DE102018132033A1 - Method and system for detecting at least one hazardous substance - Google Patents
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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. 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. 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. 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. 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. 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. Verfahren nach
Satz 4 oder5 , 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. 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. 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. 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. Verfahren nach Satz
9 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Wellenlänge der zweiten gepulsten elektromagnetischen Strahlung (76 ) während des zweiten Spektrumaufnahmezeitfensters (108 ) konstant gehalten wird. - 11. Verfahren nach Satz
9 oder10 , 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. Verfahren nach einem der Sätze
9 bis11 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweite gepulste elektromagnetische Strahlung (76 ) über die Probe (26 ) gescannt wird, insbesondere ein- oder zweidimensional. - 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. Verfahren nach einem der Sätze
9 bis13 , 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. 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. Verfahren nach einem der Sätze
9 bis15 , 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. 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. Verfahren nach Satz
17 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Messzeitfenster (116 ) eine Länge aufweist, welche der ersten Pulsbreite entspricht. - 19. Verfahren nach Satz
17 oder18 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Pulsbreite maximal 10% des ersten Messintervalls (Mn ) entspricht. - 20. Verfahren nach einem der Sätze
17 bis19 , dadurch gekennzeichnet, dass in jedem ersten Messintervall (Mn ) nach jedem ersten Messzeitfenster (116 ) in einem ersten Hintergrundmesszeitfenster (120 ) erste Hintergrundstrahlung detektiert wird. - 21. Verfahren nach
Satz 20 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hintergrundmesszeitfenster (120 ) eine Länge aufweist, welche der ersten Pulsbreite entspricht. - 22. Verfahren nach
Satz 20 oder21 , 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. 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. Verfahren nach
Satz 23 , dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Messzeitfenster (118 ) eine Länge aufweist, welche der zweiten Pulsbreite entspricht. - 25. Verfahren nach
Satz 23 oder24 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Pulsbreite maximal 10% des zweiten Messintervalls (Rm ) entspricht. - 26. Verfahren nach einem der Sätze
23 bis25 , dadurch gekennzeichnet, dass in jedem zweiten Messintervall (Rm ) nach jedem zweiten Messzeitfenster (118 ) in einem zweiten Hintergrundmesszeitfenster (122 ) zweite Hintergrundstrahlung detektiert wird. - 27. Verfahren nach
Satz 26 , dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Hintergrundmesszeitfenster (122 ) eine Zeitdauer aufweist, welche der ersten Pulsbreite entspricht. - 28. Verfahren nach
Satz 26 oder27 , 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. Verfahren nach einem der Sätze
23 bis 28 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Pulsbreite und die zweite Pulsbreite identisch vorgegeben werden. - 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.
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.
System nach Satz 30 oder31 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste optische Spektroskopieeinrichtung (28 ) ein Infrarotspektrometer (44 ) ist oder umfasst, insbesondere ein MIR-Reflexionsspektrometer (46 ). - 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. 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. System nach Satz
33 oder34 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strahlungsquelle (48 ) in Form eines ersten Lasers (52 ) ausgebildet ist, insbesondere in Form eines IR-Lasers (54 ). - 36. System nach einem der Sätze
33 bis35 , 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. 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. System nach einem der Sätze
30 bis37 , 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.
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.
System nach Satz 38 oder39 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Strahlungsquelle (74 ) in Form eines zweiten Lasers (78 ) ausgebildet ist, insbesondere in Form eines UV-Lasers (80 ). - 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. System nach einem der Sätze
38 bis41 , 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. 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.
System nach Satz 30 bis43 , dadurch gekennzeichnet, dass das System (10 ) eine Bedieneinrichtung (22 ) umfasst zum Eingeben von Daten. - 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. Vorrichtung nach einem der Sätze
30 bis45 , 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. 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. Verwendung eines Systems (
10 ) nach einem der Sätze30 bis47 zur Durchführung eines Verfahrens nach einem derSätze 1 bis29 .
- 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. 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. 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. 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. 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. Procedure according to sentence
4th or5 , 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. Procedure according to one of the sentences
4th to6 , characterized in that the first pulsed electromagnetic radiation (50 ) about the sample (26 ) is scanned, especially one or two dimensions. - 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. 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. 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. Procedure according to sentence
9 or10th , 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. Procedure according to one of the sentences
9 to11 , characterized in that the second pulsed electromagnetic radiation (76 ) about the sample (26 ) is scanned, especially one or two dimensions. - 13. Procedure according to one of the sentences
9 to12 , 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. Procedure according to one of the sentences
9 to13 , 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. Procedure according to one of the sentences
9 to14 , 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. Procedure according to one of the sentences
9 to15 , 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. Procedure according to one of the sentences
7 to16 , 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. 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. Procedure according to sentence
17th or18th , characterized in that the first pulse width is a maximum of 10% of the first measurement interval (M n ) corresponds. - 20. Procedure according to one of the sentences
17th to19th , 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. 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. Procedure according to sentence
20th or21st , 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. Procedure according to one of the sentences
9 to22 , 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. 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. Procedure according to
sentence 23 or24th , characterized in that the second pulse width is a maximum of 10% of the second measurement interval (R m ) corresponds. - 26. Procedure according to one of the
sentences 23 to25th , 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. 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. Procedure according to
sentence 26 or27th , 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. Procedure according to one of the
sentences 23 to28 , characterized in that the first pulse width and the second pulse width are specified identically. - 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. 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. System by sentence
30th or31 , characterized in that the first optical spectroscopy device (28 ) an infrared spectrometer (44 ) is or includes, in particular a MIR reflection spectrometer (46 ). - 33. System according to one of the sentences
30th to32 , 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. 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. System by
sentence 33 or34 , 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. System according to one of the sentences
33 to35 , 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. System according to one of the sentences
30th to36 , characterized in that the second optical spectroscopy device (30th ) a Raman spectrometer (70 ) is or includes, in particular UV Raman spectrometers (72 ). - 38. System according to one of the sentences
30th to37 , 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. 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. System according to
sentence 38 or39 , 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. System according to one of the
sentences 38 to40 , 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. System according to one of the
sentences 38 to41 , 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. System according to one of the
sentences 38 to42 , 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. System by sentence
30th to43 , characterized in that the system (10th ) an operating device (22 ) for entering data. - 45. System according to one of the sentences
30th to44 , characterized in that system (10th ) a control device (32 ) for controlling the first and / or second optical spectroscopy device (28 ,30th ). - 46. Device according to one of the sentences
30th to45 , 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. System according to one of the sentences
30th to46 , 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. Using a system (
10th ) after one of the sentences30th to47 to carry out a procedure according to one of thesentences 1 to29 .
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 aus2 ; -
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 ähnlich6 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.
-
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 arrangement2nd ; -
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 similar6 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
Eine vom System
Die beiden Laserstrahlungsfelder
In den
Das System
Das System
Der Bereich der Schuhe sowie der untere Beinbereich der Person
Ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Systems
Das System
Die Steuerungseinrichtung
Das System
Die beiden Spektroskopieeinrichtungen
Die Steuerungseinrichtung
Die erste Spektroskopieeinrichtung
Die von der ersten Strahlungsquelle
Eine Wellenlänge der Strahlung
Die erste Spektroskopieeinrichtung
Von der Probe
Über eine Datenverbindung
Die zweite Spektroskopieeinrichtung
Die zweite Spektroskopieeinrichtung
Die von der zweiten Strahlungsquelle
Die zweite Spektroskopieeinrichtung
Die von der Probe
Der zweite Detektor
Die Steuerungseinrichtung
Die mit den Datenerfassungseinrichtungen
Diese so transformierten Daten werden über eine weitere Datenverbindung
Die Ausgabeeinrichtung
Die Scaneinrichtungen
Der Ablauf einer Untersuchung der Probe
Mit der ersten Spektroskopieeinrichtung
Mit der zweiten Spektroskopieeinrichtung
Die Spektrumaufnahmezeitfenster
Durch den Überlapp der Spektrumaufnahmezeitfenster
Wie in
Die in den jeweiligen Messintervallen
Die
In
Anders ist die Vorgehensweise bei der UV-Raman-Spektroskopie. Wie in
Mit den beschriebenen Ausführungsbeispielsen von Systemen
Etwas zeitlich beabstandet zum Messfenster
In der beschriebenen Weise werden bei einer synchronen Messung in allen Messintervallen
Die Vorgehensweise bei einer asynchronen Messung ist schematisch in
Durch die asynchrone Triggerung der Pulse
Die
Die Scaneinrichtungen
In
In
In
Ein Touchscreen-Display übernimmt exemplarisch die Funktion der Bedieneinrichtung
Die Steuerungseinrichtung
Das FPGA
Für die erste Spektroskopieeinrichtung
Ferner werden weitere, langsame Digital-Ausgänge des FPGAs
Der zweite Laser
Die zweite Strahlanpassungseinrichtung
Die zweite Scaneinrichtung
Die Empfangsoptik
Zur Unterdrückung der Wellenlänge des zweiten Lasers
Der erste Laser
Ein gepulster Betrieb des ersten Lasers
Die erste Strahlanpassungseinrichtung
Die erste Scaneinrichtung
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
Der erste Detektor
Das Raman-Spektrum sowie das MIR-Reflexionsabsorptionsspektrum werden zeitlich an unterschiedlichen Positionen der Probe
In
Als erster Detektor
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
Aufgrund der hohen spektralen Durchstimmgeschwindigkeit des eingesetzten IR-Lasers
In
Obwohl keine Rückstände auf der Oberfläche der Probe
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele von Systemen
Die beschriebenen Systeme ermöglichen insbesondere eine vollautomatisierte Identifikation von Personen
Ferner ist der Schutz der Privatsphäre der untersuchten Personen
Die beschriebenen Systeme
Technisch ermöglichen die Systeme
Die Systeme
Das vorgeschlagene Verfahren ist zudem unempfindlich gegen Temperaturschwankungen. Die Systeme
Eine Brandlast der Systeme
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)
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 |
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- 2018-12-13 DE DE102018132033.7A patent/DE102018132033A1/en active Pending
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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