DE102020101219A1 - Improved luminescence based oxygen sensor - Google Patents

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Lutz Jügelt
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen lumineszenzbasierten Sauerstoffsensor umfassend ein Gehäuse (2) mit einem Gehäuseinnenraum (20) welcher ein Messvolumen bildet und mit einem Ein- (21) und einem Auslass (22), eine Lichtquelle (3), welches Anregungslicht in einem ersten Wellenlängenbereich aussenden kann, ein Fluorophor (4), welches ein sauerstoffsensitives fluoreszierenden Material enthält und in dem Messvolumen so angeordnet ist, dass das fluoreszierende Material in direktem Kontakt mit dem Fluid steht und mit dem von der Lichtquelle (3) ausgesendeten Anregungslicht beaufschlagt werden kann, wobei das Fluorophor (4) daraufhin mit einer Antwortverzögerung als Antwort auf das Anregungslicht Lumineszenzlicht in einem zweiten Wellenlängenbereich aussendet, ein Lichtdetektor (5), welcher zumindest Licht innerhalb des zweiten Wellenlängenbereichs detektieren kann und ein eine detektierte Lichtintensität repräsentierendes, insbesondere dazu proportionales, analoges Detektorsignal ausgibt, und eine Steuerung (6), welche die Lichtquelle (3) ansteuert und aus dem Detektorsignal ein den Sauerstoffgehalt des Fluides repräsentierendes analoges oder digitales Messsignal ableitet, wobei die Steuerung (6) dazu vorbereitet ist mittels der Lichtquelle (3) das Anregungslicht in Form eines kurzen Lichtpulses auszusenden, und das Messsignal ausschließlich aus der Antwortverzögerung abzuleiten.The invention relates to a luminescence-based oxygen sensor comprising a housing (2) with a housing interior (20) which forms a measurement volume and with an inlet (21) and an outlet (22), a light source (3) which emits excitation light in a first wavelength range can, a fluorophore (4) which contains an oxygen-sensitive fluorescent material and is arranged in the measurement volume so that the fluorescent material is in direct contact with the fluid and can be exposed to the excitation light emitted by the light source (3), wherein the Fluorophore (4) thereupon emits luminescent light in a second wavelength range with a response delay as a response to the excitation light, a light detector (5) which can detect at least light within the second wavelength range and outputs an analog detector signal representing a detected light intensity, in particular proportional thereto, and a e control (6), which controls the light source (3) and derives an analog or digital measurement signal representing the oxygen content of the fluid from the detector signal, the control (6) being prepared for this by means of the light source (3) the excitation light in the form of a short To emit light pulse, and to derive the measurement signal exclusively from the response delay.

Description

Vorliegende Erfindung betrifft einen lumineszenzbasierten optischen Sauerstoffsensor gemäß des Oberbegriffs von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Sauerstoffsensors.The present invention relates to a luminescence-based optical oxygen sensor according to the preamble of claim 1 and to a method for operating such an oxygen sensor.

Das Problem einer schnellen und zuverlässigen Messung des Sauerstoffsgehalts eines Fluides stellt sich in verschiedenen Bereichen von Wissenschaft, Technik und Medizin, so etwa die Bestimmung des Sauerstoffgehalts in der Atemluft, im Blut oder in der Abluft einer Verbrennungsmaschine. Auch bei Bioreaktoren ist eine Überwachung der Zu und/oder Abluft sehr wichtig um, die Prozess- bzw. Wachstumsparameter und die Stoffbilanz möglichst genau verfolgen und regeln zu können. Besonders bei dieser Anwendung sind neben einer ausreichend schnellen Ansprechzeit vor allem Kompaktheit und Zuverlässigkeit auch unter widrigen Bedingungen wir hochreaktiven Bestandteilen der Abluft wesentliche Kriterien für einen Sauerstoffsensor.The problem of a quick and reliable measurement of the oxygen content of a fluid arises in various areas of science, technology and medicine, for example the determination of the oxygen content in the breath, in the blood or in the exhaust air of an internal combustion engine. In the case of bioreactors, too, monitoring of the supply and / or exhaust air is very important in order to be able to follow and regulate the process or growth parameters and the material balance as precisely as possible. Particularly in this application, in addition to a sufficiently fast response time, compactness and reliability, even under adverse conditions, such as highly reactive components of the exhaust air, are essential criteria for an oxygen sensor.

Es sind verschiedene Arten von Sauerstoffsensor bekannt, welche auf unterschiedlichen physikalischen Prozessen basieren wie etwa sauerstoffabhängige elektrische Leitfähigkeit, elektro-galvanische Prozesse oder optische Prozesse. Unter den auf optischen Prozessen basierenden Sauerstoffsensoren sind besonders die lumineszenz- bzw. fluoreszenzbasierten Sensoren von Interesse.Various types of oxygen sensors are known which are based on different physical processes such as oxygen-dependent electrical conductivity, electro-galvanic processes or optical processes. Among the oxygen sensors based on optical processes, the luminescence or fluorescence-based sensors are of particular interest.

Lumineszenz und Fluoreszenz werden im Folgenden im Wesentlichen synonym verwendet, auch wenn Lumineszenz eigentlich ein weiter Oberbegriff ist, der neben der unter den weiter eingeschränkten Begriff Photolumineszenz fallenden Fluoreszenz auch weitere Effekte mit spontaner Photonenemission durch ein angeregtes Medium umfasst, bei denen die Anregung nicht durch Photonen sondern auf anderem Wege erfolgte, etwa mechanisch (Mechanolumineszenz), chemisch (Chemolumineszenz) oder elektrisch (Elektrolumineszenz).Luminescence and fluorescence are essentially used synonymously in the following, even if luminescence is actually a broad generic term which, in addition to the fluorescence falling under the more restricted term photoluminescence, also includes other effects with spontaneous photon emission by an excited medium, in which the excitation is not by photons but took place in other ways, for example mechanically (mechanoluminescence), chemically (chemiluminescence) or electrically (electroluminescence).

Lumineszenz- bzw. fluoreszenzbasierte Sauerstoffsensoren setzen sauerstoffsensitive fluoreszierende Materialien ein, um die Sauerstoffkonzentration eines zu untersuchenden Fluides, also eines Gasgemisches oder einer Flüssigkeit, zu messen. Ein fluoreszierendes Material sendet durch spontane Emission von Photonen nach Anregung seiner Moleküle durch Anregungslicht einer ersten Wellenlänge bzw. eines ersten Wellenlängenbereiches Lumineszenzlicht einer zweiten, üblicherweise höheren (also niederenergetischeren) Wellenlänge aus. Diese spontane Emission erfolgt mit einer gewissen Verzögerung, welcher der Lebensdauer der durch das Anregungslicht besetzten angeregten Zustände entspricht. Sowohl Intensität als auch die Verzögerung der spontanen Emission, also des Lumineszenzlichtes können von Umgebungsparametern abhängen. Bei einem sauerstoffsensitiven fluoreszierenden Material sind Intensität und Verzögerung vom Sauerstoffgehalt des Materials abhängig. Sauerstoff kann aus der Umgebung in das Material hinein- oder umgekehrt aus dem Material in die Umgebung hinausdiffundieren. Intensität und Verzögerung können also ein Maß für den Sauerstoffgehalt der Umgebung des Materials sein.Luminescence or fluorescence-based oxygen sensors use oxygen-sensitive fluorescent materials to measure the oxygen concentration of a fluid to be examined, i.e. a gas mixture or a liquid. A fluorescent material emits luminescent light of a second, usually higher (ie lower-energy) wavelength through spontaneous emission of photons after its molecules have been excited by excitation light of a first wavelength or a first wavelength range. This spontaneous emission takes place with a certain delay, which corresponds to the lifetime of the excited states occupied by the excitation light. Both the intensity and the delay of the spontaneous emission, i.e. of the luminescent light, can depend on environmental parameters. In the case of an oxygen-sensitive fluorescent material, the intensity and delay are dependent on the oxygen content of the material. Oxygen can diffuse into the material from the environment or, conversely, diffuse out of the material into the environment. Intensity and delay can therefore be a measure of the oxygen content in the vicinity of the material.

Die internationale Offenlegungsschrift WO 2007/027116 A1 beschreibt ein Verfahren zur lumineszenzbasierten Sauerstoffmessung, welche als fluoreszierendes Material einen Zirkoniumdioxid-Einkristall einsetzt. Hierbei kommt jedoch ultraviolettes Anregungslicht zum Einsatz und der ZrO2 Kristall muss auf hohe Temperaturen von einigen hundert Grad Celsius erhitzt werden. Hierdurch eignet sich dieses Verfahren nicht für die Anwendung in einem einfachen, kostengünstigen Sensor.The international published application WO 2007/027116 A1 describes a method for luminescence-based oxygen measurement, which uses a zirconium dioxide single crystal as the fluorescent material. Here, however, ultraviolet excitation light is used and the ZrO2 crystal has to be heated to high temperatures of a few hundred degrees Celsius. As a result, this method is not suitable for use in a simple, inexpensive sensor.

Ähnliche Nachteile hat die Veröffentlichung CA 1243351 A1 die ein Sauerstoffsensorpaket vorschlägt, welches einen Feststoffelektrolytsensor und ein Heizelement aus Siliziumkarbid mit einer konvexen Oberfläche umfasst, welches den Feststoffelektrolyt umgibt und allseitig erhitzt.The publication has similar disadvantages CA 1243351 A1 which proposes an oxygen sensor package which comprises a solid electrolyte sensor and a heating element made of silicon carbide with a convex surface, which surrounds the solid electrolyte and heats it on all sides.

Die Offenlegungsschrift EP 3 121 589 A1 stellt einen Sauerstoffsensor vor, welcher ein Fluorophor mit Aluminiumnitrid-Nanopulver-Kügelchen als fluoreszierendem Material enthält. Ein Erhitzen ist hier zwar nicht notwendig, jedoch leitet der dortige Sensor die Sauerstoffkonzentration aus der (Löschung der) Fluoreszenzintensität ab. Dies hat den Nachteil, dass die detektierte Fluoreszenzintensität außer vom Sauerstoffgehalt auch noch von zahlreichen weiteren Variablen, wie etwa Anregungsintensität, Transmissivität/Transparenz des Fluides oder Detektorempfindlichkeit abhängt. Nicht alle dieser Variablen lassen sich zuverlässig exakt kontrollieren, so z.B. die Transparenz des Fluides. Andere sind nur mit hohem Aufwand unter Kontrolle zu halten, so Anregungsintensität, welche eine exakte Steuerung von Betriebsspannung und Temperatur der Lichtquelle nötig machen. Die Folge sind eine unvorteilhafte Abwägung zwischen Komplexität und Kosten des Sauerstoffsensors und der Messgenauigkeit.The disclosure document EP 3 121 589 A1 presents an oxygen sensor which contains a fluorophore with aluminum nitride nanopowder beads as a fluorescent material. Heating is not necessary here, but the sensor there derives the oxygen concentration from the (extinction of) fluorescence intensity. This has the disadvantage that the detected fluorescence intensity depends not only on the oxygen content but also on numerous other variables, such as excitation intensity, transmissivity / transparency of the fluid or detector sensitivity. Not all of these variables can be reliably and precisely controlled, for example the transparency of the fluid. Others can only be kept under control with great effort, such as excitation intensity, which makes an exact control of the operating voltage and temperature of the light source necessary. The result is an unfavorable trade-off between the complexity and costs of the oxygen sensor and the measurement accuracy.

Eine Aufgabe vorliegender Erfindung ist daher die Verbesserung der bekannten lumineszenzbasierten Sauerstoffsensoren dahingehend, dass eine erhöhte Zuverlässigkeit und Genauigkeit erreicht wird. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine vereinfachte und kompaktere Konstruktion zu finden.One object of the present invention is therefore to improve the known luminescence-based oxygen sensors in such a way that increased reliability and accuracy are achieved. Another task is to find a simplified and more compact construction.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß der Ansprüche 1-9, welche nach dem Verfahren gemäß der Ansprüche 10 - 13 betrieben wird.This object is achieved by a device according to claims 1-9, which is operated according to the method according to claims 10-13.

Die wesentliche Neuerung gegenüber den bekannten lumineszensbasierten Sauerstoffsensoren ist die Ableitung des Messsignals ausschließlich aus der Antwortverzögerung, also der Zeit zwischen der Aussendung des Anregungslichts durch die Lichtquelle und der Detektion des Lumineszenzlichts, welches das Fluorophor als Antwort aussendet. Hierbei wird von vorliegender Erfindung vorteilhaft die Erkenntnis ausgenutzt, dass dies die Antwortverzögerung auch vom Sauerstoffgehalt des Fluides abhängig ist, jedoch im Wesentlichen nicht durch die Intensität des Anregungslichts beeinflusst wird. Hierdurch werden die zu Messfehlern führenden Schwankungen der Intensität des Lumineszenzlichts mit Schwankungen in der Intensität des vom Fluorophor empfangenen Anregungslichts, welche beispielsweise auf Schwankungen der Versorgungsspannung oder der Temperatur der Lichtquelle oder auch auf Schwankungen der Transmissivität des Mediums aufgrund von Schwebstoffen oder gelösten Gasen zurückzuführen sein kann, vorteilhaft vermieden.The main innovation compared to the known luminescence-based oxygen sensors is the derivation of the measurement signal exclusively from the response delay, i.e. the time between the emission of the excitation light by the light source and the detection of the luminescence light that the fluorophore sends out as a response. The present invention advantageously uses the knowledge that the response delay is also dependent on the oxygen content of the fluid, but is essentially not influenced by the intensity of the excitation light. As a result, the fluctuations in the intensity of the luminescent light that lead to measurement errors are accompanied by fluctuations in the intensity of the excitation light received by the fluorophore, which can be attributed, for example, to fluctuations in the supply voltage or the temperature of the light source or to fluctuations in the transmissivity of the medium due to suspended matter or dissolved gases , advantageously avoided.

Die gemessene Antwortverzögerung beinhaltet hierbei neben der eigentlichen, materialabhängigen Antwortverzögerung des fluoreszierenden Materials auch die Laufzeit des Lichtes von der Lichtquelle zum Fluorophor und von diesem zum Lichtdetektor. Aufgrund der großen baulichen Nähe der Komponenten - die Abstände liegen im Bereich von Millimetern bis höchstens einigen Zentimetern - liegt diese Laufzeitverzögerung jedoch selbst bei der Sauerstoffmessung in flüssigen Medien, in welchen aufgrund des Brechungsindexes >1 die Lichtgeschwindigkeit gegenüber ihrem Wert im Vakuum deutlich reduziert sein kann, im Bereich von höchstens einigen hundert Picosekunden und ist daher im Rahmen der Messgenauigkeit vernachlässigbar.In addition to the actual, material-dependent response delay of the fluorescent material, the measured response delay also includes the transit time of the light from the light source to the fluorophore and from this to the light detector. Due to the close structural proximity of the components - the distances are in the range from millimeters to a few centimeters at most - this transit time delay is even when measuring oxygen in liquid media, in which, due to the refractive index> 1, the speed of light can be significantly reduced compared to its value in a vacuum , in the range of at most a few hundred picoseconds and is therefore negligible in terms of measurement accuracy.

Nicht vernachlässigbar sind hingegen die Effekte der endlichen Anstiegszeiten von Lichtquelle und Lichtdetektor, also der Tatsache, dass sich, im Falle der Lichtquelle die Intensität des Anregungslichtpulses und im Falle des Lichtdetektors das Detektorsignal, erst mit endlicher Verzögerung aufbaut. In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird daher vorgeschlagen, die Antwortzeit zwischen einander entsprechenden Intensitätsmaxima in Anregungs- und Lumineszenzantwortlichtpuls zu messen. Hierbei werden lediglich die Maxima des Lumineszenzantwortlichtpulses durch tatsächlich Detektion des Lichtpulses ermittelt. Die Maxima des Anregungspulses werden hingegen aus der Steuerspannung und den bekannten Charakteristiken der Lichtquelle abgeleitet. Hierdurch lassen sich indirekte Intensitätseffekte vermeiden, wie sie beispielsweise bei einer Antwortzeitmessung zwischen zwei definierten Intensitätsschwellen die Folge wären. Um der Steuerung die Zuordnung zu erleichtern, sollte der Anregungspuls lediglich ein einziges Maximum aufweisen. Gleiches folgt dann in der Regel automatisch auch für den Lumineszenzlichtpuls, sofern nicht zwei (oder mehr) unterschiedliche fluoreszierende Materialien mit deutlich voneinander abweichenden materialabhängigen Antwortzeiten eingesetzt werden.In contrast, the effects of the finite rise times of the light source and light detector are not negligible, i.e. the fact that, in the case of the light source, the intensity of the excitation light pulse and in the case of the light detector the detector signal builds up only with a finite delay. In preferred embodiments of the invention it is therefore proposed to measure the response time between corresponding intensity maxima in excitation and luminescence response light pulses. In this case, only the maxima of the luminescence response light pulse are determined by actually detecting the light pulse. The maxima of the excitation pulse, on the other hand, are derived from the control voltage and the known characteristics of the light source. In this way, indirect intensity effects can be avoided, as would be the result, for example, with a response time measurement between two defined intensity thresholds. In order to make the assignment easier for the controller, the excitation pulse should only have a single maximum. The same then usually follows automatically for the luminescent light pulse, unless two (or more) different fluorescent materials are used with material-dependent response times that differ significantly from one another.

Im Gegensatz zu bekannten Sauerstoffsensoren, welche mit der Erfassung der Sauerstoffkonzentrationsabhängigen Lumineszenzintensität arbeiten, ob bei oder gelöschter Lumineszenz, bietet vorliegende Erfindung den Vorteil einer grundsätzlich zuverlässigeren Sauerstoffgehaltsmessung. Neben der Unabhängigkeit von unkontrollierbaren Intensitätsschwankungen Die Lichtquellen und Umgebungsparameter müssen nicht so exakt und reproduzierbar kontrolliert werden, wie bei bekannten, intensitätsbasierten optischen Sauerstoffsensoren. Darüber hinaus kann auch die Steuerungselektronik einfacher gestaltet werden, da zur Ansteuerung von Lichtquelle und Lichtdetektor keine hochwertigen Verstärker mit einem weiten linearen Bereich eingesetzt werden müssen. Hierdurch kann der Sensor kompakter, mit geringeren Toleranzen und günstigeren Komponenten und somit insgesamt kostengünstiger hergestellt werden.In contrast to known oxygen sensors, which work with the detection of the oxygen concentration-dependent luminescence intensity, whether with or when the luminescence is extinguished, the present invention offers the advantage of a fundamentally more reliable oxygen content measurement. In addition to being independent of uncontrollable fluctuations in intensity, the light sources and environmental parameters do not have to be controlled as precisely and reproducibly as with known, intensity-based optical oxygen sensors. In addition, the control electronics can also be made simpler, since no high-quality amplifiers with a wide linear range have to be used to control the light source and light detector. As a result, the sensor can be made more compact, with lower tolerances and cheaper components, and thus more cost-effectively overall.

Vorteilhafte Weiterbildung vorliegender Erfindung, welche einzeln oder in Kombination realisierbar sind, sofern sie sich nicht gegenseitig offensichtlich ausschließen, sollen nachfolgend kurz vorgestellt werden.Advantageous further developments of the present invention, which can be implemented individually or in combination, provided that they are not obviously mutually exclusive, will be briefly presented below.

Das im Messvolumen angeordnete Fluorophor ist bevorzugt plattenförmig und zumindest auf der der Lichtquelle und dem Lichtdetektor zugewandten Seite mit einem fluoreszierenden Material beschichtet. Alternativ kann auch die gesamte Fluorophorplatte aus dem fluoreszierenden Material gefertigt sein. Sie ist zudem bevorzugt an einer das Messvolumen begrenzenden Gehäuseinnenwand befestigt.The fluorophore arranged in the measuring volume is preferably plate-shaped and coated with a fluorescent material at least on the side facing the light source and the light detector. Alternatively, the entire fluorophore plate can also be made from the fluorescent material. It is also preferably attached to an inner wall of the housing that delimits the measurement volume.

Es wird vorgeschlagen, als fluoreszierendes Material des Fluorophors ein einen Rutheniumkomplex enthaltendes Material einzusetzen, denn hier liegen sowohl Anregungs- als auch Fluoreszenzwellenlänge im sichtbaren Spektrum. Zudem sind die Lebensdauern der angeregten Zustände weder so kurz, dass dadurch eine genaue Antwortverzögerungsmessung schwierig wäre, noch so lange als dass dadurch eine wiederholrate der Messung stark reduziert wäre. Die Antwortverzögerung liegt, abhängig von der Sauerstoffkonzentration, zwischen ca. 2 bis ca. 10 µs.
Besonders bevorzugt wird die Verwendung von Tris(4,7-diphenyl-1,10-phenantroline)Ruthenium(II)Perchlorat, welches bei Anregung mit Licht im Bereich von 520 nm hat und Fluoreszenzlicht mit 620 nm aussendet.
It is proposed to use a material containing a ruthenium complex as the fluorescent material of the fluorophore, because here both the excitation and fluorescence wavelengths lie in the visible spectrum. In addition, the lifetimes of the excited states are neither so short that an accurate response delay measurement would be difficult as a result, nor so long as that a repetition rate of the measurement would be greatly reduced. The response delay is between approx. 2 to approx. 10 µs, depending on the oxygen concentration.
The use of tris (4,7-diphenyl-1,10-phenantroline) ruthenium (II) perchlorate is particularly preferred, which when excited with light has a range of 520 nm and emits fluorescent light at 620 nm.

Die Lichtquelle und oder der Lichtdetektor können außerhalb des Messvolumens angeordnet sein und über ein Fenster aus für die Wellenlängenbereiche des Anregungs- und Lumineszenzlichtes transparenten Material optisch mit dem Fluorophor kommunizieren. Eine besonders kompakte und einfache Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sauerstoffsensors ergibt sich aber, wenn zumindest der Lichtdetektor, besonders bevorzugt aber Lichtdetektor und Lichtquelle innerhalb des Messvolumens im Inneren des Sensorgehäuses angeordnet sind.
In ersterem Fall kann der Lichtdetektor unmittelbar vor dem Fluorophor platziert werden, so dass auch ohne eine zusätzliche das Lumineszenzlicht fokussierende Optik eine ausreichende Intensität am Ort des Detektors messbar ist. Unmittelbar vor bedeutet in diesem Zusammenhang in einem Abstand welcher kleiner als die lateralle Ausdehnung des Fluorophors ist, besonders bevorzugt in einem Abstand welcher zwischen einem Drittel und zwei Drittel, der lateralen Ausdehnung entspricht. Die laterale Ausdehnung ist bei einem plattenförmigen Fluorophor durch Länge oder Breite dieser Platte gegeben.
The light source and / or the light detector can be arranged outside the measurement volume and optically communicate with the fluorophore via a window made of material that is transparent for the wavelength ranges of the excitation and luminescent light. A particularly compact and simple embodiment of the oxygen sensor according to the invention results, however, when at least the light detector, but particularly preferably the light detector and light source, are arranged within the measurement volume in the interior of the sensor housing.
In the first case, the light detector can be placed directly in front of the fluorophore, so that a sufficient intensity can be measured at the location of the detector even without additional optics that focus the luminescent light. In this context, immediately before means at a distance which is smaller than the lateral extent of the fluorophore, particularly preferably in a distance which corresponds to between one third and two thirds of the lateral extent. The lateral extent of a plate-shaped fluorophore is given by the length or width of this plate.

Wird zusätzlich die Lichtquelle im Messvolumen angeordnet, kann auf ein transparentes Fenster verzichtet und das Gehäuse einstückig aus einem beliebigen, der chemischen Beanspruchung durch das zu analysierende Fluid widerstehenden Material hergestellt werden, wobei ein solches Material in der Regel intransparent ist.If the light source is also arranged in the measuring volume, a transparent window can be dispensed with and the housing can be manufactured in one piece from any material that can withstand the chemical stress caused by the fluid to be analyzed, such a material usually being nontransparent.

Es wird darüber hinaus für besonders bevorzugte Ausführungsformen vorgeschlagen, eine Laserdiode mit einer Emissionsfrequenz im Anregungsspektralbereich des fluoreszierenden Materials zu verwenden. Die Vorteile sind hierbei dass eine Laserdiode auch ohne zusätzliche Maßnahmen bereits, erstens, Licht nur in einem engen Spektralbereich aussendet, was zum einen optische Filter unnötig macht und zum anderen den Energieverbrauch senkt und, zweitens, einen ausreichend gebündelten Lichtstrahl aussendet, was den Verzicht auf eine fokussierende Optik ermöglicht. Auch diese Vorteile erlauben einen besonders kompakten erfindungsgemäßen Sauerstoffsensor der nicht nur in der Herstellung, sondern auch im Betrieb kostengünstig ist.It is also proposed for particularly preferred embodiments to use a laser diode with an emission frequency in the excitation spectral range of the fluorescent material. The advantages here are that a laser diode, even without additional measures, firstly emits light only in a narrow spectral range, which on the one hand makes optical filters unnecessary and on the other hand lowers energy consumption and, secondly, emits a sufficiently bundled light beam, which makes it unnecessary allows focusing optics. These advantages also allow a particularly compact oxygen sensor according to the invention which is inexpensive not only to manufacture but also to operate.

Die Steuerung umfasst in bevorzugten Ausführungen einen der Lichtquelle vorgeschalteten Verstärker. In manchen Ausführungsformen kann auch ein dem Lichtdetektor nachgeschalteter Verstärker zur Verstärkung des analogen Detektorsignals vorhanden sein. Dieses wird bevorzugt dann mittels eines Analog-Digitalwandlers in ein digitales Detektorsignal umgewandelt. Das digitale Detektorsignal kann dann zur Auswertung und Ableitung des Messsignals einem Mikrokontroller zugeführt werden.In preferred embodiments, the control comprises an amplifier connected upstream of the light source. In some embodiments, an amplifier connected downstream of the light detector can also be present for amplifying the analog detector signal. This is then preferably converted into a digital detector signal by means of an analog-digital converter. The digital detector signal can then be fed to a microcontroller for evaluation and derivation of the measurement signal.

Der erfindungsgemäße Sauerstoffsensor ist bevorzugt so ausgestaltet, dass neben Gasgemischen auch Flüssigkeiten, jedenfalls insoweit diese wenigstens weitgehend transparent sind, analysiert werden können. Hierzu sind bei den Ausführungsformen, bei denen Lichtquelle und/oder Lichtdetektor im Messvolumen angeordnet sind, die elektrischen Zuleitungen flüssigkeitsdicht isoliert oder die Lichtquelle und/oder der Lichtdetektor als Ganzes samt ihren jeweiligen Zuleitungen in einer flüssigkeitsdichten Hülle geschützt.The oxygen sensor according to the invention is preferably designed in such a way that, in addition to gas mixtures, liquids can also be analyzed, at least insofar as these are at least largely transparent. For this purpose, in the embodiments in which the light source and / or light detector are arranged in the measuring volume, the electrical supply lines are insulated in a liquid-tight manner or the light source and / or the light detector as a whole, including their respective supply lines, are protected in a liquid-tight envelope.

Eine Umhüllung wird auch bei Einsatz mit gasförmigen Fluiden empfohlen, wo diese aggressive, hochreaktive Chemikalien enthalten können, wie beispielsweise beim Einsatz zur Sauerstoffmessung in der Abluft von Verbrennungsmaschinen oder Bioreaktoren. Eine solche Schutzhülle sollte also chemisch möglichst inert, gleichzeitig aber auch kostengünstig sein. Es wird darum insbesondere vorgeschlagen, Lichtquelle und oder Lichtdetektor in Glas oder Quarzglas zu hüllen bzw. einzukapseln, um sie vor direktem Kontakt mit dem Fluid zu schützen.Encapsulation is also recommended for use with gaseous fluids, where these can contain aggressive, highly reactive chemicals, such as when used for oxygen measurement in the exhaust air of combustion engines or bioreactors. Such a protective cover should therefore be as chemically inert as possible, but at the same time also be inexpensive. It is therefore proposed in particular to enclose or encapsulate the light source and / or light detector in glass or quartz glass in order to protect them from direct contact with the fluid.

Das Gehäuse ist bevorzugt zylinder- oder quaderförmig. Ein- und Auslass können an der gleichen oder an gegenüberliegenden Stirnseiten angeordnet sein. Vor dem Einlass ist in bevorzugten Ausführungsformen ein Schwebstofffilter vorgeschaltet um eine mögliche messungsverfälschende Trübung des Fluides zu verhindern. Aufgrund der erfindungsgemäßen ausschließlich antwortverzögerungsbasierten Sauerstoffanteilsermittlung ist dies jedoch weniger kritisch als bei intensitätsbasierten Sensoren.The housing is preferably cylindrical or cuboid. Inlet and outlet can be arranged on the same or on opposite end faces. In preferred embodiments, a suspended matter filter is connected upstream of the inlet in order to prevent possible turbidity of the fluid which would falsify the measurement. Due to the oxygen fraction determination based exclusively on response delay according to the invention, however, this is less critical than in the case of intensity-based sensors.

Für bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, kurze Anregungslichtpulse von einer Dauer zwischen 0,1 und 1 Mikrosekunde, insbesondere etwa 0,3 - 0,5, besonders bevorzugt 0,4 Mikrosekunden auszusenden.For preferred embodiments of the method according to the invention, it is proposed to emit short excitation light pulses with a duration between 0.1 and 1 microsecond, in particular about 0.3-0.5, particularly preferably 0.4 microseconds.

Jeder Puls kann mehrere Intensitätsmaxima aufweisen, wobei die Antwortverzögerung zwischen korrespondierenden Maxima also z.B. zwischen dem ersten Maximum des Anregungspulses und dem ersten Maximum des Antwortpulses, gemessen wird.Each pulse can have several intensity maxima, the response delay between corresponding maxima, e.g. between the first maximum of the excitation pulse and the first maximum of the response pulse, being measured.

Es wird jedoch zur Vereinfachung der Antwortverzögerungsmessung vorgeschlagen, Pulse mit einem, scharf definierten Maximum auszusenden, etwa sägezahn-, lorentz- oder gaussförmige Pulse.However, to simplify the response delay measurement, it is proposed to emit pulses with a sharply defined maximum, such as sawtooth, Lorentz or Gaussian pulses.

Die Steuerung kann im Allgemeinen für jede Messung den Sauerstoffgehalt bereits aus der mittels eines einzigen Anregungspulses gemessenen Antwortverzögerung bestimmen. Um jedoch die Genauigkeit zu erhöhen und unvermeidliche statistische Fehler zu reduzieren wird vorgeschlagen, in engem zeitlichen Abstand definiert durch eine Pulswiederholzeit mehrere Anregungspulse auszusenden und die Sauerstoffkonzentration anhand der mittleren Antwortverzögerung zu bestimmen. Als Pulswiederholzeit wird hierbei eine Zeit zwischen 1 bis 100 ms vorgeschlagen, bevorzugt 5 bis 20 ms. Die Zahl der Pulse beträgt insbesondere zwischen 2 und 100, bevorzugt zwischen 10 und 30, besonders bevorzugt 20.The controller can generally determine the oxygen content for each measurement from the response delay measured by means of a single excitation pulse. However, in order to increase the accuracy and to reduce inevitable statistical errors, it is proposed in to emit several excitation pulses defined by a pulse repetition time and to determine the oxygen concentration on the basis of the average response delay. A time between 1 to 100 ms, preferably 5 to 20 ms, is suggested as the pulse repetition time. The number of pulses is in particular between 2 and 100, preferably between 10 and 30, particularly preferably 20.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale vorliegender Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden anhand der Figuren näher erläuterte Ausführungsbeispiele. Diese sollen die Erfindung lediglich illustrieren und in keiner Weise in ihrer Allgemeinheit einschränken.Further details, advantages and features of the present invention emerge from the exemplary embodiments explained in more detail below with reference to the figures. These are only intended to illustrate the invention and in no way limit its generality.

Es zeigt:

  • 1: eine schematische Darstellung eines Sauerstoffsensors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
It shows:
  • 1 : a schematic representation of an oxygen sensor according to a preferred embodiment of the invention

In 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sauerstoffsensors gezeigt.
Der Sauerstoffsensor 1 umfasst das Gehäuse 2 mit je einem Einlass 21 und einem Auslass 22 an einer oberen Stirnseite. Dem Einlass 21 ist ein Schwebstofffilter 23 vorgeschaltet. Innerhalb des das Messvolumen 20 bildenden Gehäuseinneren sind angeordnet Laserdiode 3 als Anregungslichtquelle, ein plattenförmiges Fluorophor 4 und ein Lichtdetektor 5 bestehend aus einer Photodiode 51 hinter einem plattenförmigen optischen Filter 52. Der Filter 52 ist ein Tiefpassfilter, der sicherstellt, dass vom Fluorophor elastisch gestreutes Anregungslicht, welches also keine Wellenlängenänderung erfährt, die breitbandig arbeitende Photodiode 51 nicht direkt anregt.
Die hier schematisch außerhalb des Gehäuses 2 dargestellte Steuerung 6 kann in einer vom Messvolumen 20 separaten Kammer innerhalb des Gehäuses, jedoch auch innerhalb des Messvolumens 20 angeordnet werden. Sie umfasst wie dargestellt einen Vorverstärker 63 zur Verstärkung des Ansteuersignals der Laserdiode 3, einen Verstärker 65 zur Verstärkung des Detektorsignals der Photodiode 51. Das verstärkte Detektorsignal wird mittels des A/D-Wandlers 66 digitalisiert und dem Mikrokontroller 61 zugeführt, welcher daraus unter Rückgriff auf gespeicherte Kalibrationswerte, welche den Zusammenhang zwischen Sauerstoffkonzentration im Fluorophor 4 und der erwarteten Antwortverzögerung betreffen, die Sauerstoffkonzentration im Fluid.
In 1 a preferred embodiment of an oxygen sensor according to the invention is shown.
The oxygen sensor 1 includes the housing 2 with one inlet each 21 and an outlet 22nd on an upper face. The inlet 21 is a particulate filter 23 upstream. Within the the measuring volume 20th forming the interior of the housing are arranged laser diode 3 as an excitation light source, a plate-shaped fluorophore 4th and a light detector 5 consisting of a photodiode 51 behind a plate-shaped optical filter 52 . The filter 52 is a low-pass filter that ensures that the excitation light that is elastically scattered by the fluorophore, which does not experience any change in wavelength, is passed on to the broadband photodiode 51 does not directly stimulate.
The one here schematically outside the case 2 control shown 6th can be in one of the measuring volume 20th separate chamber within the housing, but also within the measuring volume 20th to be ordered. As shown, it includes a preamplifier 63 to amplify the control signal of the laser diode 3 , an amplifier 65 to amplify the detector signal of the photodiode 51 . The amplified detector signal is generated by means of the A / D converter 66 digitized and the microcontroller 61 supplied, which from it with recourse to stored calibration values, which the relationship between the oxygen concentration in the fluorophore 4th and the expected response delay relate to the oxygen concentration in the fluid.

Auf ein Ansteuersignal durch den Mikrokontroller 61 der Steuerung 6 hin sendet die Laserdiode 3 einen kurzen, etwa 0,4 Mikrosekunden dauernden Puls natürlicherweise recht scharf gebündelten und schmalbandigen Anregungslicht einer Wellenlänge von ca. 520 nm auf das Fluorophor 4. Mit einer von der Sauerstoffkonzentration im (fluoreszierenden Material des) Fluorophor 4 abhängigen Antwortpulsverzögerung emittiert dieses einen Lumineszenzlichtpuls mit einer Lichtwellenlänge von ca. 620 nm. Diese Emission geschieht isotrop in den vorderen Halbraum der der Photodiode 51 zugewandten Seite des Fluorophors 4. Der Lumineszenzlichtpuls kann den entsprechend gewählten Filter 52 passieren und wird von der Photodiode 51 detektiert, welche ein zur detektierten Intensität proportionales analoges Detektorsignal ausgibt. Dieses wird vom Verstärker 65 verstärkt, dann vom A/D-Wandler 66 digitalisiert und anschließend dem Mikrocontroller 61 zugeleitet, welcher hieraus ein die Sauerstoffkonzentration repräsentierendes Messsignal M errechnet und ausgibt.In response to a control signal from the microcontroller 61 the control 6th the laser diode sends out 3 a short pulse lasting about 0.4 microseconds, naturally very sharply bundled and narrow-band excitation light with a wavelength of approx. 520 nm on the fluorophore 4th . With one of the oxygen concentration in the (fluorescent material of the) fluorophore 4th Depending on the response pulse delay, it emits a luminescence light pulse with a light wavelength of approx. 620 nm. This emission occurs isotropically in the front half-space of the photodiode 51 facing side of the fluorophore 4th . The luminescence light pulse can use the appropriately selected filter 52 pass and is from the photodiode 51 detected, which outputs an analog detector signal proportional to the detected intensity. This is done by the amplifier 65 amplified, then from the A / D converter 66 digitized and then the microcontroller 61 fed, which therefrom a measurement signal representing the oxygen concentration M. calculates and outputs.

Die Zuleitungen 31 und 59 zu Lichtquelle bzw. Lichtdetektor sind durch die flüssigkeitsdichten Umhüllungen 32 bzw.58 vor direktem Flüssigkeitskontakt geschützt. Somit ist der Sensor auch für die Messung von Sauerstoff in, zumindest hinreichend, transparenten Flüssigkeiten geeignet.The supply lines 31 and 59 to the light source or light detector are protected from direct contact with liquid by the liquid-tight envelopes 32 or 58. The sensor is therefore also suitable for measuring oxygen in, at least sufficiently, transparent liquids.

In herkömmlichen Sauerstoffsensoren ist häufig eine Optik zur Fokussierung des Lumineszenzlichts auf den Lichtdetektor nötig. Da vorliegend die Photodiode 51 jedoch unmittelbar vor, also innerhalb eines Abstandes, der kleiner ist als die Länge oder Breite der Fluorophorplatte 4, vor dieser angeordnet ist, ist in dieser bevorzugten Ausführungsform keine fokussierende Optik vorgesehen. Eine solche ist aufgrund der natürlichen Strahlbündelung auch für die Laserdiode 3 nicht nötig, da diese bereits ohne eine Optik einen Strahl mit einem elliptischen Querschnitt und Öffnungswinkel von ca. 5° x 20° aussendet. Ebenso kann auf einen optischen Filter für die Laserdiode verzichtet werden. Insgesamt ist so ein wesentlich einfacherer und kompakterer Aufbau des Sauerstoffsensors ermöglicht.In conventional oxygen sensors, optics are often required to focus the luminescent light on the light detector. Here the photodiode 51 but immediately in front of, that is, within a distance which is smaller than the length or width of the fluorophore plate 4th , is arranged in front of this, no focusing optics are provided in this preferred embodiment. This is also the case for the laser diode due to the natural beam bundling 3 not necessary, as this emits a beam with an elliptical cross-section and an opening angle of approx. 5 ° x 20 ° even without optics. An optical filter for the laser diode can also be dispensed with. Overall, a significantly simpler and more compact construction of the oxygen sensor is made possible in this way.

Bei einer Änderung der tatsächlichen Sauerstoffkonzentration ergibt sich eine Verzögerung zwischen tatsächlicher und so gemessener Sauerstoffkonzentration daraus, dass die Sauerstoffkonzentration im Fluorophor sich der geänderten Konzentration des Fluides erst anpassen muss. Aufgrund des direkten Kontaktes zwischen fluoreszierendem Material des Fluorophors 4 und dem Fluid ist diese (Sensor-)Ansprechzeit genannte Verzögerung jedoch vergleichsweise gering und liegt im Bereich von ca. einer Sekunde bis einige Zehntelsekunden.If the actual oxygen concentration changes, there is a delay between the actual oxygen concentration and the oxygen concentration measured in this way because the oxygen concentration in the fluorophore first has to adapt to the changed concentration of the fluid. Due to the direct contact between fluorescent material of the fluorophore 4th and for the fluid, however, this delay, known as the (sensor) response time, is comparatively small and ranges from approximately one second to a few tenths of a second.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
SauerstoffsensorOxygen sensor
22
Gehäusecasing
2020th
MessvolumenMeasurement volume
2121
Einlassinlet
2222nd
AuslassOutlet
2323
SchwebstofffilterHEPA filters
33
LaserdiodeLaser diode
3131
Zuleitung zu 3Lead to 3
44th
FluorophorplatteFluorophore plate
55
LichtdetektorLight detector
5151
PhotodiodePhotodiode
5252
optischer Tiefpassfilteroptical low pass filter
5858
Umhüllung von 59Wrapping of 59
5959
Zuleitung zu 51Lead to 51
66th
Steuerungsteering
6161
MikrocontrollerMicrocontroller
6363
Vorverstärker für 3Preamplifier for 3
6565
Verstärker für 5Amplifier for 5
6666
A/D-Wandler A / D converter
MM.
MesssignalMeasurement signal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Claims (13)

Vorrichtung zur lumineszenzbasierten Messung des Sauerstoffgehalts eines Fluides, umfassend - ein Gehäuse (2) welches ein Messvolumen (20) einschließt und mit ◯ einem Einlass (21), durch welchen das Fluid in das Messvolumen (20) eintreten kann, und ◯ einem Auslass (22), durch welchen das Fluid aus dem Messvolumen (20) austreten kann, - eine Lichtquelle (3), welches Anregungslicht in einem ersten Wellenlängenbereich aussenden kann, - ein Fluorophor (4), welches ein sauerstoffsensitives fluoreszierenden Material enthält und in dem Messvolumen so angeordnet ist, dass das fluoreszierende Material in direktem Kontakt mit dem Fluid steht und mit dem von der Lichtquelle (3) ausgesendeten Anregungslicht beaufschlagt werden kann, wobei das Fluorophor (4) daraufhin als Antwort auf das Anregungslicht Lumineszenzlicht in einem zweiten Wellenlängenbereich aussendet, wobei o eine Intensität des Lumineszenzlichts abhängig ist von einer Intensität des Anregungslichts und dem Sauerstoffgehalt des Fluides, und o eine Antwortverzögerung des Lumineszenzlichts abhängig ist von dem Sauerstoffgehalt des Fluides aber im Wesentlichen unabhängig ist von der Intensität des Anregungslichts, - ein Lichtdetektor (5), welcher zumindest Licht innerhalb des zweiten Wellenlängenbereichs detektieren kann und ein eine detektierte Lichtintensität repräsentierendes, insbesondere dazu proportionales, analoges Detektorsignal ausgibt, und - eine Steuerung (6), welche die Lichtquelle (3) ansteuert und aus dem Detektorsignal ein den Sauerstoffgehalt des Fluides repräsentierendes analoges oder digitales Messsignal ableitet, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (6) dazu vorbereitet ist - mittels der Lichtquelle (3) das Anregungslicht in Form eines kurzen Lichtpulses auszusenden, - die Antwortverzögerung als Zeitdauer zwischen Aussendung des Anregungspulses und Detektion eines Lumineszenzlichtpulses zu messen, und - das Messsignal aus der Antwortverzögerung abzuleiten.Device for luminescence-based measurement of the oxygen content of a fluid, comprising - a housing (2) which encloses a measurement volume (20) and with mit an inlet (21) through which the fluid can enter the measurement volume (20), and ◯ an outlet ( 22), through which the fluid can exit the measuring volume (20), - a light source (3) which can emit excitation light in a first wavelength range, - a fluorophore (4) which contains an oxygen-sensitive fluorescent material and so in the measuring volume is arranged so that the fluorescent material is in direct contact with the fluid and can be exposed to the excitation light emitted by the light source (3), the fluorophore (4) thereupon emitting luminescent light in a second wavelength range in response to the excitation light, where o an intensity of the luminescent light is dependent on an intensity of the excitation light and the oxygen content of the fluid es, and o a response delay of the luminescent light is dependent on the oxygen content of the fluid but is essentially independent of the intensity of the excitation light, - a light detector (5) which can detect at least light within the second wavelength range and a light intensity that represents a detected light intensity, in particular outputs a proportional analog detector signal, and - a controller (6) which controls the light source (3) and derives an analog or digital measurement signal representing the oxygen content of the fluid from the detector signal, characterized in that the controller (6) is prepared for this - to emit the excitation light in the form of a short light pulse by means of the light source (3), - to measure the response delay as the time between emission of the excitation pulse and detection of a luminescent light pulse, and - to derive the measurement signal from the response delay. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kurze Lichtpuls durch eine Pulslänge von zwischen 0,1 bis 1 Mikrosekunden, insbesondere 0,4 Mikrosekunden hat.Device according to Claim 1 , characterized in that the short light pulse has a pulse length of between 0.1 to 1 microseconds, in particular 0.4 microseconds. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluorophor (4) - mit dem fluoreszierenden Material beschichtet ist oder aus einem solchen Material besteht, und/oder - plattenförmig ausgestaltet ist, und/oder - an einer Innenwand des Messvolumens (20) befestigt ist.Device according to Claim 1 or 2 , characterized in that the fluorophore (4) - is coated with the fluorescent material or consists of such a material, and / or - is designed in the form of a plate, and / or - is attached to an inner wall of the measuring volume (20). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein einen Ruthenium-Komplex enthaltendes fluoreszierendes Material, insbesondere Tris(4,7-diphenyl-1,10-phenantroline)Ruthenium(II)Perchlorat.Device according to one of the preceding claims, characterized by a fluorescent material containing a ruthenium complex, in particular tris (4,7-diphenyl-1,10-phenantroline) ruthenium (II) perchlorate. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (3) - innerhalb des Messvolumens angeordnet, und/oder - eine Laserdiode, und/oder - an einer Innenwand des Gehäuses (2) befestigt, und/oder - mit einem transparenten, chemisch inerten Material, insbesondere Glas oder Quarzglas, umhüllt ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the light source (3) - arranged within the measurement volume, and / or - a laser diode, and / or - attached to an inner wall of the housing (2), and / or - with a transparent one , chemically inert material, in particular glass or quartz glass, is encased. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtdetektor (5) - innerhalb des Messvolumens angeordnet, und/oder - eine Photodiode und durch einen optischen Tiefpassfilter welcher Licht des ersten Wellenlängenbereichs herausfiltert, Licht des zweiten Wellenlängenbereichs hingegen passieren lässt, und welcher insbesondere zwischen der Photodiode (5) und dem Fluorophor (4) und/oder der Lichtquelle (3) angeordnet ist, vor einer direkten Beaufschlagung mit Anregungslicht geschützt ist, - unmittelbar vor dem Fluorophor (4), also in einem Abstand angeordnet ist, welcher kleiner ist als eine laterale Ausdehnung des Fluorophors (4), insbesondere die Hälfte oder weniger, bevorzugt ¼ oder weniger dieser lateralen Ausdehnung beträgt, und/oder - mit einem transparenten, chemisch inerten Material, insbesondere Glas oder Quarzglas, umhüllt ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the light detector (5) - arranged within the measurement volume, and / or - a photodiode and through an optical low-pass filter which filters out light of the first wavelength range, but allows light of the second wavelength range to pass, and which is arranged in particular between the photodiode (5) and the fluorophore (4) and / or the light source (3), is protected from direct exposure to excitation light, - is arranged immediately in front of the fluorophore (4), i.e. at a distance which is smaller than a lateral extent of the fluorophore (4), in particular half or less, preferably 1/4 or less of this lateral extent, and / or - is encased with a transparent, chemically inert material, in particular glass or quartz glass. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (6) - einen der Lichtquelle (3) vorgeschalteten Verstärker (63), und/oder - einen dem Lichtdetektor (5) nachgeschalteten Verstärker (65), und/oder - einen A/D-Wandler (66) zur Digitalisierung des analogen Detektorsignals und/oder - einen Mikrocontroller (61) zur Ansteuerung der Lichtquelle (3) und Auswertung des digitalisierten Detektorsignals umfasst.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the controller (6) - an amplifier (63) connected upstream of the light source (3), and / or - an amplifier (65) connected downstream of the light detector (5), and / or - a A / D converter (66) for digitizing the analog detector signal and / or - a microcontroller (61) for controlling the light source (3) and evaluating the digitized detector signal. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Sauerstoffmessung in transparenten Flüssigkeiten geeignet ist, indem elektrische Zuleitungen zu der Lichtquelle (3) und/oder dem Lichtdetektor (5) isoliert oder Lichtquelle (3) und/oder Lichtdetektor (5) mitsamt ihren jeweiligen Zuleitungen mit einer transparenten flüssigkeitsdichten Hülle vor direktem Fluidkontakt geschützt sind.Device according to Claim 2 , characterized in that the device is suitable for measuring oxygen in transparent liquids by isolating electrical leads to the light source (3) and / or the light detector (5) or isolating the light source (3) and / or light detector (5) together with their respective leads are protected from direct fluid contact by a transparent, liquid-tight cover. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (21) - an derselben Seite oder an gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses (2) angeordnet ist wie der Auslass (22), und/oder - einen vorgeschalteten Fluidfilter zum Herausfiltern von Schwebstoffen aufweist,Device according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet (21) - is arranged on the same side or on opposite sides of the housing (2) as the outlet (22), and / or - has an upstream fluid filter for filtering out suspended matter , Verfahren zum Betreiben einer lumineszenzbasierten Sauerstoffmessvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-9 zur Messung des Sauerstoffgehalts eines Fluides, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Steuerung (6) (a) mittels der Lichtquelle (3) das Fluorophor (4) mit einem kurzen Anregungslichtpuls beaufschlagt wird, (b) mittels des Lichtdetektors (5) ein Lumineszenzlichtpuls des Fluorophors als Antwort auf den Anregungslichtpuls detektiert wird, (c) die Antwortverzögerung, also die Zeit zwischen Aussendung des Anregungslichtpulses und Detektion des Lumineszenzlichtpulses gemessen, und (d) hieraus der Sauerstoffgehalt des Fluides bestimmt und ein diesen repräsentierendes Messsignal ausgegeben wird.Method for operating a luminescence-based oxygen measuring device according to one of the Claims 1 - 9 for measuring the oxygen content of a fluid, characterized in that the controller (6) (a) acts on the fluorophore (4) with a short excitation light pulse by means of the light source (3), (b) by means of the light detector (5) a luminescence light pulse of the Fluorophore is detected as a response to the excitation light pulse, (c) the response delay, i.e. the time between emission of the excitation light pulse and detection of the luminescence light pulse, and (d) the oxygen content of the fluid is determined from this and a measurement signal representing this is output. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte (a) - (c) mehrfach wiederholt werden und die Bestimmung des Sauerstoffgehalts in Schritt (d) anhand einer mittleren Antwortverzögerung erfolgt.Procedure according to Claim 10 , characterized in that steps (a) - (c) are repeated several times and the oxygen content is determined in step (d) on the basis of an average response delay. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte (a) - (c) zwischen 1 und 99 mal, insbesondere zwischen 9 und 29 mal, bevorzugt 19 mal wiederholt werden.Procedure according to Claim 11 , characterized in that steps (a) - (c) are repeated between 1 and 99 times, in particular between 9 and 29 times, preferably 19 times. Verfahren nach einem der Ansprüche 10-12, dadurch gekennzeichnet, dass die Antwortverzögerung in Schritt (c) zwischen korrespondierenden Intensitätsmaxima von Anregungslichtpuls und Luminiszenzlichtpuls gemessen wird.Method according to one of the Claims 10 - 12th , characterized in that the response delay is measured in step (c) between corresponding intensity maxima of the excitation light pulse and the luminescence light pulse.
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