DE102018204837A1

DE102018204837A1 - A spectrometric measuring device and method for analyzing a medium using a spectrometric measuring device

Info

Publication number: DE102018204837A1
Application number: DE102018204837.1A
Authority: DE
Inventors: Marion Hermersdorf; Ralf Noltemeyer; Martin Husnik; Florian Michel; Benedikt STEIN; Christoph Schelling
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-08-09
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2019-02-14
Also published as: WO2019029907A2; WO2019029907A3; EP3665453A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine spektrometrische Messvorrichtung (100), welche zur Erfassung spektrometrischer Daten von Festkörpern und Fluiden eingerichtet ist, umfassend eine Aufnahmevorrichtung (102), welche dazu eingerichtet ist, ein zu untersuchendes Medium (104') aufzunehmen, wobei ein Miniaturspektrometer (101) zur Erfassung der spektrometrischen Daten des Mediums (104') eingerichtet ist, wobei das Miniaturspektrometer (101)• eine Beleuchtungseinheit (1010) umfasst, welche dazu eingerichtet ist, das Medium (104') mit einer elektromagnetischen Strahlung (1010') zu bestrahlen und• eine Detektionseinheit (1011) umfasst, welche dazu eingerichtet ist, einen aus Richtung des Mediums (104') kommenden Strahlungsanteil (1011") der elektromagnetischen Strahlung (1010') zu detektieren,wobei• das Miniaturspektrometer (101), umfassend die Beleuchtungseinheit (1010) und die Detektionseinheit (1011), an einer ersten Seite (1021) der Aufnahmevorrichtung (102) angeordnet ist und• an einer der ersten Seite (1021) gegenüberliegenden zweiten Seite (1022) der Aufnahmevorrichtung (102) eine Einkoppelstruktur (1030) angeordnet ist, welche dazu eingerichtet ist, zumindest den Strahlungsanteil (1011") der von der Beleuchtungseinheit (1010) kommenden elektromagnetischen Strahlung (1010') in einen Lichtwellenleiter (1031) einzukoppeln, wobei der Lichtwellenleiter (1031) dazu eingerichtet ist, den Strahlungsanteil (1011") von der zweiten Seite (1022) zur Detektionseinheit (1011) auf der ersten Seite (1021) zu leiten.The invention relates to a spectrometric measuring device (100), which is set up for the detection of spectrometric data of solids and fluids, comprising a recording device (102) which is adapted to record a medium (104 ') to be examined, wherein a miniature spectrometer (101) for detecting the spectrometric data of the medium (104 ') is set up, wherein the miniature spectrometer (101) • a lighting unit (1010) which is adapted to irradiate the medium (104') with an electromagnetic radiation (1010 ') and A detection unit (1011) which is set up to detect a radiation component (1011 ") of the electromagnetic radiation (1010 ') coming from the direction of the medium (104'), wherein the miniature spectrometer (101) comprising the illumination unit (10) 1010) and the detection unit (1011), on a first side (1021) of the receiving device (102) is arranged and • on a the first side (1021) opposite the second side (1022) of the receiving device (102) is arranged a coupling structure (1030) which is adapted to at least the radiation component (1011 ") of the electromagnetic radiation (1010 ') coming from the illumination unit (1010). ) in an optical waveguide (1031), wherein the optical waveguide (1031) is adapted to direct the radiation portion (1011 ") from the second side (1022) to the detection unit (1011) on the first side (1021).

Description

Stand der TechnikState of the art

In US 5909280 A ist ein Mikrospektrometer beschrieben, welches eine monolithisch integrierte Lichtquelle und einen monolithisch integrierten Detektor umfasst. Das Mikrospektrometer wird als Teil eines Sensorsystems verwendet, welches dazu geeignet ist sowohl Festkörper als auch Flüssigkeiten zu untersuchen. Das Mikrospektrometer umfasst ein Fabry-Pérot Interferometer als spektrales Element und eine Kammer, in die das zu untersuchende Medium über einen Kanal eingelassen werden kann. Die Lichtquelle und der Detektor sind auf einander gegenüberliegenden Seiten der Kammer angeordnet.In US 5909280 A a microspectrometer is described which comprises a monolithically integrated light source and a monolithically integrated detector. The microspectrometer is used as part of a sensor system that is suitable for testing both solids and liquids. The microspectrometer includes a Fabry-Pérot interferometer as a spectral element and a chamber into which the medium to be examined can be introduced via a channel. The light source and the detector are disposed on opposite sides of the chamber.

Kern und Vorteile der ErfindungCore and advantages of the invention

Die Erfindung betrifft eine spektrometrische Messvorrichtung, ein Verfahren zur Analyse eines Mediums unter Verwendung einer spektrometrischen Messvorrichtung und ein Computerprogrammprodukt.The invention relates to a spectrometric measuring device, a method for analyzing a medium using a spectrometric measuring device and a computer program product.

Spektrale Informationen eines Mediums können aus einer vom Medium kommenden elektromagnetischen Strahlung, beispielsweise aus einer von dem Medium emittierten, reflektierten, transmittierten und/ oder gestreuten elektromagnetischen Strahlung, gewonnen werden, indem diese elektromagnetische Strahlung beispielsweise von einem Spektrometer aufgenommen und ausgewertet wird. Ein spektrales Element, wie beispielsweise ein Gitterspektrometer, Fabry-Pérot Interferometer, Transmissionsfilter/ Lineare Variable Filter oder Fourier-Transformations-Spektrometer, kann hierbei zwischen einer Lichtquelle und dem zu untersuchenden Medium und/oder zwischen dem Medium und einem Detektor angeordnet sein. Zur Erfassung spektrometrischer Daten des zu untersuchenden Mediums kann unter anderem eine Transmissionsmessung oder eine Reflexionsmessung durchgeführt werden. Bei Transmissionsmessungen wird elektromagnetische Strahlung von dem zu untersuchenden Medium transmittiert, wobei die transmittierte elektromagnetische Strahlung spektrale Informationen über das Medium aufweist. Die transmittierte elektromagnetische Strahlung kann wellenlängenselektiv detektiert werden und Aufschluss über die spektrale Zusammensetzung des Mediums geben. Bei Reflexionsmessungen wird elektromagnetische Strahlung von dem zu untersuchenden Medium reflektiert, wobei die reflektierte elektromagnetische Strahlung spektrale Informationen über das Medium aufweist. Die reflektierte elektromagnetische Strahlung kann wellenlängenselektiv detektiert werden und Aufschluss über die spektrale Zusammensetzung des Mediums geben.Spectral information of a medium can be obtained from an electromagnetic radiation coming from the medium, for example from an electromagnetic radiation emitted, reflected, transmitted and / or scattered by the medium, by recording and evaluating this electromagnetic radiation, for example, by a spectrometer. A spectral element, such as a grating spectrometer, Fabry-Pérot interferometer, transmission filter / linear variable filter or Fourier transform spectrometer, can be arranged between a light source and the medium to be examined and / or between the medium and a detector. To record spectrometric data of the medium to be examined, among other things, a transmission measurement or a reflection measurement can be carried out. In transmission measurements, electromagnetic radiation is transmitted from the medium to be examined, the transmitted electromagnetic radiation having spectral information about the medium. The transmitted electromagnetic radiation can be detected wavelength-selective and provide information about the spectral composition of the medium. In reflection measurements, electromagnetic radiation is reflected by the medium to be examined, the reflected electromagnetic radiation having spectral information about the medium. The reflected electromagnetic radiation can be detected wavelength-selective and provide information about the spectral composition of the medium.

Fluide, d.h. Flüssigkeiten, Gase und Mischungen von Flüssigkeiten und Gasen, reflektieren zum Teil nur einen geringen Teil einer auf das Fluid auftreffenden elektromagnetischen Strahlung, ein größerer Anteil der auf das Fluid auftreffenden elektromagnetischen Strahlung wird von dem Fluid transmittiert. Es wird somit nur ein kleiner Teil der elektromagnetischen Strahlung, welche spektrale Informationen über das Medium umfasst, reflektiert.Fluids, i. Liquids, gases and mixtures of liquids and gases reflect in part only a small portion of an electromagnetic radiation impinging on the fluid, a greater proportion of the electromagnetic radiation impinging on the fluid is transmitted by the fluid. Thus, only a small part of the electromagnetic radiation, which comprises spectral information about the medium, is reflected.

Ein Vorteil der Erfindung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche ist, dass spektrale Informationen sowohl von Festkörpern als auch von Fluiden mit einer hohen Signalstärke und somit mit einer hohen Genauigkeit und Zuverlässigkeit erfasst werden können. Dadurch kann die Zuverlässigkeit einer spektralen Analyse des Mediums erhöht werden und die Anwendungsmöglichkeiten der spektrometrische Messvorrichtung erweitert werden. Des Weiteren weist die spektrometrische Messvorrichtung eine verbesserte mechanische und messtechnische Robustheit auf.An advantage of the invention with the features of the independent claims is that spectral information of both solids and fluids can be detected with a high signal strength and thus with high accuracy and reliability. As a result, the reliability of a spectral analysis of the medium can be increased and the possible applications of the spectrometric measuring device can be expanded. Furthermore, the spectrometric measuring device has an improved mechanical and metrological robustness.

Dies wird erreicht mit einer spektrometrischen Messvorrichtung, welche zur Erfassung spektrometrischer Daten sowohl von Festkörpern als auch von Fluiden eingerichtet ist, umfassend eine Aufnahmevorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, ein zu untersuchendes Medium aufzunehmen. „Aufnehmen“ bedeutet hierbei, dass das Medium beispielsweise in der Aufnahmevorrichtung angeordnet werden kann oder in die Aufnahmevorrichtung eingebracht werden kann. Ein Miniaturspektrometer, welches zur Erfassung der spektrometrischen Daten des Mediums eingerichtet ist, umfasst eine Beleuchtungseinheit, welche dazu eingerichtet ist, das Medium mit einer elektromagnetischen Strahlung zu bestrahlen und einer Detektionseinheit, welche dazu eingerichtet ist, einen aus Richtung des Mediums kommenden Strahlungsanteil der elektromagnetischen Strahlung zu detektieren. Die spektrometrische Messvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Miniaturspektrometer an einer ersten Seite der Aufnahmevorrichtung angeordnet ist und dass an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Aufnahmevorrichtung eine Einkoppelstruktur angeordnet ist. Die Einkoppelstruktur ist dazu eingerichtet, zumindest einen Strahlungsanteil der von der Beleuchtungseinheit kommenden elektromagnetischen Strahlung in einen Lichtwellenleiter einzukoppeln, wobei der Lichtwellenleiter dazu eingerichtet ist, den Strahlungsanteil von der zweiten Seite zur Detektionseinheit zu leiten, wobei die Detektionseinheit auf der ersten Seite angeordnet ist. Ein Vorteil ist, dass selbst bei unerwünschten Änderungen der Messgeometrie, wobei die Messgeometrie eine Anordnung des Miniaturspektrometers relativ zur Einkoppelstruktur umfasst, noch zuverlässig spektrometrische Daten erfasst werden können. Die spektrometrische Messvorrichtung ist robust gegenüber Änderungen der Messgeometrie. Ein weiterer Vorteil ist, dass die spektrometrische Messvorrichtung eine reproduzierbare Messgeometrie bereitstellt. Insbesondere sind der Abstand zwischen Miniaturspektrometer und Einkoppelstruktur sowie eine Ausrichtung des Miniaturspektrometer und der Einkoppelstruktur relativ zueinander durch die spektrometrische Messvorrichtung vorgegeben. Somit können Messfehler, beispielsweise aufgrund einer fehlerhaften Ausrichtung des Miniaturspektrometers relativ zur Einkoppelstruktur, vermieden bzw. reduziert werden und dadurch die Zuverlässigkeit der erfassten spektrometrischen Daten erhöht werden. Dadurch kann es auch einem ungeübten oder ungeschulten Benutzer auf einfache Weise ermöglicht werden, eine zuverlässige, aussagekräftige spektrometrische Messung durchzuführen. Ein weiterer Vorteil ist, dass unerwünschte Messartefakte durch geschickte Wahl der Messgeometrie unterdrückt werden können. Messartefakte können beispielswiese dann entstehen, wenn das Spektrometer in einem für die Messung ungünstigen Winkel relativ zur Probe gehalten wird. Beispielsweise kann durch eine ungünstige Relativausrichtung zwischen Miniaturspektrometer und Probe nur ein geringer Anteil der zu detektierenden elektromagnetischen Strahlung in das Miniaturspektrometer eintreten, sodass ein großer Anteil des Signals verloren geht oder es wird hauptsächlich nur direkte Reflexion detektiert, welche keine Informationen über das Innere der Probe umfasst. Eine geschickte Messgeometrie zeichnet sich hier dadurch aus, dass viel diffuse elektromagnetische Strahlung aber möglichst keine direkte Reflexion in das Miniaturspektrometer gelangt.This is achieved with a spectrometric measuring device, which is set up for the detection of spectrometric data of both solids and fluids, comprising a recording device, which is adapted to receive a medium to be examined. "Recording" here means that the medium can be arranged for example in the receiving device or can be introduced into the receiving device. A miniature spectrometer, which is set up for detecting the spectrometric data of the medium, comprises a lighting unit which is adapted to irradiate the medium with electromagnetic radiation and a detection unit which is adapted to receive a radiation portion of the electromagnetic radiation coming from the direction of the medium to detect. The spectrometric measuring device is characterized in that the miniature spectrometer is arranged on a first side of the receiving device and that a coupling-in structure is arranged on a second side of the receiving device opposite the first side. The coupling-in structure is set up to couple at least one radiation component of the electromagnetic radiation coming from the illumination unit into an optical waveguide, wherein the optical waveguide is set up to guide the radiation component from the second side to the detection unit, wherein the detection unit is arranged on the first side. One advantage is that even with unwanted changes in the measurement geometry, the measurement geometry comprising an arrangement of the miniature spectrometer relative to the coupling-in structure, spectrometric data can still be detected reliably. The spectrometric measuring device is robust Changes to the measuring geometry. Another advantage is that the spectrometric measuring device provides a reproducible measuring geometry. In particular, the distance between the miniature spectrometer and the coupling-in structure and an alignment of the miniature spectrometer and the coupling-in structure relative to one another are predetermined by the spectrometric measuring device. Thus, measurement errors, for example due to a misalignment of the miniature spectrometer relative to the coupling structure, can be avoided or reduced and thereby the reliability of the acquired spectrometric data can be increased. As a result, even an untrained or untrained user can be easily enabled to perform a reliable, meaningful spectrometric measurement. Another advantage is that unwanted measurement artifacts can be suppressed by skillful choice of measurement geometry. For example, measurement artifacts can arise when the spectrometer is held at an angle that is unfavorable to the measurement relative to the sample. For example, due to an unfavorable relative alignment between the miniature spectrometer and the sample, only a small proportion of the electromagnetic radiation to be detected can enter the miniature spectrometer, so that a large portion of the signal is lost, or mainly only direct reflection is detected which does not include any information about the interior of the sample , A clever measuring geometry is characterized by the fact that much diffuse electromagnetic radiation but as far as possible no direct reflection reaches the miniature spectrometer.

In einer Ausführungsform umfasst die Aufnahmevorrichtung eine Haltestruktur mit einer Öffnung. Ein Vorteil ist, dass die Haltestruktur einen Bereich definiert, in welchem das Medium zur Erfassung der spektrometrischen Daten des Mediums angeordnet werden kann. Die Haltestruktur kann beispielsweise eine kreisförmige Öffnung umschließen. Beispielsweise kann die Haltestruktur ringförmig ausgebildet sein. Alternativ oder ergänzend kann die Öffnung rechteckig, mehreckig, etc. ausgebildet sein oder eine beliebige Form aufweisen. Vorteilhafterweise kann beispielsweise ein Gefäß, in welchem das Medium angeordnet ist, in die Öffnung eingebracht werden. Die Haltestruktur kann das Gefäß und somit das Medium im Strahlengang zwischen dem Miniaturspektrometer und der Einkoppelstruktur halten. Ein weiterer Vorteil ist, dass ein einfaches Einbringen des Mediums in die spektrometrische Messvorrichtung und ein einfaches Herausnehmen des Mediums aus der spektrometrischen Messvorrichtung durch den Benutzer ermöglicht werden kann.In one embodiment, the receiving device comprises a holding structure with an opening. One advantage is that the support structure defines a region in which the medium can be arranged to acquire the spectrometric data of the medium. The holding structure may, for example, enclose a circular opening. For example, the holding structure may be annular. Alternatively or additionally, the opening can be rectangular, polygonal, etc., or have any desired shape. Advantageously, for example, a vessel in which the medium is arranged, are introduced into the opening. The holding structure can hold the vessel and thus the medium in the beam path between the miniature spectrometer and the coupling structure. A further advantage is that a simple introduction of the medium into the spectrometric measuring device and a simple removal of the medium from the spectrometric measuring device by the user can be made possible.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die spektrometrische Messvorrichtung das Miniaturspektrometer und das Miniaturspektrometer kann in die Haltestruktur integriert sein. Ein Vorteil ist, dass das Miniaturspektrometer zuverlässig in einem bekannten Abstand und in einer bekannten Ausrichtung relativ zur Einkoppelstruktur gehalten werden kann, sodass beispielsweise Anwendungsfehler durch einen Benutzer, wie beispielsweise Aufsetzen des Miniaturspektrometers an einer für die Erfassung der spektrometrischen Daten ungeeigneten Position, reduziert werden können.According to another embodiment, the spectrometric measuring device comprises the miniature spectrometer and the miniature spectrometer may be integrated in the holding structure. One advantage is that the miniature spectrometer can be reliably maintained at a known spacing and orientation relative to the launching structure so that, for example, user application errors such as placement of the miniature spectrometer at a position unsuitable for detection of the spectrometric data can be reduced ,

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Aufnahmevorrichtung eine Positioniereinrichtung aufweisen. Beispielsweise kann die Haltestruktur die Positioniereinrichtung aufweisen. Die Positioniereinrichtung ist dazu eingerichtet, das Miniaturspektrometer an der ersten Seite der Aufnahmevorrichtung zu positionieren und den Lichtwellenleiter mit der Detektionseinheit derart zu verbinden, dass der im Lichtwellenleiter geführte Strahlungsanteil der elektromagnetischen Strahlung in die Detektionseinheit geführt wird. Vorteilhafterweise können somit Anwendungsfehler durch einen Benutzer, wie beispielsweise das Aufsetzen des Miniaturspektrometers an einer für die Erfassung der spektrometrischen Daten ungeeigneten Position, reduziert bzw. vermieden werden. Beispielsweise kann das Miniaturspektrometer als mobiles Endgerät ausgeführt sein, welches an der ersten Seite der spektrometrischen Messvorrichtung aufgesetzt werden kann. Die Positioniereinrichtung kann beispielsweise eine Markierung, eine Vertiefung, einen Vorsprung, etc. oder eine Kombination davon umfassen, die dem Benutzer das Anordnen des Miniaturspektrometers erleichtern kann. Die Positioniereinrichtung kann des Weiteren dazu eingerichtet sein, dass Miniaturspektrometer an der Aufnahmevorrichtung zu befestigen. Ein Vorteil ist, dass somit während der Messung ein Verändern der Position des Miniaturspektrometers relativ zur Einkoppelstruktur vermieden werden kann und somit die Zuverlässigkeit der Messergebnisse erhöht werden kann.According to a further embodiment, the receiving device may have a positioning device. For example, the holding structure may comprise the positioning device. The positioning device is set up to position the miniature spectrometer on the first side of the recording device and to connect the optical waveguide to the detection unit such that the radiation fraction of the electromagnetic radiation guided in the optical waveguide is guided into the detection unit. Advantageously, therefore, application errors by a user, such as the placement of the miniature spectrometer at a position unsuitable for the detection of the spectrometric data, can be reduced or avoided. For example, the miniature spectrometer can be designed as a mobile terminal, which can be placed on the first side of the spectrometric measuring device. The positioning device may include, for example, a marker, a recess, a projection, etc., or a combination thereof that may facilitate the user's placement of the miniature spectrometer. The positioning device can furthermore be set up to fasten the miniature spectrometer to the receiving device. One advantage is that a change in the position of the miniature spectrometer relative to the coupling-in structure can thus be avoided during the measurement, and thus the reliability of the measurement results can be increased.

In einer Ausführungsform umfasst das Medium ein Fluid in einem Gefäß oder einen Festkörper in einem Gefäß, wobei die Öffnung dazu eingerichtet ist, das Gefäß im Strahlengang des Miniaturspektrometers zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite aufzunehmen. Festkörper können beispielsweise Pulver, Granulate, etc. oder Mischungen derselben umfassen. Fluide können beispielsweise Flüssigkeiten, Gase, etc. oder Mischungen derselben umfassen. Des Weiteren kann das Medium eine Mischung von Festkörpern und Fluiden umfassen. Ein Vorteil ist, dass das Gefäß ein einfaches Einbringen und Herausnehmen des Mediums in bzw. aus der Aufnahmevorrichtung ermöglicht. Des Weiteren kann somit verhindert werden, dass die spektrometrische Messvorrichtung und das Medium in direkten Kontakt miteinander kommen und ein Verschmutzen der spektrometrischen Messvorrichtung vermieden werden. In one embodiment, the medium comprises a fluid in a vessel or a solid in a vessel, wherein the opening is adapted to receive the vessel in the beam path of the miniature spectrometer between the first side and the second side. Solid bodies may include, for example, powders, granules, etc., or mixtures thereof. Fluids may include, for example, liquids, gases, etc., or mixtures thereof. Furthermore, the medium may comprise a mixture of solids and fluids. One advantage is that the vessel allows easy insertion and removal of the medium into or out of the receiving device. Furthermore, it can thus be prevented that the spectrometric measuring device and the medium come into direct contact with each other and fouling of the spectrometric measuring device can be avoided.

Dadurch können mehrere Messungen verschiedener Medien mit einer hohen Zuverlässigkeit ohne gegenseitige Beeinflussung nacheinander ausgeführt werden. As a result, multiple measurements of different media can be performed one after the other with high reliability without mutual interference.

Eine Abmessung der Öffnung kann in einer Ausführungsform anpassbar sein. Die Abmessung kann beispielsweise einen Durchmesser, einen Umfang, eine Länge, eine Höhe, eine Breite, etc. der Öffnung umfassen. Beispielsweise kann eine der Öffnung zugewandte Fläche der Haltestruktur zumindest abschnittsweise mit einem flexiblen und/oder elastischen Material bedeckt sein. Dabei wird darauf geachtet, dass der optische Strahlweg justiert bleibt.A dimension of the opening may be adaptable in one embodiment. The dimension may include, for example, a diameter, a circumference, a length, a height, a width, etc. of the opening. For example, a surface of the holding structure facing the opening may be covered at least in sections with a flexible and / or elastic material. Care is taken to ensure that the optical beam path remains adjusted.

Alternativ oder ergänzend kann auf der der Öffnung zugewandten Innenfläche der Haltestruktur zumindest abschnittsweise eine lamellenartige Struktur angeordnet sein, wobei die Abmessung der Öffnung von einer Einstellung der lamellenartigen Struktur abhängt. Eine lamellenartige Struktur kann beispielsweise mindestens ein erstes bewegliches Lamellenelement umfassen, wobei ein erster Bereich des beweglichen Lamellenelements fest mit der Haltestruktur verbunden ist und ein zweiter Bereich des beweglichen Lamellenelements einen verstellbaren Winkel zur Haltestruktur aufweist. Durch Verändern des verstellbaren Winkels kann die Öffnung verkleinert oder vergrößert werden. Ein Vorteil ist, dass somit die Öffnung an das Medium bzw. an das Gefäß, in welchem das Medium angeordnet ist, angepasst werden kann, sodass das Medium bzw. das Gefäß sicher und fest im Strahlengang zwischen dem Miniaturspektrometer und der Einkoppelstruktur gehalten werden kann.Alternatively or additionally, a lamellar structure may be arranged at least in sections on the inner surface of the holding structure facing the opening, wherein the dimension of the opening depends on an adjustment of the lamellar structure. For example, a lamellar structure may include at least a first movable fin element, wherein a first region of the movable fin element is fixedly connected to the support structure and a second region of the movable fin element has an adjustable angle to the support structure. By varying the adjustable angle, the opening can be made smaller or larger. An advantage is that thus the opening to the medium or to the vessel in which the medium is arranged, can be adjusted so that the medium or the vessel can be held securely and firmly in the beam path between the miniature spectrometer and the coupling structure.

Die Einstellung der lamellenartigen Struktur kann beispielsweise mittels Schrittmotoren erfolgen, welche von der spektrometrischen Messvorrichtung umfasst werden. Beispielsweise kann der Schrittmotor den verstellbaren Winkel einstellen. Ein Vorteil ist, dass die Abmessung der Öffnung an das Medium bzw. an das Gefäß angepasst werden kann.The setting of the lamellar structure can be carried out, for example, by means of stepper motors, which are covered by the spectrometric measuring device. For example, the stepper motor can adjust the adjustable angle. One advantage is that the dimension of the opening can be adapted to the medium or to the vessel.

In einer Ausführungsform können die Einkoppelstruktur und der Lichtwellenleiter in die Haltestruktur integriert sein. D.h., die Einkoppelstruktur und/oder der Lichtwellenleiter können zumindest teilweise oder vollständig in die Haltestruktur eingebettet sein oder an der Haltestruktur angeordnet sein. Ein Vorteil ist, dass die spektrometrische Messvorrichtung somit einen kompakten Aufbau und eine mechanische und messtechnische Robustheit aufweist.In one embodiment, the coupling-in structure and the optical waveguide can be integrated into the holding structure. In other words, the coupling-in structure and / or the optical waveguides can be at least partially or completely embedded in the holding structure or arranged on the holding structure. One advantage is that the spectrometric measuring device thus has a compact construction and a mechanical and metrological robustness.

Im Strahlengang zwischen der Beleuchtungseinheit und der Aufnahmevorrichtung kann in einer Ausführungsform ein Diffusor angeordnet oder anordenbar sein. Der Diffusor kann eine näherungsweise homogene Ausleuchtung des Mediums ermöglichen. Beispielsweise kann hierfür ein gerichteter Diffusor verwendet werden. Ein Vorteil ist, dass somit die Zuverlässigkeit der spektrometrischen Daten erhöht werden kann. Alternativ oder ergänzend kann eine über einen breiten Winkelbereich abstrahlende Lichtquelle, welche von der Beleuchtungseinheit umfasst wird, zur Bestrahlung des Mediums verwendet werden.In one embodiment, a diffuser can be arranged or arranged in the beam path between the illumination unit and the receiving device. The diffuser can allow an approximately homogeneous illumination of the medium. For example, a directional diffuser can be used for this purpose. An advantage is that thus the reliability of the spectrometric data can be increased. Alternatively or additionally, a light source which radiates over a broad angular range and which is encompassed by the illumination unit can be used to irradiate the medium.

Ein spektrales Element kann in einer Ausführungsform im Strahlengang zwischen der Beleuchtungseinheit und der Aufnahmevorrichtung angeordnet oder anordenbar sein und/oder von der Detektionseinheit umfasst werden. Das spektrale Element ermöglicht eine wellenlängenselektive Messung des Strahlungsanteils.In one embodiment, a spectral element can be arranged or arrangeable in the beam path between the illumination unit and the recording device and / or can be encompassed by the detection unit. The spectral element enables a wavelength-selective measurement of the radiation component.

Ein Verfahren zur Analyse des Mediums, wobei das Medium sowohl ein Festkörper als auch eine Flüssigkeit sein kann, unter Verwendung der spektrometrischen Messvorrichtung, umfasst die Schritte:

• Anordnen des Mediums in der Aufnahmevorrichtung der spektrometrischen Messvorrichtung,
• Bestrahlen des Mediums mit der elektromagnetischen Strahlung,
• Detektieren des aus Richtung des Mediums kommenden Strahlungsanteils und
• spektrale Auswertung des aus Richtung des Mediums kommenden Strahlungsanteils zur Analyse des Mediums.

Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Strahlungsanteil nach einem Durchlaufen des Mediums in den Lichtwellenleiter einkoppelt und zum Detektieren in die Detektionseinheit geführt wird. Ein Vorteil ist, dass mit diesem Verfahren sowohl Festkörper als auch Fluide spektrometrisch untersucht werden können. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Analyse des Mediums nur in geringem Maße von der Messgeometrie abhängt und somit die Analyse des Mediums mit einer hohen Zuverlässigkeit erfolgen kann.A method of analyzing the medium, wherein the medium may be both a solid and a liquid, using the spectrometric measuring device, comprises the steps of:

Arranging the medium in the receiving device of the spectrometric measuring device,
Irradiating the medium with the electromagnetic radiation,
• Detecting the coming from the direction of the medium radiation component and
• Spectral evaluation of the radiation component coming from the direction of the medium for analysis of the medium.

The method is characterized in that the radiation component is coupled into the optical waveguide after passing through the medium and guided into the detection unit for detection. An advantage is that with this method both solids and fluids can be examined spectrometrically. Another advantage is that the analysis of the medium depends only to a small extent on the measuring geometry and thus the analysis of the medium can be carried out with a high reliability.

In einer Ausführungsform kann im Schritt des Anordnens des Mediums in der Aufnahmevorrichtung die Abmessung der Öffnung eingestellt werden, wobei die Einstellung in Abhängigkeit von einer Abmessung des Mediums bzw. des Gefäßes erfolgt. Ein Vorteil ist, dass somit das Medium für die Messung sicher und fest in der Öffnung angeordnet werden kann.In one embodiment, in the step of disposing the medium in the receptacle, the dimension of the opening may be adjusted, the adjustment depending on a dimension of the medium or the vessel. One advantage is that thus the medium for the measurement can be arranged securely and firmly in the opening.

Figurenlistelist of figures

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. Same Reference numerals in the figures designate the same or equivalent elements.

Es zeigen

1 eine Aufsicht einer spektrometrischen Messvorrichtung in einem Querschnitt gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 eine Seitenansicht einer spektrometrischen Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, welche an einem Gefäß, in welchem ein Medium eingebracht ist, angeordnet ist,
3 einen Ausschnitt einer Aufsicht auf eine spektrometrische Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, an der ein mobiles Endgerät angeordnet ist,
4 einen Ausschnitt eine Aufsicht auf eine spektrometrische Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, welche ein Miniaturspektrometer umfasst,
5 einen Ausschnitt einer Aufsicht auf eine spektrometrische Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei in einer Öffnung eine Haltestruktur eine lamellenartige Struktur angeordnet ist,
6 eine Aufsicht einer spektrometrischen Messvorrichtung in einem Querschnitt gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei ein Diffusor im Strahlengang angeordnet ist,
7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Analyse eines Mediums gemäß einem Ausführungsbeispiel und
8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Analyse eines Mediums gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Show it

1 a top view of a spectrometric measuring device in a cross section according to an embodiment,
2 1 is a side view of a spectrometric measuring device according to an embodiment, which is arranged on a vessel in which a medium is introduced,
3 4 a detail of a plan view of a spectrometric measuring device according to an embodiment on which a mobile terminal is arranged,
4 4 is a detail of a plan view of a spectrometric measuring device according to an embodiment comprising a miniature spectrometer,
5 4 a section of a plan view of a spectrometric measuring device according to an embodiment, wherein a holding structure of a lamellar structure is arranged in an opening,
6 a plan view of a spectrometric measuring device in a cross section according to an embodiment, wherein a diffuser is arranged in the beam path,
7 a flowchart of a method for analyzing a medium according to an embodiment and
8th a flowchart of a method for analyzing a medium according to another embodiment.

Ausführungsbeispiele der ErfindungEmbodiments of the invention

In 1 ist eine Aufsicht auf eine spektrometrische Messvorrichtung 100 in einem Querschnitt dargestellt. Die spektrometrische Messvorrichtung 100 ist zur Erfassung spektrometrischer Daten von Festkörpern und Fluiden eingerichtet. In 1 ist eine Aufnahmevorrichtung 102 dazu eingerichtet, ein zu untersuchendes Medium 104' aufzunehmen. Die Aufnahmevorrichtung 102 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel eine Haltestruktur 102' mit einer Öffnung 102". In der Öffnung 102" kann das Medium 104' oder ein Gefäß 104" angeordnet werden, in welchem das Medium 104' angeordnet ist. Unter einer Öffnung 102" kann beispielsweise eine Vertiefung in der Haltestruktur 102' oder ein durch die Haltestruktur 102' durchgehendes Loch verstanden werden. Beispielsweise kann das Medium 104' ein Pulver, ein Granulat, eine Flüssigkeit, ein Gas oder eine Mischform der zuvor genannten umfassen. Das Gefäß 104" kann beispielsweise eine Flasche, ein Reagenzglas oder ein anderes zur Aufnahme des Mediums 104' geeignetes Gefäß 104" sein. Es ist jedoch nicht erforderlich, dass das Medium 104' in einem Gefäß 104" angeordnet ist, die spektrometrische Messvorrichtung 100 kann beispielsweise in das Medium 104' zumindest teilweise eingetaucht oder eingebracht werden, sodass das Medium 104' in die Öffnung 102" gelangen kann. In 1 ist die Haltestruktur 102' im Bereich der Öffnung 102" ringförmig ausgebildet. Die Haltestruktur 102' kann beispielsweise aus einem für die von einer Beleuchtungseinheit 1010 kommende elektromagnetische Strahlung 1010' transparenten Material ausgebildet sein. Die Öffnung 102" weist hier einen kreisförmigen Querschnitt auf. Beispielsweise kann der Durchmesser der Öffnung im Bereich von 1 Zentimeter (cm) bis 15 cm liegen, wobei die Durchmesser von 1 cm und 15 cm inbegriffen sind, oder kleiner als 1 cm und/oder größer als 15 cm sein. Die Öffnung 102" ist nicht auf einen kreisförmigen Querschnitt beschränkt, sondern kann beispielsweise auch rechteckig, elliptisch oder andersartig geformt sein. Beispielsweise kann die Öffnung 102" an das für die Messung verwendete Gefäß 104" angepasst sein. Mögliche Abmessungen der Öffnung 102" liegen im Bereich von einigen Zentimetern. Die Öffnung 102" ist beispielsweise dazu eingerichtet Flaschen, Reagenzgläser, Küvetten, etc. aufzunehmen. Die Haltestruktur kann beispielsweise aus einem Kunststoff ausgebildet sein.In 1 is a plan view of a spectrometric measuring device 100 shown in a cross section. The spectrometric measuring device 100 is equipped to acquire spectrometric data of solids and fluids. In 1 is a cradle 102 to set up a medium to be examined 104 ' take. The cradle 102 includes in this embodiment a holding structure 102 ' with an opening 102 ' , In the opening 102 ' can the medium 104 ' or a vessel 104 ' be arranged, in which the medium 104 ' is arranged. Under an opening 102 ' For example, a depression in the support structure 102 ' or a through the support structure 102 ' through hole to be understood. For example, the medium 104 ' a powder, a granule, a liquid, a gas or a mixed form of the aforementioned. The container 104 ' For example, a bottle, a test tube or another for receiving the medium 104 ' suitable vessel 104 ' be. However, it is not required that the medium 104 ' in a vessel 104 ' is arranged, the spectrometric measuring device 100 For example, in the medium 104 ' at least partially submerged or introduced so that the medium 104 ' in the opening 102 ' can get. In 1 is the holding structure 102 ' in the area of the opening 102 ' ring-shaped. The holding structure 102 ' For example, it may be one for a lighting unit 1010 coming electromagnetic radiation 1010 ' be formed transparent material. The opening 102 ' here has a circular cross-section. For example, the diameter of the opening may range from 1 centimeter (cm) to 15 cm, including the diameters of 1 cm and 15 cm, or less than 1 cm and / or greater than 15 cm. The opening 102 ' is not limited to a circular cross-section, but may for example be rectangular, elliptical or otherwise shaped. For example, the opening 102 ' to the vessel used for the measurement 104 ' be adjusted. Possible dimensions of the opening 102 ' lie in the range of a few centimeters. The opening 102 ' For example, it is designed to hold bottles, test tubes, cuvettes, etc. The support structure may be formed, for example, of a plastic.

An einer ersten Seite 1021 der Aufnahmevorrichtung 102 ist ein Miniaturspektrometer 101 angeordnet. Das Miniaturspektrometer 101 ist ein Spektrometer, welches Abmessungen im Zentimeterbereich, insbesondere im Bereich von weniger als 10 cm und mehr als 1 cm oder darunter aufweist. Beispielsweise ist das Mikrospektrometer größer als 1 cm³ und kleiner als 1000 cm³. Alternativ oder ergänzend kann das Mikrospektrometer auch kleiner als 1 cm³ und größer als 0,01 cm³ sein. Alternativ oder ergänzend kann das Mikrospektrometer auch kleiner als 100 cm³ und größer als 0,01 cm³ sein. Das Miniaturspektrometer 101 ist dazu eingerichtet, Strahlungseigenschaften in Abhängigkeit der Wellenlänge des detektierten elektromagnetischen Strahlungsanteils 1011" zu messen. Das Miniaturspektrometer 101 umfasst eine Beleuchtungseinheit 1010, welche dazu eingerichtet ist, das Medium 104' mit der elektromagnetischen Strahlung 1010' zu bestrahlen. Des Weiteren umfasst das Miniaturspektrometer 101 eine Detektionseinheit 1011, welche dazu eingerichtet ist den aus Richtung des Mediums kommenden Strahlungsanteil 1011" der elektromagnetischen Strahlung 1010' zu detektieren. Die Beleuchtungseinheit 1010 und die Detektionseinheit 1011 können beispielsweise in einem Gehäuse angeordnet sein. Das Miniaturspektrometer 101 ist in 1 auf einer von der Öffnung 102" abgewandten Außenfläche 1023 der Haltestruktur 102' angeordnet. Das Miniaturspektrometer 101 kann hierbei fest in die Haltestruktur 102' integriert sein und somit von der spektrometrischen Messvorrichtung 100 umfasst sein. Alternativ oder ergänzend kann das Miniaturspektrometer 101 auf die Haltestruktur 102' aufgesetzt oder abnehmbar an der Haltestruktur 102' angeordnet sein. Die Beleuchtungseinheit 1010 kann eine Lichtquelle umfassen. Die Lichtquelle kann beispielsweise eine Glühlampe, ein thermischer Emitter, ein Laser, eine oder mehrere Leuchtdioden (LED), LEDs mit Phosphorbeschichtung, Plasmastrahlungsquellen, etc. umfassen. Die Beleuchtungseinheit 1010 und/oder die Detektionseinheit 1011 können ein spektrales Element umfassen. Das spektrale Element kann beispielsweise ein Fabry-Pérot Interferometer, ein Gitterspektrometer, ein Transmissionsfilter ein statisches oder bewegliches Fourier- Transformationsspektrometer oder einen anderen wellenlängenselektiven Filter umfassen. Die Detektionseinheit 1011 kann ein Detektorelement oder ein Detektorarray, welches mehrere Detektorelemente umfasst, umfassen. Als Detektorelement kann ein Strahlungssensor beispielsweise basierend auf Silizium (Si), Germanium (Ge), Germanium auf Silizium, Indium-Gallium-Arsenid (InGaAs), Bleiselenit (PbSe) verwendet werden. Als Strahlungssensoren eignen sich beispielsweise auch Fotodioden oder Bolometer. Strahlungssensoren können in Abhängigkeit einer Eigenschaft der auf den Strahlungssensor auftreffenden elektromagnetischen Strahlung ein elektrisches Signal ausgeben, welches ein Maß für die Strahlungseigenschaft ist. Strahlungssensoren können beispielsweise eine Intensität oder eine Energieflussdichte des Strahlungsanteils 1011" messen.On a first page 1021 the cradle 102 is a miniature spectrometer 101 arranged. The miniature spectrometer 101 is a spectrometer which has dimensions in the centimeter range, in particular in the range of less than 10 cm and more than 1 cm or less. For example, the microspectrometer is greater than 1 cm ³ and less than 1000 cm ³ . Alternatively or additionally, the microspectrometer may also be smaller than 1 cm ³ and larger than 0.01 cm ³ . Alternatively or additionally, the microspectrometer may also be smaller than 100 cm ³ and larger than 0.01 cm ³ . The miniature spectrometer 101 is adapted to radiation properties as a function of the wavelength of the detected electromagnetic radiation component 1011 " to eat. The miniature spectrometer 101 includes a lighting unit 1010 which is adapted to the medium 104 ' with the electromagnetic radiation 1010 ' to irradiate. Furthermore, the miniature spectrometer includes 101 a detection unit 1011 , which is adapted to the coming from the direction of the medium radiation component 1011 " the electromagnetic radiation 1010 ' to detect. The lighting unit 1010 and the detection unit 1011 can be arranged for example in a housing. The miniature spectrometer 101 is in 1 on one of the opening 102 ' remote outer surface 1023 the holding structure 102 ' arranged. The miniature spectrometer 101 can firmly in the holding structure 102 ' be integrated and thus by the spectrometric measuring device 100 includes his. Alternatively or additionally, the miniature spectrometer 101 on the support structure 102 ' fitted or removable on the support structure 102 ' be arranged. The lighting unit 1010 may include a light source. The light source may comprise, for example, an incandescent lamp, a thermal emitter, a laser, one or more light-emitting diodes (LEDs), LEDs with phosphor coating, plasma radiation sources, etc. The lighting unit 1010 and / or the detection unit 1011 may include a spectral element. The spectral element may include, for example, a Fabry-Pérot interferometer, a grating spectrometer, a transmission filter, a static or moving Fourier transform spectrometer, or another wavelength-selective filter. The detection unit 1011 For example, a detector element or a detector array comprising a plurality of detector elements can comprise. As a detector element, a radiation sensor, for example based on silicon (Si), germanium (Ge), germanium on silicon, indium gallium arsenide (InGaAs), lead selenite (PbSe) can be used. Suitable radiation sensors are, for example, photodiodes or bolometers. Radiation sensors may output an electrical signal depending on a property of the electromagnetic radiation impinging on the radiation sensor, which is a measure of the radiation property. Radiation sensors can, for example, an intensity or an energy flux density of the radiation component 1011 " measure up.

An einer der ersten Seite 1021 gegenüberliegenden zweiten Seite 1022 der Aufnahmevorrichtung 102 ist eine Einkoppelstruktur 1030 angeordnet. Die Einkoppelstruktur 1030 ist dazu eingerichtet, zumindest einen Teil (1011") der von der Beleuchtungseinheit 1010 kommenden elektromagnetischen Strahlung 1010' in einen Lichtwellenleiter 1031 einzukoppeln. Der Lichtwellenleiter 1031 ist dazu eingerichtet den eingekoppelten Strahlungsanteil 1011" von der zweiten Seite 1022 zur Detektionseinheit 1011 auf der ersten Seite 1021 zu leiten. In 1 ist der Lichtwellenleiter 1031 auf der Außenfläche 1023 der Haltestruktur 102' angeordnet. Alternativ oder ergänzend kann der Lichtwellenleiter 1031 zumindest teilweise oder vollständig in die Haltestruktur 102' eingebettet sein oder an einer der Öffnung 102" zugewandten Innenfläche 1024 der Haltestruktur 102' angeordnet sein. Der Lichtwellenleiter 1031 ist derart mit der Detektionseinheit 1011 verbunden, dass der im Lichtwellenleiter 1031 geführte Strahlungsanteil 1011" in die Detektionseinheit geführt werden kann und dort detektiert werden kann. Beispielsweise kann ein Multimoden-Lichtwellenleiter als Lichtwellenleiter 1031 verwendet werden, dessen Durchmesser beispielsweise von einschließlich 50 bis einschließlich 1000 µm betragen kann oder größer als 1000 µm sein kann. Alterantiv oder ergänzend kann auch ein Bündel mehrerer Lichtwellenleiter als Lichtwelleneleiter 1031 verwendet werden. Der Lichtwellenleiter 1031 kann beispielsweise aus Glas, dotiertem Glas, Kunststoffen wie Polymer ausgebildet sein. Beispielsweise kann auch ein Hohlleiter als Lichtwellenleiter 1031 verwendet werden. Die Einkopplung in die Detektionseinheit erfolgt beispielsweise mit einem fokussierenden Element zwischen Lichtwellenleiter 1031 und Detektionseinheit (z.B. Kollimationslinse oder eine direkt auf die Faser aufgeprägte Optik).On one of the first page 1021 opposite second side 1022 the cradle 102 is a coupling structure 1030 arranged. The coupling structure 1030 is set up to cover at least a part ( 1011 " ) of the lighting unit 1010 coming electromagnetic radiation 1010 ' in an optical fiber 1031 couple. The optical fiber 1031 is set up the injected radiation component 1011 " from the second page 1022 to the detection unit 1011 on the first page 1021 to lead. In 1 is the fiber optic cable 1031 on the outside surface 1023 the holding structure 102 ' arranged. Alternatively or additionally, the optical waveguide 1031 at least partially or completely in the support structure 102 ' be embedded or at one of the opening 102 ' facing inner surface 1024 the holding structure 102 ' be arranged. The optical fiber 1031 is so with the detection unit 1011 connected to that in the optical fiber 1031 guided radiation component 1011 " can be performed in the detection unit and can be detected there. For example, a multi-mode optical waveguide as an optical waveguide 1031 may be used, the diameter of which may be, for example, including 50 to 1000 microns inclusive or may be greater than 1000 microns. Alternatively or in addition, a bundle of several optical waveguides can also be used as optical waveguides 1031 be used. The optical fiber 1031 may be formed, for example, glass, doped glass, plastics such as polymer. For example, a waveguide as optical waveguide 1031 be used. The coupling into the detection unit takes place, for example, with a focusing element between optical waveguides 1031 and detection unit (eg collimating lens or optics imprinted directly on the fiber).

Das Medium 104' ist im Strahlengang des Miniaturspektrometers 101 zwischen der ersten Seite 1021 und der zweiten Seite 1022 angeordnet. Unter dem Strahlengang des Miniaturspektrometer das 101 wird der geometrische Verlauf der elektromagnetischen Strahlung 1010', 1011" von der Beleuchtungseinheit 1010 zur Einkoppelstruktur 1030 und von der Einkoppelstruktur 1030 zur Detektionseinheit 1011 verstanden. Die Länge eines Weges der elektromagnetischen Strahlung 1010' durch das Medium 104' kann durch Wahl eines Durchmessers der Öffnung 102"und/oder durch die Wahl einer Abmessung des Gefäßes 104" und damit einer Dicke des zu durchdringenden Mediums 104' eingestellt werden. In einem Ausführungsbeispiel weisen das Material, aus dem die Haltestruktur 102' ausgebildet ist und das Material, aus dem das Gefäß 104"ausgebildet ist, einen ähnlichen Brechungsindex auf. Dadurch können vorteilhafterweise Strahlungsverluste an der Grenzfläche zwischen Haltestruktur 102' und Gefäß 104" reduziert oder vermieden werden. Des Weiteren kann die von der Beleuchtungseinheit 1010 kommende elektromagnetische Strahlung 1010' an die Form des Gefäßes 104" zur Vermeidung von Strahlungsverlusten angepasst werden. Dies kann beispielsweise durch geschickt gewählte Materialien und flexible optische Komponenten erreicht werden. Unter geschickt gewählten Materialien können beispielsweise luftfrei abschließende transparente und elastische Materialien verstanden werden. Flexible optische Komponenten sind beispielsweise motorisiert einstellbar oder elektrisch einstellbare Komponenten, wie beispielsweise Mikrospiegel, mittels derer eine Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Strahlung 1010', 1011" angepasst werden kann. Ein weiteres Beispiel für flexible optische Komponenten sind beispielsweise diffraktive optische ElementeThe medium 104 ' is in the beam path of the miniature spectrometer 101 between the first page 1021 and the second page 1022 arranged. Under the beam path of the miniature spectrometer the 101 becomes the geometrical course of the electromagnetic radiation 1010 ' . 1011 " from the lighting unit 1010 to the coupling structure 1030 and from the coupling structure 1030 to the detection unit 1011 Understood. The length of a path of electromagnetic radiation 1010 ' through the medium 104 ' can by selecting a diameter of the opening 102 "and / or by the choice of a dimension of the vessel 104 ' and thus a thickness of the medium to be penetrated 104 ' be set. In one embodiment, the material from which the support structure 102 ' is formed and the material from which the vessel 104 ' is designed to have a similar refractive index. This can advantageously radiation losses at the interface between the support structure 102 ' and vessel 104 ' be reduced or avoided. Furthermore, that of the lighting unit 1010 coming electromagnetic radiation 1010 ' to the shape of the vessel 104 ' be adapted to avoid radiation losses. This can be achieved, for example, by skillfully selected materials and flexible optical components. By skillfully selected materials, for example, air-free transparent and elastic materials can be understood. Flexible optical components are, for example, motorized adjustable or electrically adjustable components, such as micromirrors, by means of which a propagation direction of the electromagnetic radiation 1010 ' . 1011 " can be adjusted. Another example of flexible optical components are, for example, diffractive optical elements

In 2 ist eine Seitenansicht der spektrometrischen Messvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei die spektrometrische Messvorrichtung 100 an dem Gefäß 104" angeordnet ist. Das Gefäß 104" ist in die Öffnung 102" der Haltestruktur 102' eingebracht. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Gefäß 104" als Flasche ausgeführt, in der das Medium 104' angeordnet ist. Je nach Größe des Gefäßes 104" kann die spektrometrische Messvorrichtung 100 beispielsweise auch am Flaschenhals angeordnet werden. Der Lichtwellenleiter 1031 ist hierbei auf der Außenfläche 1023 der Haltestruktur 102' angeordnet.In 2 is a side view of the spectrometric measuring device 100 according to an embodiment, wherein the spectrometric measuring device 100 on the vessel 104 ' is arranged. The container 104 ' is in the opening 102 ' the holding structure 102 ' brought in. In this embodiment, the vessel 104 ' executed as a bottle in which the medium 104 ' is arranged. Depending on the size of the vessel 104 ' can the spectrometric measuring device 100 for example, be arranged on the bottleneck. The optical fiber 1031 is here on the outer surface 1023 the holding structure 102 ' arranged.

Das Miniaturspektrometer 101 kann fest an der Haltestruktur 102' angeordnet sein oder als eigenständiges Gerät ausgebildet sein, welches an der Haltestruktur 102' anordenbar oder befestigbar ist. Alternativ oder ergänzend kann das Miniaturspektrometer 101 in ein mobiles Endgerät 108, die beispielsweise ein Smartphone, ein Spektrometerstick oder ein Handspektrometer, integriert sein, welches sich passgenau in die spektrometrische Messvorrichtung 100 einstecken lässt und/oder welches an einer vorgegebenen Position der Haltestruktur 102' anordenbar ist. In 3 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, in welchem das mobile Endgerät 108, welches das Miniaturspektrometer 101 umfasst, mittels einer Positioniereinrichtung 107 an einer vorgegebenen Position der Haltestruktur 102' angeordnet werden kann. Die Haltestruktur 102' weist in 3 einen Vorsprung 107' auf, an welchem das mobile Endgerät 108 angeordnet werden kann, sodass das Miniaturspektrometer 101 an der vorgegebenen Position, hier der ersten Seite 1021 der Haltestruktur 102', positioniert werden kann. Die vorgegebene Position ist derart gewählt, dass der Strahlungsanteil 1011" mittels der Einkoppelstruktur 1030 in den Lichtwellenleiter 1031 eingekoppelt werden kann.The miniature spectrometer 101 Can be fixed to the support structure 102 ' be arranged or be designed as a standalone device which on the support structure 102 ' can be arranged or fastened. Alternatively or additionally, the miniature spectrometer 101 in a mobile device 108 , for example, be a smartphone, a spectrometer or a handheld spectrometer, integrated, which fits perfectly into the spectrometric measuring device 100 can insert and / or which at a predetermined position of the support structure 102 ' can be arranged. In 3 an embodiment is shown in which the mobile terminal 108 which is the miniature spectrometer 101 comprises, by means of a positioning device 107 at a predetermined position of the support structure 102 ' can be arranged. The holding structure 102 ' points in 3 a lead 107 ' on which the mobile terminal 108 can be arranged so that the miniature spectrometer 101 at the given position, here the first page 1021 the holding structure 102 ' , can be positioned. The predetermined position is chosen such that the radiation component 1011 " by means of the coupling-in structure 1030 in the optical fiber 1031 can be coupled.

In 4 ist die Positioniereinrichtung 107 als Vertiefung in der Haltestruktur 102' ausgebildet. Das Miniaturspektrometer 101 bzw. das mobile Endgerät 108, welches das Miniaturspektrometer 101 umfasst, kann passgenau in der Vertiefung 107" angeordnet werden und lässt sich somit an einer vorgegebenen Position der Haltestruktur 102' anordnen. Dadurch kann ein Verrutschen des Miniaturspektrometers 101 vermieden werden. Das Miniaturspektrometer 101 kann auch fest mit der Haltestruktur 102' verbunden werden, wobei es beispielsweise bei der Herstellung in die Vertiefung 107" eingesteckt und mit der Haltestruktur 102' verbunden wird.In 4 is the positioning device 107 as a recess in the support structure 102 ' educated. The miniature spectrometer 101 or the mobile device 108 which is the miniature spectrometer 101 includes, can fit in the recess 107 ' can be arranged and thus can be at a predetermined position of the support structure 102 ' Arrange. This may cause slippage of the miniature spectrometer 101 be avoided. The miniature spectrometer 101 can also be firm with the support structure 102 ' connected, for example, in the production in the depression 107 ' plugged in and with the support structure 102 ' is connected.

Das mobile Endgerät 108 kann eine Recheneinheit, welche zur Verarbeitung von Signalen oder Daten eingerichtet ist, eine Speichereinheit, welche zum Speichern von Signalen oder Daten eingerichtet, eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen und/oder Ausgeben von Daten und eine Anzeigeeinheit, welche dazu eingerichtet ist Informationen und/oder Messergebnisse anzuzeigen, umfassen. Die Recheneinheit kann beispielsweise einen Prozessor oder einen Mikrocontroller umfassen. Die Kommunikationsschnittstelle kann dazu ausgebildet sein Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben. Beispielsweise kann das mobile Endgerät 108 ein Smartphone sein, in dessen Speichereinheit eine Software-Applikation (App) gespeichert werden kann oder wobei die App herunterladbar oder online verfügbar sein kann. Die App kann zur Durchführung einer Messung mittels der spektrometrischen Messvorrichtung 100 eingerichtet sein. Die Messergebnisse bzw. Ergebnisse einer spektrometrischen Auswertung der Messergebnisse können beispielsweise über eine Anzeigeeinheit des mobilen Endgeräts 108 an den Benutzer ausgegeben werden. Mögliche Anzeigeeinheiten sind beispielsweise Displays oder Lautsprecher mittels derer optische, haptische oder akustische Ausgaben erfolgen können.The mobile device 108 For example, a computing unit configured to process signals or data, a memory unit configured to store signals or data, a communication interface to read and / or output data, and a display unit configured to display information and / or measurement results , include. The arithmetic unit may include, for example, a processor or a microcontroller. The communication interface can be designed to read in or output data wirelessly and / or by line. For example, the mobile terminal 108 be a smartphone in the storage unit, a software application (app) can be stored or the app can be downloaded or available online. The app can be used to perform a measurement using the spectrometric measuring device 100 be furnished. The measurement results or results of a spectrometric evaluation of the measurement results can, for example, via a display unit of the mobile terminal 108 be issued to the user. Possible display units are, for example, displays or loudspeakers by means of which optical, haptic or acoustic outputs can take place.

In 5 ist das Miniaturspektrometer 101 beispielhaft als Teil der Haltestruktur 102' ausgebildet. Alternativ oder ergänzend kann das Miniaturspektrometer 101 auch separat oder als Teil eines mobilen Endgeräts wie vorstehend beschrieben ausgebildet sein. Die Haltestruktur 102' umschließt die Öffnung 102" hier ringförmig. Die Haltestruktur 102' ist im Bereich der vorgegebenen Position unterbrochen, wobei das Miniaturspektrometer 101 im Bereich der vorgegebenen Position in die Haltestruktur 102' integriert ist. Zwischen Miniaturspektrometer 101 und dem Gefäß 104" ist hierbei kein Material der Haltestruktur 102' angeordnet. In 5 wird das Gefäß 104" von einer lamellenartigen Struktur 109 umschlossen, wobei die lamellenartige Struktur 109 auf einer der Öffnung 102" zugewandten Fläche der Haltestruktur 102', d.h. der Innenfläche 1024, angebracht ist. Eine Abmessung der Öffnung 102" ist in diesem Ausführungsbeispiel anpassbar. Durch das Anbringen der lamellenartigen Struktur 109 auf der Innenfläche 1024 kann beispielsweise ein Umfang, ein Durchmesser, einer Form, etc. der Öffnung 102" an eine Abmessung des Gefäß 104" angepasst werden. Somit ist ein einfaches Anordnen der spektrometrische Messvorrichtung 100 an dem Gefäß 104" möglich. Die lamellenartige Struktur 109 in 5 umfasst mehrere Lamellenelemente 109'. Die Lamellenelemente 109' können beispielsweise als bewegliche Strukturelemente ausgebildet sein, welche in einem ersten Bereich fest mit der Haltestruktur 102' verbunden sind und welche einen zweiten Bereich aufweisen können, dessen Winkel 109" zur Haltestruktur 102' einstellbar ist. Die möglichen Bewegungsrichtungen der Lamellenelemente 109' sind in 5 beispielhaft durch gebogene Richtungspfeile an einem der Lamellenelemente 109' eingezeichnet. Die Lamellenelemente 109' können beispielsweise aus einem elastischen Material ausgebildet sein. Beim Einführen des Gefäßes 104" in die Öffnung 102", können die Lamellenelemente 109' in Richtung Haltestruktur 102' angedrückt werden, sodass sich der Durchmesser der Öffnung 102" gegenüber dem Durchmesser der Öffnung 102" vor Einführen des Gefäßes 104" vergrößert. Die Abmessung der Öffnung 102" hängt somit von einer Einstellung der lamellenartigen Struktur 109 ab. In einem Ausführungsbeispiel kann die lamellenartige Struktur 109 mithilfe von Schrittmotoren eingestellt werden. Alternativ oder ergänzend kann die Einstellung der lamellenartigen Struktur auch manuell erfolgen. Es kann beispielsweise der verstellbare Winkel 109" der Lamellenelemente 109' jeweils relativ zur Haltestruktur 102' eingestellt werden, sodass die Abmessung der Öffnung 102" möglichst genau an die Abmessung des Gefäßes 104" angepasst werden kann. Die Schrittmotoren der Lamellenelemente 109' können mittels einer Steuereinheit angesteuert werden, wobei die Steuereinheit in das Miniaturspektrometer 101 oder bei Verwendung eines mobilen Endgeräts 108 mit Miniatirspektrometer 101 in das mobile Endgerät 108 integriert sein kann Die Steuereinheit überträgt elektrische Signale an die Schrittmotoren, mithilfe derer die Winkel 109" eingestellt werden können. Die Bedienung der Steuereinheit durch einen Benutzer kann beispielsweise über einen Bildschirm erfolgen. Der Bildschirm kann beispielsweise als Touchscreen ausgeführt sein.In 5 is the miniature spectrometer 101 as an example as part of the support structure 102 ' educated. Alternatively or additionally, the miniature spectrometer 101 also be formed separately or as part of a mobile terminal as described above. The holding structure 102 ' encloses the opening 102 ' here ring-shaped. The holding structure 102 ' is interrupted in the range of the predetermined position, the miniature spectrometer 101 in the region of the predetermined position in the holding structure 102 ' is integrated. Between miniature spectrometer 101 and the vessel 104 ' this is not a material of the support structure 102 ' arranged. In 5 becomes the vessel 104 ' from a lamellar structure 109 enclosed, the lamellar structure 109 on one of the opening 102 ' facing surface of the support structure 102 ' ie the inner surface 1024 , is appropriate. A dimension of the opening 102 ' is customizable in this embodiment. By attaching the lamellar structure 109 on the inner surface 1024 For example, a circumference, a diameter, a shape, etc. of the opening 102 ' to a dimension of the vessel 104 ' be adjusted. Thus, a simple arrangement of the spectrometric measuring device 100 on the vessel 104 ' possible. The lamellar structure 109 in 5 includes several lamellar elements 109 ' , The lamellar elements 109 ' For example, they may be formed as movable structural elements, which in a first area fixed to the support structure 102 ' are connected and which may have a second region whose angle 109 ' to the holding structure 102 ' is adjustable. The possible directions of movement of the lamellar elements 109 ' are in 5 exemplified by curved directional arrows on one of the lamellar elements 109 ' located. The lamellar elements 109 ' may be formed, for example, of an elastic material. When inserting the vessel 104 ' in the opening 102 ' , the lamellar elements can 109 ' in the direction of the holding structure 102 ' be pressed so that the diameter of the opening 102 ' opposite the diameter of the opening 102 ' before insertion of the vessel 104 ' increased. The dimension of the opening 102 ' thus depends on an adjustment of the lamellar structure 109 from. In one embodiment, the lamellar structure 109 be adjusted using stepper motors. alternative or in addition, the setting of the lamellar structure can also be done manually. It can, for example, the adjustable angle 109 ' the lamellar elements 109 ' each relative to the support structure 102 ' be adjusted so that the dimension of the opening 102 ' as closely as possible to the size of the vessel 104 ' can be adjusted. The stepper motors of the lamellar elements 109 ' can be controlled by a control unit, wherein the control unit in the miniature spectrometer 101 or when using a mobile device 108 with miniature spectrometer 101 in the mobile terminal 108 The control unit transmits electrical signals to the stepper motors, which are used to adjust the angles 109 ' can be adjusted. The operation of the control unit by a user can be done for example via a screen. The screen can be designed, for example, as a touch screen.

In 6 ist eine Aufsicht der spektrometrischen Messvorrichtung 100 in einem Querschnitt gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Es ist ein Diffusor 1091 im Strahlengang des Miniaturspektrometers 101 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Positioniereinrichtung 107 als Vorsprung 107' ausgebildet, an welchem das Miniaturspektrometer 101 angeordnet ist, oder an welchem das mobiles Endgerät 108 anordenbar ist. Der Diffusor 1091 ist hier in die Positioniereinrichtung integriert. Alternativ oder ergänzend kann der Diffusor 1091 in die Haltestruktur 102' oder in das Miniaturspektrometer 101 integriert sein. Die von der Beleuchtungseinheit 1010 kommende elektromagnetische Strahlung 1010' kann zunächst durch einer oder mehrerer optische Komponenten geformt werden, d.h. in diesem Ausführungsbeispiel, dass mithilfe des Diffusor 1091 die Winkelverteilung bzw. die Intensitätsverteilung der elektromagnetischen Strahlung 1010' homogenisiert werden kann und somit eine gleichmäßige Bestrahlung Mediums 104' ermöglicht werden kann. Hierfür kann beispielsweise ein gerichteter Diffusor 1091 verwendet werden. Alternativ oder ergänzend kann eine über einen breiten Winkelbereich abstrahlende Lichtquelle verwendet werden, welche von der Beleuchtungseinheit 1010 umfasst werden kann. In dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Medium 104' ohne Gefäß 104" in der Öffnung 102" angeordnet. Das Medium 104' kann auch, wie zuvor beschrieben, in einem Gefäß 104" angeordnet werden. Von der Beleuchtungseinheit 1010 kommende elektromagnetische Strahlung 1010', welche durch den Diffusor 1091 geformt ist, tritt durch die Haltestruktur 102' in das Medium 104' ein und wird von dem Medium 104' zumindest teilweise transmittiert. Die transmittiert elektromagnetische Strahlung trifft auf die Einkoppelstruktur 1030 auf, welche auf der zweiten Seite 1022 der Haltestruktur 102' angeordnet ist. Die Einkoppelstruktur 1030 koppelt den Strahlungsanteil 1011" in den Lichtwellenleiter 1031 ein. Der Strahlungsanteil 1011" wird von den Lichtwellenleiter 1031 in die Detektionseinheit 1011 geführt und dort detektiert. Zwischen den Lichtwellenleiter 1031 und der Detektionseinheit 1011 können optische Abbildungselemente, wie beispielsweise optische Linsen/ Sammellinsen oder Lichtführungsoptiken 1032, angeordnet werden. Wie bereits zuvor beschrieben, können die Beleuchtungseinheit 1010 und/oder die Detektionseinheit 1011 ein spektrales Element umfassen, um die Erfassung spektrometrischer Daten zu ermöglichen. Beispielsweise kann das spektrale Element zwischen der Beleuchtungseinheit 1010 und der Aufnahmevorrichtung 102 angeordnet sein.In 6 is a plan view of the spectrometric measuring device 100 shown in a cross section according to an embodiment. It is a diffuser 1091 in the beam path of the miniature spectrometer 101 arranged. In this embodiment, the positioning device 107 as a lead 107 ' formed on which the miniature spectrometer 101 is arranged, or at which the mobile terminal 108 can be arranged. The diffuser 1091 is integrated here in the positioning device. Alternatively or additionally, the diffuser 1091 in the holding structure 102 ' or in the miniature spectrometer 101 be integrated. The of the lighting unit 1010 coming electromagnetic radiation 1010 ' can first be formed by one or more optical components, ie in this embodiment that by means of the diffuser 1091 the angular distribution or the intensity distribution of the electromagnetic radiation 1010 ' can be homogenized and thus a uniform irradiation medium 104 ' can be enabled. For this example, a directional diffuser 1091 be used. Alternatively or additionally, it is possible to use a light source which radiates over a wide angular range and which is emitted by the illumination unit 1010 can be included. In the in 6 embodiment shown is the medium 104 ' without a vessel 104 ' in the opening 102 ' arranged. The medium 104 ' can also, as previously described, in a vessel 104 ' to be ordered. From the lighting unit 1010 coming electromagnetic radiation 1010 ' passing through the diffuser 1091 is formed, passes through the support structure 102 ' into the medium 104 ' and is from the medium 104 ' at least partially transmitted. The transmitted electromagnetic radiation hits the coupling structure 1030 on which on the second page 1022 the holding structure 102 ' is arranged. The coupling structure 1030 couples the radiation component 1011 " in the optical fiber 1031 one. The radiation component 1011 " is from the optical fibers 1031 in the detection unit 1011 guided and detected there. Between the optical fibers 1031 and the detection unit 1011 For example, optical imaging elements such as optical lenses / converging lenses or light guiding optics may be used 1032 , to be ordered. As already described above, the lighting unit 1010 and / or the detection unit 1011 comprise a spectral element to allow the detection of spectrometric data. For example, the spectral element between the lighting unit 1010 and the cradle 102 be arranged.

Alternativ oder ergänzend kann in einem hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel im Strahlengang zwischen der Beleuchtungseinheit 1010 und der Aufnahmevorrichtung 102 ein Diffusor 1091 angeordnet oder anordenbar sein. Alternativ oder ergänzend kann in einem hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel im Strahlengang zwischen der Aufnahmevorrichtung 102 und der Detektionseinheit 1011 ein optisches Abbildungselement 1092 angeordnet oder anordenbar sein.Alternatively or additionally, in an embodiment not shown here in the beam path between the illumination unit 1010 and the cradle 102 a diffuser 1091 be arranged or arranged. Alternatively or additionally, in an embodiment not shown here in the beam path between the receiving device 102 and the detection unit 1011 an optical imaging element 1092 be arranged or arranged.

In 7 ist ein Verfahren 200 zur Analyse eines Mediums 104' unter Verwendung der spektrometrische Messvorrichtung 100 als Flussdiagramm dargestellt, wobei das Verfahren die Schritte Anordnen 201 des Mediums 104' in der Aufnahmevorrichtung 102 der spektrometrische Messvorrichtung 100, Bestrahlen 202 des Mediums 104' mit der elektromagnetischen Strahlung 1010', Detektieren 203 des aus Richtung des Mediums 104' kommenden Strahlungsanteils 1011" und spektrale Auswertung 204 des aus Richtung des Mediums kommenden Strahlungsanteils 1011" zur Analyse des Mediums 104' umfasst. Der Strahlungsanteil 1011" koppelt nach einem Durchlaufen des Mediums 104' in den Lichtwellenleiter 1031 ein und wird vom Lichtwellenleiter 1031 zum Detektieren 203 in die Detektionseinheit 1011 geführt. Das Medium 104' kann beispielsweise in einem Gefäß 104" angeordnet sein und in die Öffnung 102" der Haltestruktur 102' eingebracht werden. Das Detektieren 203 des Strahlungsanteils 1011" kann wie vorstehend beschrieben in der Detektionseinheit 1011 erfolgen. Im Schritt der spektralen Auswertung 204 wird ein Detektionssignal 203' ausgewertet, welches die spektrometrischen Daten umfasst, wobei sich das Detektionssignal 203' aus dem Detektieren 203 des Strahlungsanteils 1011" ergibt. Die spektrometrischen Daten können beispielsweise ein Spektrum oder Ausschnitte eines Spektrums umfassen. Beispielsweise können die spektrometrischen Daten einen Intensitätsverlauf, welcher über die Wellenlänge, die Zeit oder über den Ort aufgetragen ist, oder einen Verlauf eines elektrischen Signals umfassen. Das Detektionssignal 203' kann beispielsweise ein elektrisches Signal umfassen. Beispielsweise können spektrale Informationen mittels eines Computeralgorithmus und in einem Speicher hinterlegten Referenzdaten, beispielsweise Referenzspektren oder - spektrenausschnitte, aus dem Detektionssignal 203' ermittelt werden. Die spektrale Auswertung 204 kann im Miniaturspektrometer 101, in dem mobilen Endgerät 108 und/oder in einer bezüglich des Miniaturspektrometers 101 extern angeordneten Auswerteeinheit, beispielsweise einer Cloud, erfolgen. Das Ergebnis der spektralen Auswertung 204 kann an einen Benutzer, beispielsweise in Form einer optischen, haptischen oder akustischen Ausgabe, ausgegeben werden. Das Ergebnis der spektralen Auswertung 204, d.h. eine spektrale Information des Mediums 104', kann beispielsweise eine Information über eine chemische Zusammensetzung des Mediums 104', ein Vorhandensein und/oder eine Konzentration mindestens eines chemischen Stoffs im Medium 104' oder eine Identifizierung des Mediums 104' sein.In 7 is a procedure 200 for the analysis of a medium 104 ' using the spectrometric measuring device 100 as a flowchart, the method arranging the steps 201 of the medium 104 ' in the cradle 102 the spectrometric measuring device 100 , Irradiate 202 of the medium 104 ' with the electromagnetic radiation 1010 ' , Detect 203 from the direction of the medium 104 ' coming radiation component 1011 " and spectral evaluation 204 of the radiation component coming from the direction of the medium 1011 " for the analysis of the medium 104 ' includes. The radiation component 1011 " couples after passing through the medium 104 ' in the optical fiber 1031 and is from the optical fiber 1031 to detect 203 in the detection unit 1011 guided. The medium 104 ' For example, in a vessel 104 ' be arranged and in the opening 102 ' the holding structure 102 ' be introduced. Detecting 203 of the radiation component 1011 " can as described above in the detection unit 1011 respectively. In the step of the spectral evaluation 204 becomes a detection signal 203 ' evaluated, which comprises the spectrometric data, wherein the detection signal 203 ' from detecting 203 of the radiation component 1011 " results. The spectrometric data may include, for example, a spectrum or sections of a spectrum. By way of example, the spectrometric data may include an intensity profile, which is plotted over the wavelength, the time or the location, or a profile of an electrical signal. The detection signal 203 ' may include, for example, an electrical signal. By way of example, spectral information can be extracted from the detection signal by means of a computer algorithm and reference data stored in a memory, for example reference spectra or spectral excerpts 203 ' be determined. The spectral evaluation 204 can in the miniature spectrometer 101 in the mobile terminal 108 and / or in a respect to the miniature spectrometer 101 externally arranged evaluation, such as a cloud done. The result of the spectral evaluation 204 can be issued to a user, for example in the form of an optical, haptic or acoustic output. The result of the spectral evaluation 204 , ie a spectral information of the medium 104 ' , for example, information about a chemical composition of the medium 104 ' , a presence and / or a concentration of at least one chemical in the medium 104 ' or an identification of the medium 104 ' be.

In 8 wird im Schritt des Anordnens 201 des Mediums 104' in der Aufnahmevorrichtung 102 die Abmessung der Öffnung 102" eingestellt 2010, wobei die Einstellung 2010 in Abhängigkeit einer Abmessung des Mediums 104' oder eines Gefäßes 104", in welchem das Medium 104' angeordnet ist, erfolgt.In 8th is in the step of arranging 201 of the medium 104 ' in the cradle 102 the dimension of the opening 102 ' set 2010, the attitude 2010 depending on a dimension of the medium 104 ' or a vessel 104 ' in which the medium 104 ' is arranged takes place.

Das Anordnen 201 des Mediums 104' in der Aufnahmevorrichtung 102 kann beispielsweise durch einen Benutzer erfolgen. Beispielsweise kann die spektrometrische Messvorrichtung 100 zumindest teilweise in das Medium 104' eingetaucht werden oder es kann das Medium 104' in das Gefäß 104" eingebracht werden und das Gefäß 104" mit dem Medium in die Aufnahmevorrichtung 102 eingebracht werden. Hierzu kann beispielsweise die spektrometrische Messvorrichtung 100 an dem Gefäß 104" angeordnet werden. Die Ansteuerung der spektrometrischen Messvorrichtung 100 kann über ein in die Aufnahmevorrichtung 102 eingestecktes Smartphone als Steuermodul oder ein separates Steuermodul, welches beispielsweise einen Bildschirm umfassen kann, erfolgen. Beispielsweise kann der Benutzer einem Messung über das Steuermodul starten und/oder die Abmessung der Öffnung 102" wie vorstehend beschrieben an das Gefäß 104" oder das Medium 104' anpassen. Beispielsweise kann eine App auf dem Smartphone installiert werden, wobei die App eine Durchführung des Verfahrens 200 zur Analyse des Mediums 104" unter Verwendung der spektrometrische Messvorrichtung 100 ermöglichen kann. Des Weiteren kann die App dem Benutzer Hinweise anzeigen, um ihn bei der Durchführung des Verfahrens 200 zu unterstützen.Arranging 201 of the medium 104 ' in the cradle 102 can be done for example by a user. For example, the spectrometric measuring device 100 at least partially into the medium 104 ' be immersed or it may be the medium 104 ' into the vessel 104 ' be introduced and the vessel 104 ' with the medium in the receiving device 102 be introduced. For this purpose, for example, the spectrometric measuring device 100 on the vessel 104 ' to be ordered. The control of the spectrometric measuring device 100 can have one in the cradle 102 Inserted smartphone as a control module or a separate control module, which may for example comprise a screen done. For example, the user may start a measurement via the control module and / or the dimension of the opening 102 ' as described above to the vessel 104 ' or the medium 104 ' to adjust. For example, an app can be installed on the smartphone, with the app performing the procedure 200 for the analysis of the medium 104 ' using the spectrometric measuring device 100 can allow. Furthermore, the app can show the user hints to him when performing the procedure 200 to support.

Mit der spektrometrische Messvorrichtung 100 bzw. dem Verfahren 200 zur Analyse des Mediums 104' können beispielsweise die nachfolgend genannten Flüssigkeiten untersucht werden. Die Flüssigkeiten können in Gefäßen 104" angeordnet sein, welche in die spektrometrische Messvorrichtung 100 eingebracht werden können, das Medium 104' kann in die spektrometrische Messvorrichtung 100 eingebracht werden oder die spektrometrische Messvorrichtung 100 kann in die Flüssigkeiten eingetaucht werden. Gefäße 104" sind vorzugsweise zumindest teilweise transparent im Bereich der verwendeten elektromagnetischen Strahlung 1010'. Beispielsweise können ein Verhältnis von Ethanol zu Methanol in einer Flüssigkeit, eine Herkunft und/oder Reinheit von Olivenölen, eine Qualität und/oder Inhaltsstoffe von Weinen oder Schaumweinen, ein Zuckergehalt und/oder Inhaltsstoffe von Fruchtsäften oder eine Verschmutzung von Wasser bestimmt werden.With the spectrometric measuring device 100 or the procedure 200 for the analysis of the medium 104 ' For example, the following fluids can be examined. The liquids can be in vessels 104 ' be arranged, which in the spectrometric measuring device 100 can be introduced, the medium 104 ' can in the spectrometric measuring device 100 or the spectrometric measuring device 100 can be immersed in the liquids. vessels 104 ' are preferably at least partially transparent in the range of the electromagnetic radiation used 1010 ' , For example, a ratio of ethanol to methanol in a liquid, origin and / or purity of olive oils, quality and / or ingredients of wines or sparkling wines, sugar content and / or ingredients of fruit juices, or contamination of water can be determined.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 5909280A [0001]

Claims

A spectrometric measuring device (100) adapted to acquire spectrometric data of solids and fluids, comprising a pick-up device (102) adapted to receive a medium (104 ') to be examined, a miniature spectrometer (101) for detecting the spectrometric data Data of the medium (104 ') is set up, wherein the miniature spectrometer (101) comprises • a lighting unit (1010) which is adapted to irradiate the medium (104') with an electromagnetic radiation (1010 ') and • a detection unit (10) 1011) which is adapted to detect a radiation portion (1011 ") of the electromagnetic radiation (1010 ') coming from the direction of the medium (104'), characterized in that the miniature spectrometer (101) comprising the illumination unit (1010 ) and the detection unit (1011), on a first side (1021) of the receiving device (102) is arranged and • on a the first side (1021) opposite the second side (1022) of the receiving device (102) is arranged a coupling structure (1030) which is adapted to at least the radiation component (1011 ") of the electromagnetic radiation (1010 ') coming from the illumination unit (1010). ) in an optical waveguide (1031), wherein the optical waveguide (1031) is adapted to direct the radiation portion (1011 ") from the second side (1022) to the detection unit (1011) on the first side (1021).

Spectrometric measuring device (100) according to Claim 1 , characterized in that the receiving area (102) comprises a holding structure (102 ') with an opening (102 ").

Spectrometric measuring device (100) according to Claim 2 , characterized in that the spectrometric measuring device (100) comprises the miniature spectrometer (101) and the miniature spectrometer (101) is integrated in the holding structure (102 ').

Spectrometric measuring device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the receiving device (102) has a positioning device (107) which is adapted to the miniature spectrometer (101) on the first side (1021) of the receiving device (102) position and connect the optical waveguide (1031) with the detection unit (1011) such that an electromagnetic radiation (1011 ") guided in the optical waveguide (1031) is guided into the detection unit (1011).

Spectrometric measuring device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the medium (104 ') comprises a fluid in a vessel (104 ") or a solid in a vessel (104") and that the opening (102 ") thereto is arranged to receive the medium (104 ') in the beam path of the miniature spectrometer (101) between the first side (1021) and the second side (1022).

Spectrometric measuring device (100) according to one of Claims 2 to 5 , characterized in that a dimension of the opening (102 ") is adaptable.

Spectrometric measuring device (100) according to Claim 6 , characterized in that on one of the opening (102 ") facing surface (1024) of the support structure (102 ') at least partially a lamellar structure (109) is arranged, wherein the dimension of the opening (102") of an adjustment of the lamellar structure (109) depends.

Spectrometric measuring device (100) according to Claim 7 , characterized in that the spectrometric measuring device (100) comprises a stepping motor which is adapted to set the lamellar structure (109).

Spectrometric measuring device (100) according to one of Claims 2 to 8th , characterized in that the holding structure (102 ') surrounds the opening (102 ") annular.

Spectrometric measuring device (100) according to one of Claims 2 to 9 , characterized in that the coupling structure (1030) and the optical waveguide (1031) in the support structure (102 ') are integrated.

Spectrometric measuring device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that in the beam path between the illumination unit (1010) and the receiving device (102), a diffuser (1091) is arranged or can be arranged.

Spectrometric measuring device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that a spectral element is arranged in the beam path between the illumination unit (1010) and the recording device (102) and / or that the detection unit (1011) comprises a spectral element.

A method (200) for analyzing a medium using a spectrometric measuring device (100) according to any one of the preceding claims, wherein the method (200) comprises the steps Arranging (201) the medium (104 ') in the receiving device (102) of the spectrometric measuring device (100), irradiating (202) the medium (104') with the electromagnetic radiation (1010 '), detecting (203) the from the direction of the medium (104 ') coming radiation portion (1011 ") and • spectral evaluation (204) of coming from the direction of the medium (104') radiation portion (1011") for the analysis of the medium (104 '), comprising, characterized the radiation component (1011 "), after passing through the medium (104 '), is coupled into the optical waveguide (1031) and guided into the detection unit (1011) for detection (203).

Method according to Claim 13 for analyzing a medium (104 ') using a spectrometric measuring device (100) according to one of the Claims 6 to 8th characterized in that in the step of arranging (201) the medium (104 ') in the receptacle (102) the dimension of the opening (102 ") is set (2010), the setting (2010) being dependent on a dimension of the medium (104 ') takes place.

Computer program product for carrying out the method (200) for analyzing a medium (104 ') according to one of Claims 13 or 14 ,