . The first source of radiation 48 is in the form of a first laser 52 trained, namely in the form of an IR laser 54 . The first source of radiation 48 is also designed to tune a wavelength of the radiation 50 in a given time window.

Die von der ersten Strahlungsquelle 48 erzeugte Strahlung 50 wird mit einer Strahlanpassungseinrichtung 56, die ein oder mehrere optische Elemente umfasst, auf die erste Scaneinrichtung 38 umgelenkt. Diese lenkt dann die Strahlung 50 auf die Probe 26 ab.The one from the first radiation source 48 generated radiation 50 comes with a beam adjustment device 56 , which comprises one or more optical elements, on the first scanning device 38 redirected. This then directs the radiation 50 put to the test 26 from.

Eine Wellenlänge der Strahlung 50 liegt in einem Bereich von 3 µm bis etwa 50 µm im sogenannten mittleren Infrarotspektralbereich.A wavelength of radiation 50 lies in a range from 3 µm to about 50 µm in the so-called middle infrared spectral range.

Die erste Spektroskopieeinrichtung 28 ist einem definierten Abstand 58 relativ zum Detektionsbereich 18 positioniert.The first spectroscopy facility 28 is a defined distance 58 relative to the detection area 18th positioned.

Von der Probe 26 rückgestrahlte erste Streustrahlung 60 wird über eine Empfangsoptik 62 auf einen ersten Detektor 64 abgebildet. Mit dem Detektor 64 wird eine Intensität der ersten Streustrahlung 60 zeitabhängig gemessen. Da die Anregung der Probe 26 mit der Strahlung 50 wellenlängenabhängig erfolgt, ergibt sich über die zeitliche Auflösung eines Detektionssignals am ersten Detektor 64 ein wellenlängenabhängiges MIR-Reflexionsspektrum.From the rehearsal 26 retroreflected first scattered radiation 60 is via a receiving optics 62 to a first detector 64 pictured. With the detector 64 becomes an intensity of the first scattered radiation 60 measured over time. Because the excitation of the sample 26 with the radiation 50 takes place depending on the wavelength, results from the temporal resolution of a detection signal at the first detector 64 a wavelength-dependent MIR reflection spectrum.

Über eine Datenverbindung 66 ist der erste Detektor 64 mit einer ersten Datenerfassungseinrichtung 68 verbunden.Via a data connection 66 is the first detector 64 with a first data acquisition device 68 connected.

Die zweite Spektroskopieeinrichtung 30 ist in Form eines Raman-Spektrometers 70, nämlich eines UV-Raman-Spektrometer 72, ausgebildet.The second spectroscopy facility 30th is in the form of a Raman spectrometer 70 , namely a UV Raman spectrometer 72 , educated.

Die zweite Spektroskopieeinrichtung 30 umfasst eine zweite Strahlungsquelle 74 zum Erzeugen zweiter gepulster elektromagnetischer Strahlung 76. Die zweite Strahlungsquelle 74 ist ausgebildet zum Erzeugen der zweiten gepulsten elektromagnetischen Strahlung 76 mit konstanter Wellenlänge. Hierfür ist die zweite Strahlungsquelle 74 in Form eines zweiten Lasers 78 ausgebildet, nämlich in Form eines UV-Lasers 80. Dieser ist ausgebildet zum Erzeugen der zweiten Strahlung 76 im tiefen Ultaviolett-Spektralbereich, also insbesondere mit einer Wellenlänge in einem Bereich von etwa 200 nm bis etwa 400 nm.The second spectroscopy facility 30th comprises a second radiation source 74 for generating second pulsed electromagnetic radiation 76 . The second source of radiation 74 is designed to generate the second pulsed electromagnetic radiation 76 with constant wavelength. This is the second source of radiation 74 in the form of a second laser 78 trained, namely in the form of a UV laser 80 . This is designed to generate the second radiation 76 in the deep ultraviolet spectral range, in particular with a wavelength in a range from about 200 nm to about 400 nm.

Die von der zweiten Strahlungsquelle 74 erzeugte zweite Strahlung 76 trifft auf eine zweite Strahlanpassungseinrichtung 82 und wird von dieser auf die zweite Scaneinrichtung 40 gelenkt. Von dort trifft die zweite gepulste elektromagnetische Strahlung 76 ebenfalls auf den Detektionsbereich 18 und wird über die Probe 26 gescannt.That from the second radiation source 74 generated second radiation 76 meets a second beam adjustment device 82 and is transferred from this to the second scanning device 40 directed. From there the second pulsed electromagnetic radiation hits 76 also on the detection area 18th and is about the sample 26 scanned.

Die zweite Spektroskopieeinrichtung 30 ist vom Detektionsbereich 18 beabstandet angeordnet. Ein Abstand 84 liegt ebenso wie der Abstand 58 in einem Bereich von etwa 1 m bis etwa 5 m. Vorzugsweise betragen die Abstände 58 und 84 etwa 2 m.The second spectroscopy facility 30th is from the detection area 18th spaced apart. A distance 84 lies just like the distance 58 in a range of about 1 m to about 5 m. The distances are preferably 58 and 84 about 2 m.

Die von der Probe 26 aufgrund der Beaufschlagung mit der zweiten gepulsten elektromagnetischen Strahlung 76 rückgestreute zweite Streustrahlung 86 wird mit einer zweiten Empfangsoptik 88 auf einen zweiten Detektor 90 abgebildet. Der zweite Detektor 90 ist ausgebildet zum hochaufgelösten wellenlängenabhängigen Messen einer Intensität der zweiten Streustrahlung 86.The one from the sample 26 due to the exposure to the second pulsed electromagnetic radiation 76 backscattered second scattered radiation 86 is with a second receiving optics 88 to a second detector 90 pictured. The second detector 90 is designed for high-resolution, wavelength-dependent measurement of an intensity of the second scattered radiation 86 .

Der zweite Detektor 90 ist über eine Datenverbindung 92 mit einer zweiten Datenerfassungseinrichtung 94 verbunden.The second detector 90 is over a data connection 92 with a second data acquisition device 94 connected.

Die Steuerungseinrichtung 32 ist steuerungswirksam sowohl mit den Strahlungsquellen 48 und 74 sowie mit den Datenerfassungseinrichtungen 68 und 94 verbunden. Über die steuerungswirksam mit der Steuerungseinrichtung 32 verbundene Bedieneinrichtung 22 kann eine Bedienperson das System 10 insgesamt bedienen. Beispielsweise kann eine Bedienperson eine Messung zur Untersuchung der Probe 26 mit der Bedieneinrichtung 22 starten und gegebenenfalls auch beenden.The control device 32 is effective for control with both the radiation sources 48 and 74 as well as with the data acquisition devices 68 and 94 connected. Via the control effective with the control device 32 connected operating device 22 an operator can use the system 10th serve overall. For example, an operator can take a measurement to examine the sample 26 with the control device 22 start and end if necessary.

Die mit den Datenerfassungseinrichtungen 68 und 94 erfassten Datensignale der Detektoren 64 und 90 werden über Datenverbindungen 96 und 98 an eine Transformationseinrichtung 100 weitergeleitet. Dort werden die Messdaten der mit der ersten Spektroskopieeinrichtung 28 und der zweiten Spektroskopieeinrichtung 30 ermittelten Messdaten, also einerseits der MIR-Messung und andererseits der Raman-Messung, für eine weitere Datenauswertung miteinander kombiniert. Es werden also nicht zwei getrennte Spektren aufgenommen und mit entsprechenden Referenz-MIR-Spektren und Referenz-Raman-Spektren verglichen, was alternativ ohne Weiteres auch möglich wäre, sondern zu einem einzigen Datensatz miteinander kombiniert. Auf diese Weise können die komplementären Eigenschaften beider Spektroskopieeinrichtungen 28 und 30 ausgenutzt werden.The one with the data acquisition devices 68 and 94 recorded data signals from the detectors 64 and 90 are about data connections 96 and 98 to a transformation facility 100 forwarded. There the measurement data are obtained with the first spectroscopy device 28 and the second spectroscopy device 30th determined measurement data, on the one hand the MIR measurement and on the other hand the Raman measurement, combined for further data evaluation. Thus, two separate spectra are not recorded and compared with corresponding reference MIR spectra and reference Raman spectra, which would alternatively also be possible without further ado, but rather combined into a single data set. In this way, the complementary properties of both spectroscopy devices 28 and 30th be exploited.

Diese so transformierten Daten werden über eine weitere Datenverbindung 102 an die Auswerteeinrichtung 42 weitergeleitet. Diese verarbeitet die mit der Transformationseinrichtung 100 zusammengeführten Messdaten weiter durch Verwendung geeigneter Algorithmen und vergleicht den so bereitgestellten Datensatz mit Datensätzen einer Datenbank, die entsprechende Datensätze, also spektrale Informationen, die mit MIR-Messungen und Raman-Messungen bestimmt wurden, mit den transformierten Daten. Die Auswerteeinrichtung 42 übermittelt das Ergebnis der Auswertung an die Ausgabeeinrichtung 34. Diese kann integral mit der Bedieneinrichtung 22 oder auch separat von dieser ausgebildet sein.This data transformed in this way is transferred via a further data connection 102 to the evaluation device 42 forwarded. This processes them with the transformation device 100 merged measurement data further by using suitable algorithms and compares the data record thus provided with data records from a database, the corresponding data records, that is to say spectral information which was determined using MIR measurements and Raman measurements, with the transformed data. The evaluation device 42 transmits the result of the evaluation to the output device 34 . This can be integral with the operating device 22 or also be formed separately from this.

Die Ausgabeeinrichtung 34 gibt einer Bedienperson des Systems 10 an, ob ein oder mehrere Gefahrstoffe an der Probe 26 detektiert wurden. Die Ausgabe kann beispielsweise optisch durch unterschiedlich farbige Signalflächen oder aber auch akustisch erfolgen. Ferner kann wahlweise auch das Untersuchungsergebnis auf die ermittelten Gefahrstoffe im Volltext mit der Ausgabeeinrichtung 34 ausgegeben werden.The output device 34 gives an operator of the system 10th whether there is one or more hazardous substances on the sample 26 were detected. The output can, for example, take place optically through differently colored signal areas or else acoustically. Furthermore, the test result for the determined hazardous substances can optionally also be displayed in full text with the output device 34 be issued.

Die Scaneinrichtungen 38 und 40 scannen die Probe 26 gleichzeitig oder zumindest mit einem zeitlichen Überlapp, wie dies nachfolgend näher erläutert wird. Durch die Scaneinrichtungen 38 und 40 kann insbesondere erreicht werden, dass die Probe 26 großflächig untersucht werden kann.The scanning devices 38 and 40 scan the sample 26 at the same time or at least with a temporal overlap, as will be explained in more detail below. Through the scanning devices 38 and 40 can be achieved in particular that the sample 26 can be examined extensively.

Der Ablauf einer Untersuchung der Probe 26 ist schematisch in 6 dargestellt. Eine Bedienperson startet durch Eingabe an der Bedieneinrichtung 22 im Zeitpunkt tS die Untersuchung. Die Steuerungseinrichtung 32 aktiviert die erste Spektroskopieeinrichtung 28 im Zeitpunkt tS und im Zeitpunkt t1 die zweite Spektroskopieeinrichtung 30. Die Steuerungseinrichtung 32 beendet den Betrieb der ersten Spektroskopieeinrichtung 28 im Zeitpunkt t2 und den Betrieb der zweiten Spektroskopieeinrichtung 30 im Zeitpunkt tE .The sequence of an examination of the sample 26 is schematically in 6 shown. An operator starts by input on the operating device 22 at the time t p the investigation. The control device 32 activates the first spectroscopy device 28 at the time t p and at the time t 1 the second spectroscopy device 30th . The control device 32 ends the operation of the first spectroscopy device 28 at the time t 2 and the operation of the second spectroscopy device 30th at the time t E .

Mit der ersten Spektroskopieeinrichtung 28 wird somit in einem ersten Spektrumaufnahmezeitfenster 106 ein MIR-Reflektionsspektrum aufgenommen. Das erste Spektrumaufnahmezeitfenster 106 erstreckt sich zwischen den Zeitpunkten tS und t2 .With the first spectroscopy device 28 is thus in a first spectrum acquisition time window 106 an MIR reflection spectrum was recorded. The first spectrum acquisition time window 106 extends between the times t p and t 2 .

Mit der zweiten Spektroskopieeinrichtung 30 wird in einem zweiten Spektrumaufnahmezeitfenster 108 ein Raman-Spektrum aufgenommen. Das zweite Spektrumaufnahmezeitfenster 108 erstreckt sich zwischen den Zeitpunkten t1 und tE .With the second spectroscopy device 30th is in a second spectrum acquisition time window 108 a Raman spectrum was recorded. The second spectrum acquisition time window 108 extends between the times t 1 and t E .

Die Spektrumaufnahmezeitfenster 106 und 108 überlappen sich wie schematisch in 6 dargestellt zeitlich teilweise, und zwar zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 für die Zeitdauer Δt, die der Differenz zwischen den Zeitpunkten t2 und t1 entspricht, also Δt = t2 - t1.The spectrum acquisition time window 106 and 108 overlap as schematically in 6 partially represented in time, namely between the times t 1 and t 2 for the time period Δt, which is the difference between the times t 2 and t 1 corresponds, i.e. Δt = t 2 - t 1 .

Durch den Überlapp der Spektrumaufnahmezeitfenster 106 und 108 für die Zeitdauer Δt verkürzt sich im Vergleich zu seriell, also nacheinander, durchgeführter Messungen mit der ersten Spektroskopieeinrichtung 28 und der zweiten Spektroskopieeinrichtung 30 eine Gesamtmesszeit oder eine Gesamtuntersuchungszeit der Probe 26. Mit der beschriebenen Vorgehensweise können so Raman- und Infrarotspektren gleichzeitig aufgenommen und ausgewertet werden, sodass eine spezifischere und sicherere Erfassung etwaiger an der Probe 26 anhaftender Gefahrstoffe möglich ist.Due to the overlap of the spectrum acquisition time window 106 and 108 for the time period Δt is shorter in comparison to measurements carried out in series, that is to say in succession, with the first spectroscopy device 28 and the second spectroscopy device 30th a total measurement time or a total test time of the sample 26 . With the described procedure, Raman and infrared spectra can be recorded and simultaneously be evaluated so that a more specific and reliable detection of any on the sample 26 adhering hazardous substances is possible.

7 zeigt schematisch die Unterteilung der beiden mit den Spektroskopieeinrichtungen 28 und 30 durchgeführten Messungen. Mit der ersten Spektroskopieeinrichtung 28 wird das erste Spektrumaufnahmezeitfenster 106 in n erste Messintervalle Mn aufgeteilt. Entsprechend wird das zweite Spektrumaufnahmezeitfenster 108 in m identische Messintervalle Rm unterteilt. Wie nachfolgend noch näher beschrieben, wird in jedem Messintervall Mn und Rm ein Puls der jeweiligen Strahlung beziehungsweise 76 auf die Probe 26 gestrahlt und in jedem der genannten Messintervalle Mn und Rm ein der ersten und zweiten Streustrahlung 60 und 86 zugeordnetes Messsignal erfasst. 7 shows schematically the subdivision of the two with the spectroscopy devices 28 and 30th performed measurements. With the first spectroscopy device 28 becomes the first spectrum acquisition time window 106 in n first measuring intervals M n divided up. The second spectrum acquisition time window becomes corresponding 108 identical measurement intervals in m R m divided. As described in more detail below, every measurement interval M n and R m a pulse of the respective radiation or 76 on the sample 26 blasted and in each of the measurement intervals mentioned M n and R m one of the first and second scattered radiation 60 and 86 assigned measurement signal.

Wie in 7 unten schematisch dargestellt, wird in jedem Messintervall Mn die Wellenlänge λ der ersten Strahlungsquelle 48 kontinuierlich durchgestimmt.As in 7 Shown schematically below, is in every measurement interval M n the wavelength λ of the first radiation source 48 continuously tuned.

Die in den jeweiligen Messintervallen Mn und Rm erfassten Daten werden aufaddiert und wie beschrieben mit den Datenerfassungseinrichtungen 24 und 68 aufgenommen und an die Transformationseinrichtung 100 weitergeleitet.The in the respective measuring intervals M n and R m recorded data are added up and as described with the data acquisition devices 24th and 68 recorded and sent to the transformation facility 100 forwarded.

Die 8 bis 10 zeigen schematisch mögliche Überlappungen zwischen den Spektrumaufnahmezeitfenstern 106 und 108.The 8th to 10th schematically show possible overlaps between the spectrum acquisition time windows 106 and 108 .

In 8 ist schematisch nochmals vereinfacht die Situation aus 6 dargestellt. Hier überlappen die Spektrumaufnahmezeitfenster 106 und 108 für die Zeitdauer Δt zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 .In 8th is schematically simplified again the situation 6 shown. Here the spectrum acquisition time windows overlap 106 and 108 for the time period Δt between the times t 1 and t 2 .

9 zeigt den Fall, in dem eine vollständige zeitliche Überlappung der Spektrumaufnahmezeitfenster 106 und 108 gegeben ist. Beide Spektrumaufnahmezeitfenster 106 und 108 beginnen im Zeitpunkt tS und enden im Zeitpunkt tE . Mit anderen Worten fallen die Zeitpunkte tS und t1 einerseits und tE und t2 andererseits zusammen. 9 shows the case where there is a complete temporal overlap of the spectrum acquisition time window 106 and 108 given is. Both spectrum acquisition time windows 106 and 108 start at the time t p and end in time t E . In other words, the times fall t p and t 1 on the one hand and t E and t 2 on the other hand together.

10 zeigt beispielhaft einen Fall, in dem die Spektrumaufnahmezeitfenster 106 und 108 unterschiedlich lang sind. Im gezeigten Beispiel ist das Spektrumaufnahmezeitfenster 108 kürzer als das Spektrumaufnahmezeitfenster 106. In diesem Fall werden, wie bei dem in 9 dargestellten Fall, die Zeitpunkte tS und tE durch das Spektrumaufnahmezeitfenster 106 definiert. Das Spektrumaufnahmezeitfenster 108 liegt vollständig innerhalb des Spektrumaufnahmezeitfensters 106. Eine zeitliche Überlappung im Zeitraum Δt entspricht somit der Zeitdifferenz zwischen den Zeitpunkten t2 und t1 , die das Ende beziehungsweise den Anfang des Spektrumaufnahmezeitfensters 108 definieren. Selbstverständlich kann der Fall, der in 10 schematisch dargestellt ist, auch umgekehrt sein, also das Spektrumaufnahmezeitfenster 106 kann kürzer sein als das Spektrumaufnahmezeitfenster 108 und vollständig in Letzterem liegen. 10th shows an example of a case in which the spectrum acquisition time window 106 and 108 are of different lengths. In the example shown, the spectrum acquisition time window is 108 shorter than the spectrum acquisition time window 106 . In this case, as in the case of 9 illustrated case, the times t p and t E through the spectrum acquisition time window 106 Are defined. The spectrum acquisition time window 108 lies completely within the spectrum acquisition time window 106 . A temporal overlap in the period Δt thus corresponds to the time difference between the times t 2 and t 1 that the end or the beginning of the spectrum recording time window 108 define. Of course, the case in 10th is shown schematically, also be the other way round, i.e. the spectrum acquisition time window 106 can be shorter than the spectrum acquisition time window 108 and lie completely in the latter.

11 zeigt schematisch die Vorgehensweise bei der MIR-Reflexionsspektroskopie. Bei dieser wird wie bereits erwähnt die Wellenlänge der ersten Strahlungsquelle 48 durchgestimmt. Das Durchstimmen der Wellenlänge kann insbesondere zwischen aufeinanderfolgenden Pulsen erfolgen, die von der ersten Strahlungsquelle 48 erzeugt werden. Grundsätzlich wäre auch das Durchstimmen der Wellenlänge während eines Pulses denkbar. Die rückgestreute erste Streustrahlung 60 wird mit dem spektral breitbandigen Detektor 90 detektiert. 11 shows schematically the procedure for MIR reflection spectroscopy. As already mentioned, this is the wavelength of the first radiation source 48 tuned. The wavelength can be tuned in particular between successive pulses from the first radiation source 48 be generated. In principle, tuning the wavelength during a pulse would also be conceivable. The backscattered first scattered radiation 60 is using the spectral broadband detector 90 detected.

Anders ist die Vorgehensweise bei der UV-Raman-Spektroskopie. Wie in 12 schematisch dargestellt, bleibt in diesem Fall die Wellenlänge der zweiten Strahlungsquelle 74 über das gesamte zweite Spektrumaufnahmezeitfenster 108 konstant. Die zweite Streustrahlung 86 wird mit dem Detektor 64 spektral aufgelöst detektiert.The procedure for UV Raman spectroscopy is different. As in 12 shown schematically, the wavelength of the second radiation source remains in this case 74 over the entire second spectrum acquisition time window 108 constant. The second scattered radiation 86 is using the detector 64 detected spectrally resolved.

Mit den beschriebenen Ausführungsbeispielsen von Systemen 10 lassen sich insbesondere zwei unterschiedliche Messtechniken durchführen.With the described exemplary embodiments of systems 10th In particular, two different measurement techniques can be carried out.

13 zeigt schematisch die Vorgehensweise bei einer synchronen Messung. Zu Beginn jeder der beiden Messintervalle R1 und M1, die zeitlich vollständig überlappen, wird ein erster Puls 110 beziehungsweise 112 der ersten Strahlung 50 beziehungsweise der zweiten Strahlung 76 erzeugt. In einem zeitlichen Abstand 114, welcher der doppelten Lichtlaufzeit für die Abstände 58 und 84 entspricht, werden sowohl die erste Streustrahlung 60 als auch die zweite Streustrahlung 86 jeweils in einem Messzeitfenster 116 beziehungsweise 118 detektiert. Die Messzeitfenster 116 und 118 entsprechen den Pulsdauern der Pulse 110 und 112. 13 shows schematically the procedure for a synchronous measurement. At the beginning of each of the two measuring intervals R 1 and M 1 , which completely overlap in time, becomes a first pulse 110 respectively 112 the first radiation 50 or the second radiation 76 generated. At an interval 114 which is twice the light travel time for the distances 58 and 84 corresponds to both the first scattered radiation 60 as well as the second scattered radiation 86 each in a measurement time window 116 respectively 118 detected. The measurement time window 116 and 118 correspond to the pulse durations of the pulses 110 and 112 .

Etwas zeitlich beabstandet zum Messfenster 118 wird in einem Hintergrundmesszeitfenster 120 ein Hintergrundsignal der Probe 26 gemessen. Das im Messzeitfenster 116 gemessene Signal kann dann insbesondere um das Messsignal im Hintergrundmesszeitfenster 120 korrigiert werden, um Störeinflüsse, beispielsweise durch Sonnenlicht oder eine Raumbeleuchtung effektiv zu unterdrücken.Somewhat separated from the measurement window 118 is in a background measurement window 120 a background signal of the sample 26 measured. That in the measurement window 116 The measured signal can then in particular be around the measurement signal in the background measurement time window 120 be corrected in order to effectively suppress interference caused by sunlight or room lighting, for example.

In der beschriebenen Weise werden bei einer synchronen Messung in allen Messintervallen Mn und Rm vorgegangen. Diese Vorgehensweise ermöglicht eine Mittelung der bestimmen Raman-Daten, um ein Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern.In the manner described, a synchronous measurement takes place in all measurement intervals M n and R m proceeded. This procedure enables the determined Raman data to be averaged in order to improve a signal-to-noise ratio.

Die Vorgehensweise bei einer asynchronen Messung ist schematisch in 14 dargestellt. Hier erfolgt die Triggerung der Pulse 110 und 112 nicht zeitsynchron, sondern asynchron. Ferner sind die Messintervalle Mn und Rm unterschiedlich lang. Es wird also mit unterschiedlichen Repetitionsraten gemessen. Die erste Strahlungsquelle 48 wird mit einer Repetitionsrate fMIR und die zweite Strahlungsquelle 74 wird mit einer Repetitionsrate fR betrieben. 14 zeigt schematisch den Fall, bei dem die Repetitionsrate fMIR größer ist als die Repetitionsrate fR . The procedure for an asynchronous measurement is shown schematically in 14 shown. This is where the pulses are triggered 110 and 112 not asynchronous, but asynchronous. Furthermore, the measuring intervals M n and R m different lengths. So it is measured with different repetition rates. The first source of radiation 48 is with a repetition rate f ME and the second radiation source 74 is with a repetition rate f R operated. 14 shows schematically the case where the repetition rate f ME is greater than the repetition rate f R .

Durch die asynchrone Triggerung der Pulse 110 und 112 können insbesondere Cross-Talk-Effekte eliminiert werden. Ferner kann aufgrund der unterschiedlichen Repetitionsraten in kürzester Zeit ein bestmögliches Signal-Rausch-Verhältnis erreicht werden zum Messen der Spektren. Ferner können optimale Anpassungen von Breiten der Pulse 110 und 112 an Gate-Zeiten der Detektoren 64 und 90 angepasst werden, um eine maximale Sensitivität zu erreichen und trotzdem gleichzeitig ein schnelles Durchstimmen der Wellenlänge der ersten Strahlungsquelle 48 zu ermöglichen.Due to the asynchronous triggering of the pulses 110 and 112 in particular cross-talk effects can be eliminated. Furthermore, due to the different repetition rates, the best possible signal-to-noise ratio can be achieved in a very short time for measuring the spectra. Furthermore, optimal adjustments of widths of the pulses can be made 110 and 112 at gate times of the detectors 64 and 90 can be adjusted to achieve maximum sensitivity and at the same time to quickly tune the wavelength of the first radiation source 48 to enable.

Die 15 und 16 zeigen in einer etwas modifizierten Darstellungsweise das Vorgehen bei der asynchronen Messung. 15 zeigt einen Ausschnitt des Spektrumaufnahmezeitfensters 108 und einer Messintervall R1 . In 16 ist schematisch ein Ausschnitt des Spektrumaufnahmezeitfensters 116 sowie ein Ausschnitt des Messintervalls M2 dargestellt. Im Messintervall M2 wird nach jedem Puls 110 die Wellenlänge der ersten Strahlungsquelle 48 verändert, beispielsweise kontinuierlich zu längeren Wellenlängen durchgestimmt. Dieses Durchstimmen der Wellenlänge der ersten Strahlungsquelle 48 erfolgt in jedem Messintervall Mn .The 15 and 16 show the procedure for asynchronous measurement in a slightly modified representation. 15 shows a section of the spectrum acquisition time window 108 and a measurement interval R 1 . In 16 is a schematic section of the spectrum acquisition time window 116 and a section of the measurement interval M 2 shown. In the measuring interval M 2 is after every pulse 110 the wavelength of the first radiation source 48 changed, for example continuously tuned to longer wavelengths. This tuning of the wavelength of the first radiation source 48 takes place in every measuring interval M n .

17 zeigt beispielhaft eine mögliche Vorgehensweise bei der Abtastung des Detektionsbereichs 18. Eine erste Scanstrecke 124 der ersten Strahlung 50 über den Detektionsbereich 18 ist ebenso schematisch dargestellt wie eine zweite Scanstrecke 126 der zweiten Strahlung 76 über den Detektionsbereich 18. Auf diese Weise kann eine sehr zuverlässige Datenerfassung erfolgen, da innerhalb der gesamten Messzeit, also zwischen den Zeitpunkten tS und tE , der gesamte Detektionsbereich mit jeweils einer der beiden Strahlungen 50 beziehungsweise 76 abgetastet wurde. 17th shows an example of a possible procedure for scanning the detection area 18th . A first scan line 124 the first radiation 50 over the detection area 18th is also shown schematically as a second scan line 126 the second radiation 76 over the detection area 18th . In this way, very reliable data acquisition can take place, since within the entire measurement time, that is, between the times t p and t E , the entire detection area with one of the two radiations 50 or 76 was scanned.

Die Scaneinrichtungen 38 und 40 arbeiten vorzugsweise entgegengesetzt, um eine schnelle Signalakquisition und eine hohe Zuverlässigkeit auch bei einer Bewegung der Probe 26, also insbesondere einer Person 20, zu gewährleisten, da innerhalb der halben Gesamtmesszeit bereits der komplette Detektionsbereich 18 mit einer der beiden unterschiedlichen Spektroskopieverfahren abgetastet wurde. Durch das beschriebene Abscannen kann zudem ein verbesserter Abzug von Hintergrundeffekten erreicht werden und zudem eine Erhöhung der Sensitivität, indem Flächen mit und ohne Kontamination von Gefahrstoffen miteinander verglichen werden. Zudem kann durch das Abscannen der Probe 76 sicher eine Lokalisierung möglicher lokaler Kontaminationsstellen erreicht werden.The scanning devices 38 and 40 preferably work in the opposite direction to ensure fast signal acquisition and high reliability even when the sample is moving 26 , in particular a person 20th , to guarantee, because within half the total measuring time the complete detection range is already 18th was scanned using one of the two different spectroscopic methods. The described scanning can also achieve an improved deduction of background effects and also an increase in sensitivity by comparing areas with and without contamination of hazardous substances. In addition, by scanning the sample 76 localization of possible local contamination sites can be safely achieved.

In 18 ist schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Systems 10 dargestellt. So können insbesondere die beiden Spektroskopieeinrichtungen 38 und 40 in einem Gehäuse 12 untergebracht werden, welches eine Länge 128 von etwa 80 cm aufweist, eine Breite 130 von etwa 40 cm und eine Höhe 132 von etwa 50 cm.In 18th is schematically another embodiment of a system 10th shown. In particular, the two spectroscopy devices can 38 and 40 in one housing 12 which is a length 128 of about 80 cm, a width 130 of about 40 cm and a height 132 of about 50 cm.

In 18 sind Elemente des Systems 10 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet wie bei den Ausführungsbeispielen insbesondere der 4 und 5. In 18th are elements of the system 10th with the same reference numerals as in the exemplary embodiments, in particular the 4th and 5 .

In 19 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Systems 10 schematisch dargestellt. Identische Komponenten und Baugruppen sind mit identischen Bezugszeichen versehen wie bei den Ausführungsbeispielen der 4 und 5.In 19th is another embodiment of a system 10th shown schematically. Identical components and assemblies are provided with identical reference numerals as in the exemplary embodiments in FIG 4th and 5 .

Ein Touchscreen-Display übernimmt exemplarisch die Funktion der Bedieneinrichtung 22 sowie der Ausgabeeinrichtung 34 und ermöglicht einer Bedienperson Benutzereingaben sowie die Ausgabe der Messergebnisse. Alternativ können auch eine Tastatur und ein von dieser räumlich getrennt angeordnetes oder ausgebildetes Display eingesetzt werden. Eine Darstellung der Messergebnisse wird entsprechend einer Vorgabe der Bedienperson angepasst. Beispielsweise können Untersuchungsergebnisse qualitativ, beispielsweise durch den Hinweis „gefährliche Substanz vorhanden“, oder quantitativ, durch eine entsprechende Klassifizierung, dargestellt werden.A touchscreen display takes over the function of the operating device as an example 22 and the output device 34 and enables an operator to enter user data and output the measurement results. Alternatively, a keyboard and a display that is arranged or configured spatially separate therefrom can also be used. A representation of the measurement results is adapted according to a specification by the operator. For example, test results can be represented qualitatively, for example by the indication "dangerous substance present", or quantitatively, by means of a corresponding classification.

Die Steuerungseinrichtung 32 wird durch einen Computer realisiert. Er bildet eine Schnittstelle zwischen der Bedienperson und einer Hardware des Systems 10. Über eine spezielle Software werden sowohl ein Field Programmable Gate Array (FPGA) als auch Treiber der Laser 52 und 78, eine externe Wasserkühlung des UV-Lasers 80 sowie der Detektor 90 angesteuert, um diese Komponenten insbesondere an- und auszuschalten.The control device 32 is realized by a computer. It forms an interface between the operator and hardware of the system 10th . A field programmable gate array (FPGA) and drivers of the lasers are created using special software 52 and 78 , external water cooling of the UV laser 80 as well as the detector 90 controlled, in particular to switch these components on and off.

Das FPGA 134 wird zur Synchronisation der Spektroskopieeinrichtungen 28 und 30 genutzt. Dabei wird eine parallele Verarbeitung des FPGAs 134 ausgenutzt, um über einen elektronischen Impuls die Laser 52 und 78 zu triggern und entsprechende Pulse 110 und 112 auszusenden.The FPGA 134 becomes the synchronization of the spectroscopy facilities 28 and 30th utilized. This involves parallel processing of the FPGA 134 exploited the laser via an electronic pulse 52 and 78 trigger and corresponding pulses 110 and 112 send out.

Für die erste Spektroskopieeinrichtung 28 wird das FPGA 134 gleichzeitig genutzt, um Spannungen des Detektors 64 mit einer großen Bandbreite/Sample-Rate und hoher Bit-Auflösung über einen AD-Wandler 136 zu erfassen. Dieses Signal wird parallel im FPGA 134 durch einen implementierten Boxcar-Mittelungs-Algorithmus 138 weiterverarbeitet und zurück an die Steuerungseinrichtung 32 gesendet. For the first spectroscopy device 28 becomes the FPGA 134 used simultaneously to detect voltages of the detector 64 with a large bandwidth / sample rate and high bit resolution via an AD converter 136 capture. This signal is in parallel in the FPGA 134 through an implemented boxcar averaging algorithm 138 processed and back to the control device 32 sent.

Ferner werden weitere, langsame Digital-Ausgänge des FPGAs 134 verwendet, um periphere Komponenten des Systems 10 digital anzusteuern, beispielsweise eine Wasserkühlung 142 für die erste Strahlungsquelle 48 sowie den ersten Detektor 64 oder eine Status-LED zum Anzeigen eines Status der peripheren Komponenten.Furthermore, further, slow digital outputs of the FPGA 134 used to peripheral components of the system 10th digitally controlled, for example water cooling 142 for the first radiation source 48 as well as the first detector 64 or a status LED to indicate a status of the peripheral components.

Der zweite Laser 78 ist in Form eines gepulsten Nanosekundenlasers ausgebildet, der im tiefen UV-Spektralbereich emittiert.The second laser 78 is designed in the form of a pulsed nanosecond laser that emits in the deep UV spectral range.

Die zweite Strahlanpassungseinrichtung 82 kann insbesondere optional ein Teleskop zur Strahlaufweitung umfassen, um eine Laserintensität der Strahlung 76 entsprechend der optischen Strahlenschutzverordnung so anzupassen, dass diese außerhalb des Systems 10 im augensicheren Bereich liegt.The second beam adjustment device 82 can in particular optionally include a telescope for beam expansion in order to determine the laser intensity of the radiation 76 according to the optical radiation protection regulation so that it is outside the system 10th lies in the eye-safe area.

Die zweite Scaneinrichtung 40 ist in Form eines Hochgeschwindigkeits-Galvo-Spiegels zur schnellen Strahlführung ausgebildet, damit beispielsweise die Probe 26, insbesondere ein Schuhbereich der Person 20, mit einem eindimensionalen Linienscan abgetastet werden kann.The second scanning device 40 is designed in the form of a high-speed galvo mirror for fast beam guidance, for example the sample 26 , especially a shoe area of the person 20th , can be scanned with a one-dimensional line scan.

Die Empfangsoptik 88 umfasst eine Spiegel- und Linsenanordnung zum Einsammeln der rückgestreuten zweiten Streustrahlung 86. Es handelt sich dabei insbesondere um die Stokes-verschobenen Photonen. Die zweite Empfangsoptik 88 ist hierfür mit speziell ausgelegten Anti-Reflex-Beschichtungen für UV-Wellenlängen ausgestattet.The receiving optics 88 comprises a mirror and lens arrangement for collecting the backscattered second scattered radiation 86 . These are, in particular, the Stokes-shifted photons. The second receiving optics 88 is equipped with specially designed anti-reflective coatings for UV wavelengths.

Zur Unterdrückung der Wellenlänge des zweiten Lasers 78 und weiterer möglicher Störquellen ist zwischen der zweiten Empfangsoptik 88 und dem zweiten Detektor 90 ein optischer Filter 146 angeordnet. Dieser wird durch eine Kombination aus Notch- und Longpass-Filter, optional auch ein Bandpass-Filter, ausgebildet, damit nur das rückgestreute Raman-Signal der zweiten Streustrahlung 86 detektiert wird.To suppress the wavelength of the second laser 78 and other possible sources of interference is between the second receiving optics 88 and the second detector 90 an optical filter 146 arranged. This is formed by a combination of notch and longpass filters, optionally also a bandpass filter, so that only the backscattered Raman signal of the second scattered radiation 86 is detected.

Der erste Laser 52 ist in Form eines durchstimmbaren, gepulsten Quantenkaskadenlasers mit einem Durchstimmbereich von 6 µm bis 11,5 µm ausgebildet. Im Wellenlängen-Scanmodus können so Durchstimmgeschwindigkeiten von bis zu 5000 cm-1/s erreicht werden.The first laser 52 is in the form of a tunable, pulsed quantum cascade laser with a tuning range from 6 µm to 11.5 µm. In the wavelength scan mode, tuning speeds of up to 5000 cm -1 / s can be achieved.

Ein gepulster Betrieb des ersten Lasers 52, der durch den FPGA 134 getriggert wird, mit einem Duty-Cycle von 10 % ermöglicht die Anwendung eines Boxcar-Averaging-Messschemas, sodass Hintergrundsignale von Störquellen effektiv unterdrückt werden können. Die Wasserkühlung 142 dient der thermischen Stabilisierung des ersten Lasers 52.A pulsed operation of the first laser 52 by the FPGA 134 triggered with a duty cycle of 10% enables the use of a boxcar averaging measurement scheme so that background signals from sources of interference can be effectively suppressed. The water cooling 142 serves to thermally stabilize the first laser 52 .

Die erste Strahlanpassungseinrichtung 56 umfasst ebenfalls eine Teleskopanordnung mit einer Kombination aus Germanium-Linsen mit spezieller Antireflex-Beschichtung oder eine Kombination aus Goldspiegeln.The first beam adjustment device 56 also includes a telescope arrangement with a combination of germanium lenses with a special anti-reflective coating or a combination of gold mirrors.

Die erste Scaneinrichtung 38 umfasst ebenfalls Hochgeschwindigkeits-Galvo-Spiegel zur schnellen Strahlführung, damit der Schubbereich der zu kontrollierenden Person 20 mit einem eindimensionalen Linienscan abgetastet werden kann. Hier werden Goldspiegel zur Strahlführung verwendet.The first scanning device 38 also includes high-speed galvo mirrors for fast beam guidance, thus the thrust area of the person to be checked 20th can be scanned with a one-dimensional line scan. Here, gold mirrors are used for beam guidance.

Die erste Empfangsoptik umfasst einen 3" Off-Axis-Parabolspiegel mit Goldbeschichtung. Alternativ kann eine 3" Germanium-Linse mit Antireflex-Beschichtung eingesetzt werden. Zur Optimierung der Signalstärke kann die Größe der Empfangsoptik gegebenenfalls angepasst werden.The first receiving optics include a 3 "off-axis parabolic mirror with gold coating. Alternatively, a 3" germanium lens with anti-reflective coating can be used. To optimize the signal strength, the size of the receiving optics can be adjusted if necessary.

Zwischen der ersten Empfangsoptik 62 und dem ersten Detektor 64 ist bei diesem Ausführungsbeispiels des Systems 10 ein optisches Filter 148 in Form eines MIR-Bandpassfilters zur Unterdrückung von Störquellen im Sensitivitätsbereich des ersten Detektors 64 angeordnet. Das optische Filter 148 blockiert die Wellenlängen außerhalb des Durchstimmbereichs des ersten Lasers 48.Between the first receiving optics 62 and the first detector 64 is in this embodiment of the system 10th an optical filter 148 in the form of a MIR bandpass filter to suppress interference sources in the sensitivity range of the first detector 64 arranged. The optical filter 148 blocks the wavelengths outside the tuning range of the first laser 48 .

Der erste Detektor 64 ist bei diesem Ausführungsbeispiel des Systems 10 in Form eines MIR-Punktdetektors mit integriertem Vier-Stufen-TEC und Vorverstärker ausgebildet. Für den Wärmeabtransport und zur Erzielung einer maximalen Detektivität, wird der erste Detektor 64 von der Wasserkühlung 142 gekühlt. Elektrische Spannungen des ersten Detektors 64 werden mit dem AD-Wandler 136 erfasst und mit dem FPGA 134 weiterverarbeitet.The first detector 64 is in this embodiment of the system 10th in the form of a MIR point detector with an integrated four-stage TEC and preamplifier. The first detector is used for heat dissipation and to achieve maximum detectability 64 from water cooling 142 chilled. Electrical voltages of the first detector 64 be with the AD converter 136 captured and with the FPGA 134 processed further.

20 zeigt schematisch ein Blockdiagramm zum Ablauf einer Untersuchung einer Probe 26 beziehungsweise einer Person 20. Nach einer Benutzereingabe wird die Untersuchung der Probe gestartet. Der Detektionsbereich 18, auch bezeichnet als Region of Interest (ROI), wird definiert. Die Scaneinrichtungen 38 und 40 werden auf ihre jeweiligen Startpositionen zurückgesetzt. Das FPGA 134 sendet Triggerpulse an die einzelnen Geräte, um die Messungen zu starten. Auf diese Weise sind die Messungen der beiden Spektroskopieeinrichtungen 28 und 30 elektronisch synchronisiert. Hier können wahlweise wie oben beschrieben eine synchrone oder eine asynchrone Messung durchgeführt werden. 20th schematically shows a block diagram for the sequence of an examination of a sample 26 or a person 20th . After a user input, the examination of the sample is started. The detection area 18th , also known as Region of Interest (ROI), is defined. The scanning devices 38 and 40 are reset to their respective starting positions. The FPGA 134 sends trigger pulses to the individual devices to start the measurements. In this way, the measurements of the two spectroscopy devices 28 and 30th electronically synchronized. Here you can either a synchronous or an asynchronous measurement can be carried out as described above.

Das Raman-Spektrum sowie das MIR-Reflexionsabsorptionsspektrum werden zeitlich an unterschiedlichen Positionen der Probe 26 aufgenommen. Um ein zweidimensionales Bild aufzunehmen, werden die Strahlungsfelder 14 und 16 über den Detektionsbereich 18 gerastert.The Raman spectrum and the MIR reflection absorption spectrum are temporally at different positions of the sample 26 added. In order to take a two-dimensional image, the radiation fields 14 and 16 over the detection area 18th screened.

In 21 ist beispielhaft eine Erfassung der Messdaten detailliert dargestellt.In 21st an acquisition of the measurement data is shown in detail as an example.

Als erster Detektor 64 wird für die Datenaquivisition ein MCT-Detektor verwendet, dessen Signal über einen AD-Wandler (ADC) für die Weiterverarbeitung digitalisiert wird. Parallel wird mit einem zweiten MCT-Detektor der Zeitpunkt des Auftretens der positiven Flanke des Pulses 110 unmittelbar am Laserausgang gemessen, die für die beschriebene Laufzeitbestimmung zum Ermitteln des Abstands 58 sowie für die weitere Synchronisation herangezogen wird. Zudem wird über eine Look-Up-Tabelle die Leistung jedes Pulses bestimmt, um Laserschwankungen durch das verwendete Balance-Detektionsschema zu eliminieren. Entsprechend der Laufzeit der Laserpulse wird das Messfenster 116 festgelegt, aus dem Messdaten extrahiert und gemittelt werden. Anschließend werden die Daten für die weitere Datenverarbeitung angepasst.As the first detector 64 an MCT detector is used for data acquisition, the signal of which is digitized via an AD converter (ADC) for further processing. In parallel with a second MCT detector is the time of occurrence of the positive edge of the pulse 110 measured directly at the laser output, which is used for the described transit time determination to determine the distance 58 as well as for the further synchronization. In addition, the power of each pulse is determined via a look-up table in order to eliminate laser fluctuations through the balance detection scheme used. The measurement window is displayed according to the duration of the laser pulses 116 from which measurement data are extracted and averaged. The data is then adapted for further data processing.

Bei der Ramanspektroskopie werden mehrere Kanäle gleichzeitig erfasst, beispielsweise 1064 Kanäle, so dass bei jeder Messung das komplette Raman-Spektrum erfasst wird. Zusätzlich wird jeweils ein Dunkelspektrum in den Hintergrundmesszeitfenstern 120 und 122 aufgenommen, um äußere Umwelteinflüsse wie Temperatur und Luftfeuchte auf die Spektren zu minimieren.With Raman spectroscopy, several channels are recorded simultaneously, for example 1064 channels, so that the complete Raman spectrum is recorded for each measurement. In addition, there is a dark spectrum in the background measurement time windows 120 and 122 recorded in order to minimize external environmental influences such as temperature and humidity on the spectra.

Aufgrund der hohen spektralen Durchstimmgeschwindigkeit des eingesetzten IR-Lasers 54 kann mit einer entsprechenden Repetitionsrate fMIR innerhalb eines Zeitraums von ungefähr einer Sekunde der gesamte Detektionsbereich 18 hinreichend genau erfasst werden.Due to the high spectral tuning speed of the IR laser used 54 can with a corresponding repetition rate f ME the entire detection range within a period of approximately one second 18th be recorded with sufficient accuracy.

In 22 ist ein Foto einer Stoffprobe dargestellt, auf der innerhalb der markierten Fläche geringste Mengen an Ammoniumnitrat (NH4O3) aufgebracht wurden. Es handelt sich dabei um eine Substanz, die insbesondere zur Herstellung von Sprengstoffen verwendet wird.In 22 a photo of a fabric sample is shown, on which the smallest amounts of ammonium nitrate (NH 4 O 3 ) were applied within the marked area. It is a substance that is used in particular for the production of explosives.

Obwohl keine Rückstände auf der Oberfläche der Probe 26 mit dem bloßen Auge erkennbar sind, kann durch das beschriebene Verfahren eine Kontamination der Probe innerhalb weniger Sekunden nachgewiesen werden. 23 zeigt hier die Messung eines Ramanspektrums als Differenzmessung zwischen Bereichen innerhalb und außerhalb der markierten Fläche. Es zeigt sich im Spektrum eine charakteristische Schwingungsbande des Ammoniumnitrats bei 1040 cm-1.Although no residue on the surface of the sample 26 are visible to the naked eye, contamination of the sample can be detected within a few seconds using the described method. 23 shows here the measurement of a Raman spectrum as a difference measurement between areas inside and outside the marked area. The spectrum shows a characteristic vibration band of the ammonium nitrate at 1040 cm -1 .

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele von Systemen 10 zum Detektieren eines oder mehrerer Gefahrstoffe eignen sich insbesondere für den Einsatz bei Sicherheitskontrollen an Flughäfen. Ferner können derartige Systeme 10 auch in anderen Bereichen Verwendung finden, beispielsweise im Einsatz bei Sicherheitskontrollen bei Großveranstaltungen wie Festivals und Sportveranstaltungen.The described exemplary embodiments of systems 10th to detect one or more hazardous substances are particularly suitable for use in airport security checks. Such systems can also 10th can also be used in other areas, for example in security checks at major events such as festivals and sporting events.

Die beschriebenen Systeme ermöglichen insbesondere eine vollautomatisierte Identifikation von Personen 20, die Kontakt zu explosiven Gefahrstoffen hatten. Die Untersuchungen können nachvollziehbar und automatisiert dokumentiert werden. Eine Erkennung des Detektionsbereichs 18 kann maschinell mittels einer Kamera erfolgen und eine entsprechende Abtastung mit den Strahlungen 50 und 76 kann automatisch vorgegeben werden. Ferner ermöglichen es die Systeme 10, auch nach Anomalien in den ermittelten Signalen zu suchen, um auch unbekannte, neuartige Substanzen zu entdecken.The systems described in particular enable fully automated identification of people 20th who had contact with explosive hazardous substances. The examinations can be documented in a traceable and automated manner. A detection of the detection area 18th can be done mechanically by means of a camera and a corresponding scanning with the radiation 50 and 76 can be specified automatically. The systems also make it possible 10th to also look for anomalies in the detected signals in order to discover unknown, novel substances.

Ferner ist der Schutz der Privatsphäre der untersuchten Personen 20 gewährleistet, da keine Fotos aufgenommen werden, sondern lediglich physikalische Informationen ausgewertet werden.Furthermore, the protection of the privacy of the examined persons 20th guaranteed because no photos are taken, but only physical information is evaluated.

Die beschriebenen Systeme 10 sind einfach zu bedienen. Sie erfordern ein freies Sichtfeld und gestatten eine offene und transparente Testsituation. Zudem ist durch den kombinierten Einsatz von zwei verschiedenen optischen Spektroskopieverfahren eine extrem kurze Gesamtmesszeit möglich. Das System 10 lässt sich insbesondere als kompaktes Gerät mit niedrigem Gewicht für einen flexiblen Einsatz, insbesondere auch mobil, ausbilden.The systems described 10th are easy to use. They require a clear field of vision and allow an open and transparent test situation. In addition, the combined use of two different optical spectroscopy methods enables an extremely short total measuring time. The system 10th can be designed in particular as a compact, low-weight device for flexible use, especially mobile.

Technisch ermöglichen die Systeme 10 eine hohe Auflösung und Bandbreite sowie Dynamik und damit eine hohe Erkennungsleistung etwaiger Gefahrstoffe. Die Gefahr von Fehlalarmen lässt sich auf diese Weise minimieren. Zudem ist ein zuverlässiger und leiser Dauerbetrieb möglich.Technically, the systems make it possible 10th high resolution and bandwidth as well as dynamics and thus a high detection performance of any hazardous substances. The risk of false alarms can be minimized in this way. In addition, reliable and quiet continuous operation is possible.

Die Systeme 10 ermöglichen die Suche auffälliger Substanzen im Detektionsbereich 18. Dies ist unabhängig von einer konkreten Beschaffenheit der Probe 26 im Detektionsbereich, also unabhängig davon, auf welchem Stoff sich die zu detektierenden Gefahrstoffe befinden.The systems 10th enable the search for conspicuous substances in the detection area 18th . This is independent of the specific nature of the sample 26 in the detection area, i.e. regardless of the substance on which the hazardous substances to be detected are located.

Das vorgeschlagene Verfahren ist zudem unempfindlich gegen Temperaturschwankungen. Die Systeme 10 lassen sich ferner auch in lokale Netzwerke einbinden.The proposed method is also insensitive to temperature fluctuations. The systems 10th can also be integrated into local networks.

Eine Brandlast der Systeme 10 ist gering. Ferner ist deren Einsatz unbedenklich, da sie augensicher betrieben werden können. Zukünftige Anpassungen sind über Softwareupdates möglich.A fire load of the systems 10th is low. Furthermore, their use is harmless since they can be operated safely. Future adjustments are possible via software updates.

BezugszeichenlisteReference symbol list

1010th
Systemsystem
1212
Gehäusecasing
1414
erstes Laserstrahlungsfeldfirst laser radiation field
1616
zweites Laserstrahlungsfeldsecond laser radiation field
1818th
DetektionsbereichDetection range
2020th
Personperson
2222
BedieneinrichtungControl device
2424th
SicherheitsscannerSecurity scanner
2626
Probesample
2828
erste Spektroskopieeinrichtungfirst spectroscopy device
3030th
zweite Spektroskopieeinrichtungsecond spectroscopy device
3232
SteuerungseinrichtungControl device
3434
AusgabeeinrichtungDispenser
3636
SpeichereinrichtungStorage device
3838
erste Scaneinrichtungfirst scanning device
4040
zweite Scaneinrichtungsecond scanning device
4242
AuswerteeinrichtungEvaluation device
4444
InfrarotspektrometerInfrared spectrometer
4646
MIR-ReflexionsspektrometerMIR reflection spectrometer
4848
erste Strahlungsquellefirst radiation source
5050
erste Strahlungfirst radiation
5252
erster Laserfirst laser
5454
IR-LaserIR laser
5656
erste Strahlanpassungseinrichtungfirst beam adjustment device
5858
Abstanddistance
6060
erste Streustrahlungfirst scattered radiation
6262
erste Empfangsoptikfirst receiving optics
6464
erster Detektorfirst detector
6666
DatenverbindungData Connection
6868
erste Datenerfassungseinrichtungfirst data acquisition device
7070
RamanspektrometerRaman spectrometer
7272
UV-Raman-SpektrometerUV Raman spectrometer
7474
zweite Strahlungsquellesecond radiation source
7676
zweite Strahlungsecond radiation
7878
zweiter Lasersecond laser
8080
UV-LaserUV laser
8282
zweite Strahlanpassungseinrichtungsecond beam adjustment device
8484
Abstanddistance
8686
zweite Streustrahlungsecond scattered radiation
8888
zweite Empfangsoptiksecond receiving optics
9090
zweiter Detektorsecond detector
9292
DatenverbindungData Connection
9494
zweite Datenerfassungseinrichtungsecond data acquisition device
9696
DatenverbindungData Connection
9898
DatenverbindungData Connection
100100
TransformationseinrichtungTransformation device
102102
DatenverbindungData Connection
104104
DatenverbindungData Connection
106106
erstes Spektrumaufnahmezeitfensterfirst spectrum acquisition time window
108108
zweites Spektrumaufnahmezeitfenstersecond spectrum acquisition time window
110110
PulsPulse
112112
PulsPulse
114114
Abstanddistance
116116
MesszeitfensterMeasurement time window
118118
MesszeitfensterMeasurement time window
120120
HintergrundmesszeitfensterBackground measurement window
122122
HintergrundmesszeitfensterBackground measurement window
124124
erste Scanstreckefirst scan line
126126
zweite Scanstreckesecond scan line
128128
Längelength
130130
Breitewidth
132132
Höheheight
134134
FPGAFPGA
136136
AD-WandlerAD converter
138138
Boxcar-Mittelungs-AlgorithmusBoxcar averaging algorithm
140140
DigitalausgangDigital output
142142
WasserkühlungWater cooling
144144
Status-LEDStatus LED
146146
optischer Filteroptical filter
148148
optischer Filteroptical filter

Claims (20)

Verfahren zum Detektieren von mindestens einem Gefahrstoff, insbesondere eines Explosivstoffs, an einer Probe (26), insbesondere in einem räumlichen Detektionsbereich (18), bei welchem Verfahren mit einem ersten optischen Spektroskopieverfahren ein erstes optisches Spektrum der Probe (26) während eines ersten Spektrumaufnahmezeitfensters (106) aufgenommen wird und mit einem zweiten optischen Spektroskopieverfahren ein zweites optisches Spektrum der Probe (26) während eines zweiten Spektrumaufnahmezeitfensters (108) aufgenommen wird, wobei sich das erste und das zweite optische Spektroskopieverfahren unterscheiden, wobei das erste optische Spektrum und das zweite optische Spektrum mit bereitgestellten Referenzspektren des mindestens einen Gefahrstoffs verglichen werden zum Bestimmen, ob der mindestens eine Gefahrstoff an der Probe (26) vorhanden ist oder nicht, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Spektrumaufnahmezeitfenster (106) und das zweite Spektrumaufnahmezeitfenster (108) zeitlich mindestens teilweise überlappen, insbesondere vollständig.Method for detecting at least one hazardous substance, in particular an explosive, on a sample (26), in particular in a spatial detection area (18), in which method with a first optical Spectroscopy method a first optical spectrum of the sample (26) is recorded during a first spectrum recording time window (106) and with a second optical spectroscopy method a second optical spectrum of the sample (26) is recorded during a second spectrum recording time window (108), the first and the Distinguish second optical spectroscopy methods, the first optical spectrum and the second optical spectrum being compared with provided reference spectra of the at least one hazardous substance in order to determine whether the at least one hazardous substance is present on the sample (26) or not, characterized in that the first spectrum recording time window (106) and the second spectrum acquisition time window (108) overlap at least partially in time, in particular completely. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a) die ersten und zweiten optischen Spektren der Probe (26) dann aufgenommen werden, wenn die Probe (26) in einem räumlich vorgegebenen Detektionsbereich (18) angeordnet ist, und/oder b) das erste optische Spektroskopieverfahren Infrarotspektroskopie ist, insbesondere MIR-Reflexionsspektroskopie, und dass von der Probe (26) als erstes Spektrum ein Infrarotspektrum aufgenommen wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that a) the first and second optical spectra of the sample (26) are recorded when the sample (26) is arranged in a spatially predetermined detection area (18), and / or b) the first optical spectroscopy method is infrared spectroscopy , in particular MIR reflection spectroscopy, and that the sample (26) records an infrared spectrum as the first spectrum. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufnehmen des ersten optischen Spektrums die Probe (26) mit erster gepulster elektromagnetischer Strahlung (50) beaufschlagt wird und dass eine Intensität von der Probe (26) zurückgestreuter erster Streustrahlung (58) detektiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that to record the first optical spectrum, the sample (26) is subjected to first pulsed electromagnetic radiation (50) and that an intensity of the first scattered radiation (58) scattered back from the sample (26) is detected . Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass a) eine Wellenlänge der ersten gepulsten elektromagnetischen Strahlung (50) während des ersten Spektrumaufnahmezeitfensters (106) durchgestimmt wird und dass die Intensität der ersten Streustrahlung (58) in Abhängigkeit der Wellenlänge der ersten gepulsten elektromagnetischen Strahlung (50) detektiert wird und/oder b) die erste gepulste elektromagnetische Strahlung (50) mit einer ersten Strahlungsquelle (48), insbesondere in Form eines ersten Lasers (52), weiter insbesondere in Form eines IR-Lasers (54), erzeugt wird und/oder c) die erste gepulste elektromagnetische Strahlung (50) über die Probe (26) gescannt wird, insbesondere ein- oder zweidimensional.Procedure according to Claim 3 , characterized in that a) a wavelength of the first pulsed electromagnetic radiation (50) is tuned during the first spectrum recording time window (106) and that the intensity of the first scattered radiation (58) is detected as a function of the wavelength of the first pulsed electromagnetic radiation (50) and / or b) the first pulsed electromagnetic radiation (50) is generated with a first radiation source (48), in particular in the form of a first laser (52), more particularly in the form of an IR laser (54), and / or c) the first pulsed electromagnetic radiation (50) is scanned over the sample (26), in particular in one or two dimensions. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite optische Spektroskopieverfahren Ramanspektroskopie ist, insbesondere UV-Raman-Spektroskopie, und dass von der Probe (26) als zweites Spektrum ein Raman-Spektrum aufgenommen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the second optical spectroscopy method is Raman spectroscopy, in particular UV Raman spectroscopy, and that a Raman spectrum is recorded by the sample (26) as the second spectrum. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufnehmen des zweiten optischen Spektrums die Probe mit zweiter gepulster elektromagnetischer Strahlung (76) beaufschlagt wird und dass eine Intensität von der Probe (26) zurückgestreuter zweiter Streustrahlung (86) spektral aufgelöst detektiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that, in order to record the second optical spectrum, second pulsed electromagnetic radiation (76) is applied to the sample and that an intensity of second scattered radiation (86) scattered back from the sample (26) is detected in a spectrally resolved manner. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass a) eine Wellenlänge der zweiten gepulsten elektromagnetischen Strahlung (76) während des zweiten Spektrumaufnahmezeitfensters (108) konstant gehalten wird und/oder b) die zweite gepulste elektromagnetische Strahlung (76) mit einer zweiten Strahlungsquelle (74), insbesondere in Form eines zweiten Lasers (78), weiter insbesondere in Form eines UV-Lasers (80), erzeugt wird und/oder c) die zweite gepulste elektromagnetische Strahlung (76) über die Probe (26) gescannt wird, insbesondere ein- oder zweidimensional, und/oder d) die erste gepulste elektromagnetische Strahlung (50) mit einer ersten Repetitionsrate erzeugt wird und dass die zweite gepulste elektromagnetische Strahlung (76) mit einer zweiten Repetitionsrate erzeugt wird, und dass die erste Repetitionsrate und die zweite Repetitionsrate identisch oder unterschiedlich sind und/oder e) die Probe (26) mit der ersten gepulsten elektromagnetischen Strahlung (50) und der zweiten gepulsten elektromagnetischen Strahlung (76) synchron beaufschlagt wird und dass die von der Probe (26) rückgestreute erste Streustrahlung (60) und zweite Streustrahlung (86) synchron detektiert wird und/oder f) die Probe (26) mit der ersten gepulsten elektromagnetischen Strahlung (50) und der zweiten gepulsten elektromagnetischen Strahlung (76) asynchron beaufschlagt wird und dass die von der Probe (26) rückgestreute erste Streustrahlung (60) und zweite Streustrahlung (86) asynchron detektiert wird und/oder g) ein Abstand (58, 84) der Probe (26) von der ersten Strahlungsquelle (48) und/oder von der zweiten Strahlungsquelle (74) durch eine Laufzeitmessung der Pulse (110, 112) der ersten gepulsten elektromagnetischen Strahlung (50) und/oder der zweiten gepulsten elektromagnetischen Strahlung (76) bestimmt wird.Procedure according to Claim 6 , characterized in that a) a wavelength of the second pulsed electromagnetic radiation (76) is kept constant during the second spectrum recording time window (108) and / or b) the second pulsed electromagnetic radiation (76) with a second radiation source (74), in particular in Form of a second laser (78), further in particular in the form of a UV laser (80), and / or c) the second pulsed electromagnetic radiation (76) is scanned over the sample (26), in particular one or two dimensions, and / or d) the first pulsed electromagnetic radiation (50) is generated at a first repetition rate and that the second pulsed electromagnetic radiation (76) is generated at a second repetition rate and that the first repetition rate and the second repetition rate are identical or different and / or e) the sample (26) with the first pulsed electromagnetic radiation (50) and the second pulsed electromagnetic radiation (76) is applied synchronously and that the first scattered radiation (60) and second scattered radiation (86) backscattered by the sample (26) are detected synchronously and / or f) the sample (26) with the first pulsed electromagnetic radiation (50 ) and the second pulsed electromagnetic radiation (76) is applied asynchronously and that the first scattered radiation (60) and second scattered radiation (86) backscattered by the sample (26) is detected asynchronously and / or g) a distance (58, 84) of the Sample (26) from the first radiation source (48) and / or from the second radiation source (74) by measuring the transit time of the pulses (110, 112) of the first pulsed electromagnetic radiation (50) and / or the second pulsed electromagnetic radiation (76) is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Spektrumaufnahmezeitfenster (106) in eine Mehrzahl erster Messintervalle (Mn) unterteilt wird und dass in jedem erstem Messintervall (Mn) ein Puls (110) der ersten elektromagnetischen Strahlung (50) mit einer ersten Pulsbreite erzeugt wird, dass die erste Streustrahlung (60) in einem ersten Messzeitfenster (116) des ersten Messintervalls (Mn) detektiert wird, wobei insbesondere a) das erste Messzeitfenster (116) eine Länge aufweist, welche der ersten Pulsbreite entspricht, und/oder b) die erste Pulsbreite maximal 10% des ersten Messintervalls (Mn) entspricht und/oder c) in jedem ersten Messintervall (Mn) nach jedem ersten Messzeitfenster (116) in einem ersten Hintergrundmesszeitfenster (120) erste Hintergrundstrahlung detektiert wird, wobei insbesondere das erste Hintergrundmesszeitfenster (120) eine Länge aufweist, welche der ersten Pulsbreite entspricht, und/oder zum Bestimmen des ersten optischen Spektrums eine Differenz zwischen der detektierten ersten Streustrahlung (60) und der detektierten ersten Hintergrundstrahlung gebildet wird.Procedure according to one of the Claims 4 to 7 , characterized in that the first Spectrum recording time window (106) is divided into a plurality of first measuring intervals (M n ) and that in every first measuring interval (M n ) a pulse (110) of the first electromagnetic radiation (50) is generated with a first pulse width that the first scattered radiation (60 ) is detected in a first measurement time window (116) of the first measurement interval (M n ), wherein in particular a) the first measurement time window (116) has a length which corresponds to the first pulse width, and / or b) the first pulse width is at most 10% of the corresponds to the first measurement interval (M n ) and / or c) first background radiation is detected in every first measurement interval (M n ) after each first measurement time window (116) in a first background measurement time window (120), the first background measurement time window (120) in particular having a length , which corresponds to the first pulse width, and / or to determine the first optical spectrum a difference between the detected first scattered radiation (60) and the detected first background radiation is formed. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Spektrumaufnahmezeitfenster (108) in eine Mehrzahl zweiter Messintervalle (Rm) unterteilt wird und dass in jedem zweiten Messintervall (Rm) ein Puls (112) der zweiten elektromagnetischen Strahlung (76) mit einer zweiten Pulsbreite erzeugt wird, dass die zweite Streustrahlung (86) in einem zweiten Messzeitfenster (118) des zweiten Messintervalls (Rm) detektiert wird.Procedure according to one of the Claims 6 to 8th , characterized in that the second spectrum recording time window (108) is subdivided into a plurality of second measuring intervals (R m ) and in that a pulse (112) of the second electromagnetic radiation (76) with a second pulse width is generated in every second measuring interval (R m ) that the second scattered radiation (86) is detected in a second measurement time window (118) of the second measurement interval (R m ). Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass a) das zweite Messzeitfenster (118) eine Länge aufweist, welche der zweiten Pulsbreite entspricht, und/oder b) die zweite Pulsbreite maximal 10% des zweiten Messintervalls (Rm) entspricht und/oder c) in jedem zweiten Messintervall (Rm) nach jedem zweiten Messzeitfenster (118) in einem zweiten Hintergrundmesszeitfenster (122) zweite Hintergrundstrahlung detektiert wird, wobei insbesondere c1) das zweite Hintergrundmesszeitfenster (122) eine Zeitdauer aufweist, welche der ersten Pulsbreite entspricht, und/oder c2) zum Bestimmen des zweiten optischen Spektrums eine Differenz zwischen der detektierten zweiten Streustrahlung und (86) der detektierten zweiten Hintergrundstrahlung gebildet wird, und/oder d) die erste Pulsbreite und die zweite Pulsbreite identisch vorgegeben werden.Procedure according to Claim 9 , characterized in that a) the second measurement time window (118) has a length which corresponds to the second pulse width, and / or b) the second pulse width corresponds to a maximum of 10% of the second measurement interval (R m ) and / or c) in every second Measuring interval (R m ) is detected after every second measuring time window (118) in a second background measuring time window (122) second background radiation, wherein in particular c1) the second background measuring time window (122) has a time duration which corresponds to the first pulse width, and / or c2) for Determining the second optical spectrum, a difference is formed between the detected second scattered radiation and (86) the detected second background radiation, and / or d) the first pulse width and the second pulse width are specified identically. System (10) zum Detektieren von mindestens einem Gefahrstoff, insbesondere eines Explosivstoffs, an einer Probe, insbesondere in einem räumlichen Detektionsbereich (18), welches System (10) eine erste optische Spektroskopieeinrichtung (28) zum Aufnehmen eines ersten optischen Spektrums der Probe (18) während eines ersten Spektrumaufnahmezeitfensters (106) und eine zweite optische Spektroskopieeinrichtung (30) zum Aufnehmen eines zweiten optischen Spektrums der Probe (18) während eines zweiten Spektrumaufnahmezeitfensters (108) umfasst, wobei sich die erste und die zweite optische Spektroskopieeinrichtung (28, 30) unterscheiden, wobei das System (10) eine Auswerteeinrichtung (42) umfasst zum Vergleichen des ersten optischen Spektrums und des zweiten optischen Spektrums mit bereitgestellten Referenzspektren des mindestens einen Gefahrstoffs und zum Bestimmen, ob der mindestens eine Gefahrstoff an der Probe (26) vorhanden ist oder nicht, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Spektrumaufnahmezeitfenster (106) und das zweite Spektrumaufnahmezeitfenster (108) zeitlich mindestens teilweise überlappen, insbesondere vollständig.System (10) for detecting at least one hazardous substance, in particular an explosive, on a sample, in particular in a spatial detection area (18), which system (10) has a first optical spectroscopy device (28) for recording a first optical spectrum of the sample (18 ) during a first spectrum recording time window (106) and a second optical spectroscopy device (30) for recording a second optical spectrum of the sample (18) during a second spectrum recording time window (108), the first and the second optical spectroscopy device (28, 30) distinguish, the system (10) comprising an evaluation device (42) for comparing the first optical spectrum and the second optical spectrum with provided reference spectra of the at least one hazardous substance and for determining whether the at least one hazardous substance is present on the sample (26) or not, characterized in that the first spectrum on acquisition time window (106) and the second spectrum acquisition time window (108) overlap at least partially in time, in particular completely. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass a) das System einen räumlich vorgegebenen Detektionsbereich (18) umfasst, in dem die Probe (26) zum Aufnehmen der ersten und zweiten optischen Spektren angeordnet ist, und/oder b) die erste optische Spektroskopieeinrichtung (28) ein Infrarotspektrometer (44) ist oder umfasst, insbesondere ein MIR-Reflexionsspektrometer (46).System according to Claim 11 , characterized in that a) the system comprises a spatially predetermined detection area (18) in which the sample (26) for recording the first and second optical spectra is arranged, and / or b) the first optical spectroscopy device (28) is an infrared spectrometer (44) is or comprises, in particular a MIR reflection spectrometer (46). System nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spektroskopieeinrichtung (28) eine erste Strahlungsquelle (48) zum Erzeugen erster gepulster elektromagnetischer Strahlung (50) umfasst und einen ersten Detektor (64) zum Messen einer Intensität von der Probe (26) zurückgestreuter erster Streustrahlung (60), wobei insbesondere die erste Strahlungsquelle (48) ausgebildet ist zum Durchstimmen einer Wellenlänge der ersten gepulsten elektromagnetischen Strahlung (50) während des ersten Spektrumaufnahmezeitfensters (106).System according to Claim 11 or 12 characterized in that the first spectroscopy device (28) comprises a first radiation source (48) for generating first pulsed electromagnetic radiation (50) and a first detector (64) for measuring an intensity of first scattered radiation (60) scattered back from the sample (26). , in particular the first radiation source (48) being designed to tune a wavelength of the first pulsed electromagnetic radiation (50) during the first spectrum recording time window (106). System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass a) die erste Strahlungsquelle (48) in Form eines ersten Lasers (52) ausgebildet ist, insbesondere in Form eines IR-Lasers (54), und/oder b) das System (10) eine erste Scaneinrichtung (38) umfasst zum Scannen der ersten gepulsten elektromagnetischen Strahlung (50) über die Probe (26), insbesondere ein- oder zweidimensional.System according to Claim 13 , characterized in that a) the first radiation source (48) is in the form of a first laser (52), in particular in the form of an IR laser (54), and / or b) the system (10) is a first scanning device (38 ) includes for scanning the first pulsed electromagnetic radiation (50) over the sample (26), in particular one or two dimensions. System nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite optische Spektroskopieeinrichtung (30) ein Ramanspektrometer (70) ist oder umfasst, insbesondere UV-Raman-Spektrometer (72).System according to one of the Claims 11 to 14 , characterized in that the second optical spectroscopy device (30) is or comprises a Raman spectrometer (70), in particular UV Raman spectrometer (72). System nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spektroskopieeinrichtung (30) eine zweite Strahlungsquelle (74) zum Erzeugen zweiter gepulster elektromagnetischer Strahlung (76) umfasst und einen zweiten Detektor (90) zum wellenlängenabhängigen Messen einer Intensität von der Probe (26) zurückgestreuter zweiter Streustrahlung (86).System according to one of the Claims 11 to 15 characterized in that the second spectroscopy device (30) comprises a second radiation source (74) for generating second pulsed electromagnetic radiation (76) and a second detector (90) for measuring a wavelength-dependent second scattered radiation (86) scattered back from the sample (26) ). System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Strahlungsquelle (74) a) ausgebildet ist zum Erzeugen der zweiten gepulsten elektromagnetischen Strahlung (76) mit konstanter Wellenlänge und/oder b) in Form eines zweiten Lasers (78) ausgebildet ist, insbesondere in Form eines UV-Lasers (80).System according to Claim 16 , characterized in that the second radiation source (74) a) is designed to generate the second pulsed electromagnetic radiation (76) with constant wavelength and / or b) is designed in the form of a second laser (78), in particular in the form of a UV Lasers (80). System nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass a) das System (10) eine zweite Scaneinrichtung (40) umfasst zum Scannen der zweiten gepulsten elektromagnetischen Strahlung (76) über die Probe (26), insbesondere ein- oder zweidimensional und/oder b) die erste Strahlungsquelle (48) ausgebildet ist zum Erzeugen der ersten gepulsten elektromagnetischen Strahlung (50) mit einer ersten Repetitionsrate und dass die zweite Strahlungsquelle (74) ausgebildet ist zum Erzeugen der zweiten gepulsten elektromagnetischen Strahlung (76) mit einer zweiten Repetitionsrate und dass die erste Repetitionsrate und die zweite Repetitionsrate identisch oder unterschiedlich sind und/oder c) das System (10) eine Abstandsbestimmungseinrichtung (58, 84) umfasst zum Bestimmen eines Abstands der Probe (26) von der ersten Strahlungsquelle (48) und/oder von der zweiten Strahlungsquelle (74).System according to Claim 16 or 17th , characterized in that a) the system (10) comprises a second scanning device (40) for scanning the second pulsed electromagnetic radiation (76) via the sample (26), in particular in one or two dimensions and / or b) the first radiation source ( 48) is designed to generate the first pulsed electromagnetic radiation (50) with a first repetition rate and that the second radiation source (74) is designed to generate the second pulsed electromagnetic radiation (76) with a second repetition rate and that the first repetition rate and the second Repetition rate are identical or different and / or c) the system (10) comprises a distance determining device (58, 84) for determining a distance of the sample (26) from the first radiation source (48) and / or from the second radiation source (74). System nach Anspruch 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das System (10) a) eine Bedieneinrichtung (22) umfasst zum Eingeben von Daten und/oder b) eine Steuerungseinrichtung (32) umfasst zum Steuern der ersten und/oder zweiten optischen Spektroskopieeinrichtung (28, 30) und/oder c) eine Speichereinrichtung (26) umfasst zum Speichern von Referenzspektren von Gefahrstoffen und zum Speichern der gemessenen ersten und zweiten optischen Spektren und/oder d) eine Ausgabeeinrichtung (34) umfasst zum Ausgeben einer Information, ob der mindestens eine Gefahrstoff an der Probe (26) vorhanden ist oder nicht.System according to Claim 11 to 18th , characterized in that the system (10) comprises a) an operating device (22) for entering data and / or b) a control device (32) for controlling the first and / or second optical spectroscopy device (28, 30) and / or c) a storage device (26) for storing reference spectra of hazardous substances and for storing the measured first and second optical spectra and / or d) an output device (34) for outputting information as to whether the at least one hazardous substance on the sample ( 26) is present or not. Verwendung eines Systems (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 19 zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10.Use of a system (10) according to one of the Claims 11 to 19th to carry out a method according to one of the Claims 1 to 10th .
DE102018132033.7A 2018-12-13 2018-12-13 Method and system for detecting at least one hazardous substance Pending DE102018132033A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018132033.7A DE102018132033A1 (en) 2018-12-13 2018-12-13 Method and system for detecting at least one hazardous substance

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018132033.7A DE102018132033A1 (en) 2018-12-13 2018-12-13 Method and system for detecting at least one hazardous substance

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102018132033A1 true DE102018132033A1 (en) 2020-06-18

Family

ID=70858365

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102018132033.7A Pending DE102018132033A1 (en) 2018-12-13 2018-12-13 Method and system for detecting at least one hazardous substance

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102018132033A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113281323A (en) * 2021-06-29 2021-08-20 集美大学 Method for extracting characteristic information of organic pollutants in complex system and rapid detection method and system thereof
CN114280084A (en) * 2021-12-23 2022-04-05 中国民航大学 Airport security inspection auxiliary method based on radio frequency signals

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7675611B2 (en) * 2007-05-21 2010-03-09 Ahura Scientific Inc. Handheld infrared and Raman measurement devices and methods
US20160041101A1 (en) * 2013-04-18 2016-02-11 Laser-Laboratorium Göttingen e.V. Method and device for detecting and identifying not easily volatilized substances in a gas phase by means of surface-enhanced vibration spectroscopy

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7675611B2 (en) * 2007-05-21 2010-03-09 Ahura Scientific Inc. Handheld infrared and Raman measurement devices and methods
US20160041101A1 (en) * 2013-04-18 2016-02-11 Laser-Laboratorium Göttingen e.V. Method and device for detecting and identifying not easily volatilized substances in a gas phase by means of surface-enhanced vibration spectroscopy

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HAMM, P. [et al.]: The two-dimensional IR nonlinear spectroscopy of a cyclic penta-peptide in relation to its three-dimensional structure. Proceedings of the National Academy of Sciences USA, Vol. 96, 1999, S. 2036-2041. DOI: 10.1073/pnas.96.5.2036 *
KUKURA, P. [et al.]: Femtosecond stimulated Raman spectroscopy. Annual Review of Physical Chemistry, Vol. 58, 2007, S. 461-488. DOI: 10.1146/annurev.physchem.58.032806.104456 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113281323A (en) * 2021-06-29 2021-08-20 集美大学 Method for extracting characteristic information of organic pollutants in complex system and rapid detection method and system thereof
CN113281323B (en) * 2021-06-29 2024-01-26 集美大学 Method for extracting characteristic information of organic pollutants in complex system and rapid detection method and system thereof
CN114280084A (en) * 2021-12-23 2022-04-05 中国民航大学 Airport security inspection auxiliary method based on radio frequency signals
CN114280084B (en) * 2021-12-23 2023-09-08 中国民航大学 Airport security inspection auxiliary method based on radio frequency signals

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112012001926B4 (en) Method and device for detecting a hidden dangerous substance
US7692775B2 (en) Time and space resolved standoff hyperspectral IED explosives LIDAR detection
US20070085998A1 (en) Controlled substance detection and identification system
DE69601395T2 (en) Method and device for measuring spectra
US8665433B2 (en) Standoff explosives detector using deep-UV Raman spectroscopy
DE3037983A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR LIGHT-INDUCED SCREEN MICROSCOPIC DISPLAY OF SAMPLES PARAMETERS IN THEIR SPATIAL DISTRIBUTION
CA2786018C (en) Method and system for detecting materials
DE102013101610B4 (en) Apparatus and method for remote detection of a non-infrared active target gas
US10794766B2 (en) Method and device for raman spectroscopy
WO2010015443A1 (en) Terahertz radiation source and method for producing terahertz radiation
DE102018132033A1 (en) Method and system for detecting at least one hazardous substance
DE102012004977B3 (en) Apparatus and method for measuring a target gas
EP4028793B1 (en) Detector device and method for the remote analysis of materials, and mobile sensor system
DE10314424A1 (en) Warning system for real-time spatially resolved detection of icing of component or part surfaces employs diffuse infrared reflection spectrometry with a modified thermographic camera or infrared planar detector array
Forest et al. Use of a spectroscopic lidar for standoff explosives detection through Raman spectra
DE112017007750T5 (en) Far infrared spectral device and far infrared spectral method
EP3538873B1 (en) Detection method for chemical substances, detection apparatus, feed-through apparatus
EP3792606B1 (en) Method and device for non-linear spectroscopy of a sample
DE102004051311B9 (en) Apparatus and method for performing fluorescence and emission spectrometry
DE102004051310B4 (en) Apparatus and method for performing emission spectrometry
WO2007068237A1 (en) Method and device for detecting contamination by explosives
DE102014118898B4 (en) Infrared and Raman spectroscopy
WO2012159138A1 (en) Device for detecting reflected light scattered in an object
Zachhuber et al. Spatially Offset Raman Line Scan for Content Detection in Turbid Containers
DE102015112157A1 (en) Method and system for the spectral analysis of pulses of electromagnetic radiation

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication