DE102022116884A1 - Optical measuring device for spectral analysis of a sample - Google Patents
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Abstract
Die Offenbarung betrifft eine optische Messvorrichtung zur spektralen Analyse einer Probe und umfasst eine Beleuchtungseinheit, die dazu eingerichtet ist, die Probe mit Licht zu bestrahlen, sowie eine Spektralsensoreinheit, die dazu eingerichtet ist, über einen ersten Beobachtungspfad von der Probe transmittiertes Licht zu erfassen und ein entsprechendes erstes Sensorsignal bereitzustellen, und über einen zweiten Beobachtungspfad das von der Beleuchtungseinheit abgestrahlte Licht unabhängig von der Probe zu erfassen und ein entsprechendes zweites Sensorsignal bereitzustellen. Dabei befinden sich die Beleuchtungseinheit und die Spektralsensoreinheit auf derselben Seite der Probe.The disclosure relates to an optical measuring device for the spectral analysis of a sample and includes an illumination unit that is set up to irradiate the sample with light, as well as a spectral sensor unit that is set up to detect light transmitted by the sample via a first observation path and a to provide a corresponding first sensor signal, and to detect the light emitted by the illumination unit independently of the sample via a second observation path and to provide a corresponding second sensor signal. The illumination unit and the spectral sensor unit are located on the same side of the sample.
Description
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine optische Messvorrichtung zur spektralen Analyse einer Probe, auf ein entsprechendes Verfahren, auf die Verwendung der optischen Messvorrichtung in einer agrartechnischen oder lebensmitteltechnologischen Vorrichtung, wobei die spektrale Analyse möglichst ohne störenden Eingriff in den ablaufenden Prozess durchgeführt wird.The present disclosure relates to an optical measuring device for the spectral analysis of a sample, to a corresponding method, to the use of the optical measuring device in an agricultural or food technology device, whereby the spectral analysis is carried out as far as possible without disturbing intervention in the ongoing process.
In beispielhaften Ausgestaltungen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf Messvorrichtungen und Messverfahren, die dazu ausgebildet sind, in unterbrechungsfreier oder unterbrechungsarmer Weise die (diffuse) Transmission von Licht durch die Probe spektrometrisch zu erfassen und auszuwerten, um damit präzise Rückschlüsse auf Eigenschaften der Probe ziehen zu können.In exemplary embodiments, the present disclosure relates to measuring devices and measuring methods that are designed to spectrometrically record and evaluate the (diffuse) transmission of light through the sample in an uninterrupted or uninterrupted manner in order to be able to draw precise conclusions about the properties of the sample .
Unter einem Spektrometer ist eine Anordnung zu verstehen, die dazu eingerichtet ist, die Intensität von einfallendem Licht in Abhängigkeit von der Wellenlänge zu erfassen und ein entsprechendes Signal auszugeben. Dies kann beispielsweise auf Basis von Dispersion (beispielsweise durch ein Gitter oder Prisma), filterbasiert, mit selektiver Empfindlichkeit oder interferometrisch erfolgen.A spectrometer is an arrangement that is designed to record the intensity of incident light depending on the wavelength and to output a corresponding signal. This can be done, for example, on the basis of dispersion (for example through a grating or prism), filter-based, with selective sensitivity or interferometrically.
Ausgestaltungen von Spektrometern als solches sind bekannt. Üblicherweise umfasst ein Spektrometer drei funktional voneinander abgrenzbare Elemente, wobei diese strukturell durchaus kombiniert sein können. Ein erstes Element dient dem „Sammeln“ einfallenden Lichts (bzw. elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren Bereich und in dem sichtbaren Bereich benachbarten Bereichen). Ein zweites Element dient dem „Auftrennen“ des einfallenden Lichts zur Separierung verschiedener Wellenlängen im Licht. Das erste Element und das zweite Element können gemeinsam in einer optischen Baugruppe zusammengefasst sein. Ein drittes Element dient zur Detektion des einfallenden Lichts, das das erste Element und das zweite Element passiert hat. Beispielsweise werden Einzelsensoren oder pixelbasierte Sensor-Arrays verwendet. Üblicherweise ist ferner eine Steuereinheit zur Steuerung und Auswertung vorgesehen.Designs of spectrometers as such are known. A spectrometer usually comprises three functionally distinct elements, although these can certainly be structurally combined. A first element serves to “collect” incident light (or electromagnetic radiation in the visible range and in areas adjacent to the visible range). A second element is used to “split up” the incident light to separate different wavelengths in the light. The first element and the second element can be combined together in an optical assembly. A third element is used to detect the incident light that has passed through the first element and the second element. For example, individual sensors or pixel-based sensor arrays are used. A control unit is also usually provided for control and evaluation.
Messsysteme zur spektralen Auswertung von Proben sind in verschiedenen Gestaltungen grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Dies umfasst Anordnungen für die Absorptionsspektroskopie. Häufig handelt es sich um Systeme zum Einsatz in Laborumgebungen. Es sind Messsysteme bekannt, die auf der Beobachtung von Transmission von Licht durch die Probe beruhen. Zum anderen existieren Messsysteme, die sich die Reflexion von Licht an der Probe zu Nutze machen.Measuring systems for the spectral evaluation of samples are generally known in various designs from the prior art. This includes arrangements for absorption spectroscopy. These are often systems for use in laboratory environments. Measuring systems are known which are based on the observation of the transmission of light through the sample. On the other hand, there are measuring systems that make use of the reflection of light on the sample.
Bei beiden Arten von Messsystemen dienen sogenannte Normale (auch bezeichnet als Standards) dazu, die Einflüsse des Messaufbaus bei einer Messung von den Eigenschaften der Probe zu trennen. Bei der Absorptionsspektroskopie, die auf der Transmission von Licht beruht, werden beispielsweise mit sogenannten „Schwarz“- und „Weiß“-Normalen Sensorsignale erfasst, die repräsentativ für Signale sehr heller bzw. sehr dunkler Proben stehen. Grundsätzlich weisen erfasste Sensorsignale nämlich Merkmale auf, die sowohl aus der Probe bzw. der Interaktion mit der Probe resultieren als auch von der Messvorrichtung bzw. deren Umgebung herrühren. Da die (Proben-) Eigenschaften der Normale aber bekannt sind, können die Vorrichtungseigenschaften allein (d.h. probenunabhängig) ermittelt werden und bei einer Messung unbekannter Proben entsprechend kompensiert bzw. numerisch korrigiert werden. Zu den Vorrichtungseigenschaften, die auf das Messsignal Einfluss nehmen können, zählen beispielsweise eine wellenlängenabhängige Emission der Beleuchtung durch die Vorrichtung, eine wellenlängenabhängige Empfindlichkeit der Detektoren, sowie Stör- und Fremdlicht, das von der Vorrichtung nicht genügend abgeschirmt wird. Wird dieser Vorgang vor einer Messung durchgeführt, kann eine initiale Kalibrierung der Messvorrichtung erfolgen.In both types of measurement systems, so-called standards (also referred to as standards) are used to separate the influences of the measurement setup during a measurement from the properties of the sample. In absorption spectroscopy, which is based on the transmission of light, for example, so-called “black” and “white” standards are used to record sensor signals that are representative of signals from very bright or very dark samples. Basically, detected sensor signals have characteristics that result both from the sample or the interaction with the sample and from the measuring device or its environment. However, since the (sample) properties of the standards are known, the device properties can be determined alone (i.e. independent of the sample) and compensated or numerically corrected accordingly when measuring unknown samples. The device properties that can influence the measurement signal include, for example, a wavelength-dependent emission of the illumination by the device, a wavelength-dependent sensitivity of the detectors, as well as interference and extraneous light that is not adequately shielded by the device. If this process is carried out before a measurement, an initial calibration of the measuring device can take place.
Die Messergebnisse in Bezug auf die zu messenden Proben ordnen sich in der Regel zwischen den beiden Messwerten für die Normale „Schwarz“ und „Weiß“ ein. Denkbar sind aber auch Normale bzw. Hilfsnormale, die nicht unbedingt einem Rand (Extremum) des Dynamikumfangs der Messung zuzuordnen sind, sondern innerhalb dieses Umfangs angeordnet sind.The measurement results in relation to the samples to be measured are usually between the two measurement values for the standard “black” and “white”. However, standards or auxiliary standards are also conceivable, which are not necessarily assigned to an edge (extremum) of the dynamic range of the measurement, but are arranged within this range.
Für möglichst präzise Messergebnisse sollten idealerweise Veränderungen der Messbedingungen während des Betriebes der Messvorrichtung berücksichtigt werden. Solche Veränderungen können beispielsweise aus Ablagerungen oder Verschmutzungen an der Lichtquelle resultieren oder aus Änderungen von Intensität oder Farbtemperatur der Lichtquelle im Laufe der Betriebszeit. Weiterhin sind auch thermische Einflüsse auf das Messsystem relevant hinsichtlich etwaiger Schwankungen in der Empfindlichkeit bzw. der Verfälschung von Messergebnissen. So können sich optische Bauteile oder Detektorbauteile innerhalb des in der Messvorrichtung verwendeten Spektrometers in ihren Eigenschaften derart verändern, dass sich Messungenauigkeiten ergeben können. Entlang der Kette zwischen Lichtquelle, Probe und Sensoreinheit können diverse Faktoren einen Einfluss auf die spektrale Messung haben. Gerade bei einem Dauerbetrieb der Messvorrichtung (nicht nur Einzelmessungen oder intermittierende Messungen) ist mit einem gewissen Drift beim Messergebnis zu rechnen. Dies gilt umso mehr, je weiter sich die konkrete Messaufgabe von idealen Laborumgebungen entfernt.For the most precise measurement results possible, changes in the measurement conditions during operation of the measuring device should ideally be taken into account. Such changes can result, for example, from deposits or contamination on the light source or from changes in the intensity or color temperature of the light source over the course of operating time. Furthermore, thermal influences on the measuring system are also relevant with regard to any fluctuations in sensitivity or falsification of measurement results. The properties of optical components or detector components within the spectrometer used in the measuring device can change in such a way that measurement inaccuracies can arise. Along the chain between the light source, sample and sensor unit, various factors can have an influence on the spectral measurement. Especially when the measuring device is in continuous operation (not just individual measurements or intermittent measurements), a certain amount of drift in the measurement result is to be expected. This is even more true more the further the specific measurement task is from ideal laboratory environments.
Um weiterhin korrekte Messergebnisse sicherzustellen, sind daher in regelmäßigen Zeitabständen Rekalibrierungen mit den genannten Hilfsnormalen erforderlich. Dies erhöht den Aufwand und erfordert gegebenenfalls eine Unterbrechung des beobachteten Prozesses. Daher scheidet regelmäßig auch eine engmaschige Rekalibrierung aus. In der Regel wird für die Rekalibrierung die Probe aus der Probenebene entfernt und durch die Normale bzw. Kalibrierstandards ersetzt. Nach Messung der Normale wird die Probe dann wieder in die Probenebene gebracht und in Bezug auf die jüngst ermittelten Normale gemessen.In order to continue to ensure correct measurement results, recalibrations with the auxiliary standards mentioned are required at regular intervals. This increases the effort and may require an interruption of the observed process. Therefore, regular recalibration is not necessary. As a rule, for recalibration, the sample is removed from the sample plane and replaced by the standards or calibration standards. After measuring the standards, the sample is then brought back into the sample plane and measured in relation to the recently determined standards.
Allerdings ist dieser Vorgang nicht nur störend und zeitaufwendig, sondern unter Umständen gar nicht realisierbar. Dies gilt insbesondere für zumindest teilweise kontinuierliche Prozesse im landwirtschaftlichen, lebensmitteltechnologischen oder einem vergleichbaren industriellen Umfeld. Derartige Prozessen sollen idealerweise unterbrechungsfrei ablaufen.However, this process is not only disruptive and time-consuming, but may not be possible at all. This applies in particular to at least partially continuous processes in agricultural, food technology or a comparable industrial environment. Such processes should ideally run without interruption.
Die
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Die Verwendung von transmittiertem Licht zur Untersuchung einer Probe ist beispielsweise aus der
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Die vorstehend beschriebenen und weitere bekannte Ansätze und Vorrichtungen zur Bestimmung von Probeneigenschaften mittels Transmissionsmessungen müssen sich ebenso der Herausforderung des Einsatzes im praktischen Betrieb, also beispielsweise auf dem Feld oder in einem landwirtschaftlichen oder lebensmitteltechnologischen Betrieb, stellen.The above-described and other known approaches and devices for determining Measurement of sample properties using transmission measurements must also face the challenge of use in practical operations, for example in the field or in an agricultural or food technology company.
Aufgrund der rauen Einsatzbedingungen ist eine Nachreferenzierung bzw. Nachkalibrierung des Detektors durch ein Hilfsnormal wünschenswert. Während, wie oben beschrieben, bei Reflexionsmessungen ein Einschwenken eines Hilfsnormals die Rekalibrierung ermöglicht, kann bei Transmissionsmessungen in der Regel kein Hilfsnormal eingeschwenkt werden, da hier die Probe schlicht „im Weg“ ist, wenn sie wie üblich zwischen Lichtquelle und Detektor positioniert und ggfs. Bestandteil eines Materialstroms ist. Wenn nun dieser Materialstrom möglichst direkt - im Sinne einer Inprozessmessung - erfasst und ausgewertet werden soll, bedeutet dies im Umkehrschluss, dass die Messvorrichtung mit Beleuchtungsfenster und Transmissionslicht-Eintrittsfenster möglichst nahe an einen Pfad/Kanal der Materialströmung herangeführt werden muss. Ein Hilfsnormal kann dort nicht einfach so platziert werden.Due to the harsh operating conditions, it is desirable to re-reference or re-calibrate the detector using an auxiliary standard. While, as described above, pivoting in an auxiliary standard enables recalibration in reflection measurements, it is generally not possible to pivot in an auxiliary standard in transmission measurements because the sample is simply “in the way” when it is positioned as usual between the light source and detector and, if necessary, Is part of a material stream. If this material flow is to be recorded and evaluated as directly as possible - in the sense of an in-process measurement - this conversely means that the measuring device with the illumination window and transmission light entry window must be brought as close as possible to a path/channel of the material flow. An auxiliary standard cannot simply be placed there.
Bei Messungen von Proben im landwirtschaftlichen oder lebensmitteltechnologischen Bereich hat sich herausgestellt, dass Messungen mittels Transmission gegenüber Messungen mittels Reflexion in der Regel den Vorteil bieten, dass die Signalstärke höher ist. Dies hängt mit den in diesen Bereichen verwendeten Stoffen und Materialien zusammen, die oftmals eine granulare Struktur mit vielen Hohlräumen aufweisen und damit mehrfache Reflexion bei diffuser Transmission ermöglichen. Ferner können Proben zumindest teilweise fluidisch sein, insbesondere zumindest teilweise verflüssigt. Gegebenenfalls kann bei Transmissionsmessungen auf kostengünstige Detektoren zurückgegriffen werden, während bei Reflexionsmessungen unter Umständen empfindlichere Detektoren, wie beispielsweise Indium-Gallium-Arsenid-Detektoren, erforderlich sind.When measuring samples in the agricultural or food technology sector, it has been found that measurements using transmission generally offer the advantage over measurements using reflection in that the signal strength is higher. This is due to the substances and materials used in these areas, which often have a granular structure with many cavities and thus enable multiple reflections with diffuse transmission. Furthermore, samples can be at least partially fluid, in particular at least partially liquefied. If necessary, inexpensive detectors can be used for transmission measurements, while more sensitive detectors, such as indium-gallium-arsenide detectors, may be required for reflection measurements.
Eine allgemeine Zielsetzung für die Entwicklung und Gestaltung optischer Messvorrichtungen zur Eigenschaftsanalyse von Proben, insbesondere für den industriellen und agrartechnischen Einsatz, ist die Erhöhung der Genauigkeit und die Verbesserung der Robustheit bzw. Tauglichkeit für den Einsatz unter rauen Bedingungen, wie beispielsweise bei Verwendung in landwirtschaftlichen Vorrichtungen, lebensmitteltechnologischen Anlagen und dgl. Ferner sollte eine optische Messvorrichtung bei solchen Anwendungen einen kontinuierlichen Einsatz, möglichst unterbrechungsarm oder unterbrechungsfrei, ermöglichen. Darüber hinaus sollen die verbesserten Eigenschaften möglichst ohne zusätzlichen Kostenaufwand, vorzugsweise mit geringerem Kostenaufwand, realisierbar sein.A general objective for the development and design of optical measuring devices for the property analysis of samples, especially for industrial and agricultural use, is to increase the accuracy and improve the robustness or suitability for use under harsh conditions, such as when used in agricultural devices , food technology systems and the like. Furthermore, an optical measuring device should enable continuous use in such applications, with as little or no interruption as possible. In addition, the improved properties should be able to be achieved as far as possible without additional costs, preferably at lower costs.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Offenbarung die Aufgabe zugrunde, eine optische Messvorrichtung zur spektralen Analyse einer Probe bereitzustellen, die möglichst unterbrechungsfrei eingesetzt werden kann und mit der sich dauerhaft hohe Messgenauigkeiten realisieren lassen. Die Messvorrichtung soll für agrartechnische und verwandte lebensmitteltechnologische Anwendungen geeignet sein, insbesondere im Hinblick auf die Robustheit der Vorrichtung. Die Messvorrichtung soll für Anwendungen im landwirtschaftlichen oder lebensmitteltechnologischen Umfeld geeignet sein. Die Messvorrichtung soll möglichst eine Inprozessmessung eines Materialstroms ermöglichen, ohne dass der Materialstrom als solches beeinflusst wird.Against this background, the present disclosure is based on the object of providing an optical measuring device for the spectral analysis of a sample, which can be used as uninterrupted as possible and with which long-term high measurement accuracy can be achieved. The measuring device should be suitable for agricultural and related food technology applications, especially with regard to the robustness of the device. The measuring device should be suitable for applications in the agricultural or food technology environment. The measuring device should, if possible, enable in-process measurement of a material stream without influencing the material stream as such.
Zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen zieht die vorliegende Offenbarung darauf ab, eine optische Messvorrichtung zur spektralen Analyse anzugeben, die bei idealerweise einfachem und kostengünstigem Aufbau eine hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit ermöglicht. Allgemein soll sich die Messvorrichtung zum Einsatz im Agri-Food-Umfeld und in verwandten Bereichen (Agrarenergiebereich, Lebensmitteltechnologie und ähnliches) eignen.At least in exemplary embodiments, the present disclosure aims to provide an optical measuring device for spectral analysis, which enables high accuracy and reliability with an ideally simple and inexpensive structure. In general, the measuring device should be suitable for use in the agri-food environment and in related areas (agricultural energy sector, food technology and similar).
Diese Aufgabe wird durch eine optische Messvorrichtung zur spektralen Analyse einer Probe gelöst, wobei die Messvorrichtung Folgendes aufweist:
- - eine Beleuchtungseinheit, die dazu eingerichtet ist, die Probe mit Licht zu bestrahlen, und
- - eine Spektralsensoreinheit, die dazu eingerichtet ist,
- - über einen ersten Beobachtungspfad von der Probe transmittiertes Licht zu erfassen und ein entsprechendes erstes Sensorsignal bereitzustellen, und
- - über einen zweiten Beobachtungspfad das von der Beleuchtungseinheit abgestrahlte Licht unabhängig von der Probe zu erfassen und ein entsprechendes zweites Sensorsignal bereitzustellen,
wobei sich die Beleuchtungseinheit und die Spektralsensoreinheit auf derselben Seite der Probe befinden.This task is solved by an optical measuring device for the spectral analysis of a sample, the measuring device having the following:
- - an illumination unit that is designed to irradiate the sample with light, and
- - a spectral sensor unit that is set up to
- - to detect light transmitted by the sample via a first observation path and to provide a corresponding first sensor signal, and
- - to detect the light emitted by the lighting unit independently of the sample via a second observation path and to provide a corresponding second sensor signal,
wherein the illumination unit and the spectral sensor unit are on the same side of the sample.
Auf diese Weise wird die Aufgabe der Erfindung vollkommen gelöst.In this way the object of the invention is completely solved.
Offenbarungsgemäß wird die Probe mittels Licht analysiert, das von der Probe transmittiert wurde. Das erste Sensorsignal ist damit im Vergleich zu einem Signal, das primär auf Reflexion basiert, idealerweise stärker, wodurch eine präzisere spektrale Analyse der Eigenschaften der Probe ermöglicht sein kann. Die Analyse der Probe erfolgt beispielsweise mit einem Aufbau, bei dem sich die Beleuchtungseinheit und die Spektralsensoreinheit auf derselben Seite der Probe befinden, also nicht durch die Probe voneinander getrennt sind. Dadurch kann die Vorrichtung auch den widrigen Umständen beispielsweise in agrartechnischen Maschinen standhalten. Selbst wenn die Probe beispielsweise Getreidekörner, Häckselgut, Silage oder Gülle umfasst, ermöglicht die Anordnung eine genaue und robuste Transmissionsmessung.According to the disclosure, the sample is analyzed using light transmitted by the sample. In comparison to a signal that is primarily based on reflection, the first sensor signal is ideally stronger, which can enable more precise spectral analysis of the sample's properties. The sample is analyzed, for example, with a structure in which the illumination unit and the spectral sensor unit are located on the same side of the sample, i.e. are not separated from each other by the sample. This means that the device can also withstand adverse circumstances, for example in agricultural machinery. Even if the sample includes, for example, cereal grains, chopped material, silage or manure, the arrangement enables precise and robust transmission measurement.
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ist unter einer Anordnung der Beleuchtungseinheit und der Spektralsensoreinheit auf derselben Seite der Probe eine Positionierung zu verstehen, bei der die Probe nicht räumlich zwischen der Beleuchtungseinheit und der Spektralsensoreinheit angeordnet ist. Auf diese Weise wird auf eine Anordnung verzichtet, bei der der Beobachtungsstrahlengang des ersten Beobachtungspfades und dazugehörige Beleuchtungsstrahlengang zumindest in Nachbarschaft zur Probe im Wesentlichen koaxial angeordnet sind. Mit anderen Worten wird eine Durchlichtanordnung, wie sie bei Mikroskopen oder anderen Bildverarbeitungsanwendungen genutzt wird, bewusst vermieden. Auf diese Weise eignet sich die Messvorrichtung zur Beobachtung von Materialströmungen, wobei auf einen etwaigen Durchmesser eines Strömungskanals keine Rücksicht genommen werden muss, da die Messvorrichtung seitlich an eine solchen Strömungskanal angeflanscht sein kann.In the context of the present disclosure, an arrangement of the illumination unit and the spectral sensor unit on the same side of the sample is to be understood as meaning a positioning in which the sample is not spatially arranged between the illumination unit and the spectral sensor unit. In this way, an arrangement is dispensed with in which the observation beam path of the first observation path and the associated illumination beam path are arranged essentially coaxially, at least in the vicinity of the sample. In other words, a transmitted light arrangement, as used in microscopes or other image processing applications, is deliberately avoided. In this way, the measuring device is suitable for observing material flows, with no need to take any diameter of a flow channel into account, since the measuring device can be flanged laterally to such a flow channel.
In einer beispielhaften Ausgestaltung bezieht sich demgemäß die Anordnung der Beleuchtungseinheit und der Spektralsensoreinheit auf derselben Seite der Probe auf eine benachbarte Anordnung der Beleuchtungseinheit und der Spektralsensoreinheit in einem Umfangsabschnitt des Strömungskanals. In Bezug auf einen solchen Strömungskanal und dessen gedachtes Zentrum sind also die Beleuchtungseinheit und die Spektralsensoreinheit gerade nicht um 180° in Bezug auf das Zentrum zueinander versetzt. Stattdessen sind die Beleuchtungseinheit und die Spektralsensoreinheit in einem Umfangsabschnitt mit einer Erstreckung von weniger als 180°, vorzugsweise von weniger als 90°, weiter bevorzugt von weniger als 45° angeordnet. In einer beispielhaften Ausgestaltung liegen der erste Beobachtungspfad und der zugehörige Beleuchtungspfad geometrisch in derselben Hemisphäre in Bezug auf ein (gedachtes) Zentrum des Strömungskanals, wobei eine Symmetrieachse der Hemisphäre senkrecht zur (gedachten) Strömungsrichtung orientiert ist.In an exemplary embodiment, the arrangement of the illumination unit and the spectral sensor unit on the same side of the sample accordingly relates to an adjacent arrangement of the illumination unit and the spectral sensor unit in a peripheral section of the flow channel. With respect to such a flow channel and its imaginary center, the lighting unit and the spectral sensor unit are not offset from one another by 180° with respect to the center. Instead, the lighting unit and the spectral sensor unit are arranged in a circumferential section with an extension of less than 180°, preferably less than 90°, more preferably less than 45°. In an exemplary embodiment, the first observation path and the associated illumination path lie geometrically in the same hemisphere with respect to an (imaginary) center of the flow channel, with an axis of symmetry of the hemisphere being oriented perpendicular to the (imaginary) flow direction.
Diese beispielhafte Unterteilung lässt sich auch auf Strömungskanäle mit nicht-rundem Querschnitt übertragen. Bei einem Strömungskanal mit rechteckigem Querschnitt heißt dies beispielsweise, dass die Beleuchtungseinheit und die Spektralsensoreinheit gemeinsam auf einer der vier Seiten des Rechtecks angeordnet sind. Die Anordnung der Beleuchtungseinheit und der Spektralsensoreinheit können gerade bei Berücksichtigung einer strömenden Probe auch einen Versatz entlang der Strömungsrichtung zwischen der Beleuchtungseinheit und der Spektralsensoreinheit umfassen. Die spektroskopische Erfassung erfolgt also nicht nach dem Durchlichtprinzip. Stattdessen wird bewusst auf die Erfassung von Licht abgestellt, dass anderweitig von der Probe transmittiert wurde.This exemplary division can also be transferred to flow channels with a non-round cross section. In the case of a flow channel with a rectangular cross section, this means, for example, that the lighting unit and the spectral sensor unit are arranged together on one of the four sides of the rectangle. The arrangement of the illumination unit and the spectral sensor unit can also include an offset along the flow direction between the illumination unit and the spectral sensor unit, especially when taking into account a flowing sample. The spectroscopic detection is therefore not based on the transmitted light principle. Instead, the intention is to capture light that was otherwise transmitted by the sample.
Zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen erlaubt die Messvorrichtung eine Inprozessmessung bzw. Inprozessüberwachung. Dies kann auch bei widrigen Bedingungen erfolgen. Die Messvorrichtung eignet sich zur Überwachung eines Materialstroms, beispielsweise zur Überwachung von Erntegut oder vergleichbaren Gütern.At least in exemplary embodiments, the measuring device allows in-process measurement or in-process monitoring. This can also be done in adverse conditions. The measuring device is suitable for monitoring a material flow, for example for monitoring crops or comparable goods.
Die Gestaltung der Messvorrichtung erlaubt die stetige Bereitstellung eines Referenzsignals. Idealerweise steht dauerhaft ein Referenzsignal zur Verfügung, das nicht oder nur minimal von der Probe beeinflusst ist. In beispielhaften Ausgestaltungen erfolgt die Erfassung über den ersten Beobachtungspfad und den zweiten Beobachtungspfad zeitparallel (simultan). Mit anderen Worten stehen zumindest zeitweise (vorzugsweise dauerhaft) während des Betriebs der Messvorrichtung erste Sensorsignale über den ersten Beobachtungspfad und zweite Sensorsignale über den zweiten Beobachtungspfad bereit. Idealerweise steht jederzeit ein Referenzsignal zur Verfügung, das die Berücksichtigung/Eliminierung externer Einflüsse erlaubt, die nicht auf die Probe zurückgehen.The design of the measuring device allows the constant provision of a reference signal. Ideally, a reference signal is permanently available that is not or only minimally influenced by the sample. In exemplary embodiments, the detection takes place via the first observation path and the second observation path in parallel time (simultaneously). In other words, first sensor signals via the first observation path and second sensor signals via the second observation path are available at least temporarily (preferably permanently) during operation of the measuring device. Ideally, a reference signal is available at all times that allows the consideration/elimination of external influences that do not originate from the sample.
Beispielhaft lässt sich diese Gestaltung auch dann nutzen, wenn zusätzlich ein Normal (Schwarznormal oder Weißnormal) genutzt wird. Auch dann kann es von Vorteil sein, wenn zusätzlich zum Normal (beispielsweise in den ersten Beobachtungspfad eingefahren) eine Referenz über den zweiten Beobachtungspfad zur Verfügung steht. Sodann können etwaige Einflüsse, die nicht auf das jeweilige Normal zurückgehen, erfasst und berücksichtigt werden.For example, this design can also be used if a normal (black normal or white normal) is also used. It can also be advantageous if, in addition to the normal (for example moved into the first observation path), a reference is available via the second observation path. Any influences that do not relate to the respective standard can then be recorded and taken into account.
Zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen entfällt jedoch die Verwendung von zusätzlichen (beispielsweise mechanisch einfahrbaren/einschwenkbaren) Hilfsnormalen (zum Beispiel Schwarznormal oder Weißnormal), da das von der Lichtquelle abgestrahlte Licht auch unabhängig von der Probe erfasst wird. Gemäß diesen Ausgestaltungen entfallen zum einen komplizierte mechanische Bauteile, was den Aufbau der Messvorrichtung grundsätzlich vereinfacht. Zum anderen erhöht sich die Robustheit der Vorrichtung, da insbesondere bewegliche Teile wegfallen, die gerade bei Vibrationen oder Stößen oftmals Schaden nehmen und damit ursächlich für verfälschte Messergebnisse sein können.At least in exemplary embodiments, however, there is no need to use additional (for example mechanically retractable/pivotable) auxiliary standards (for example black standards or white standards), since the light emitted by the light source is also detected independently of the sample. According to these configurations, complicated mechanical components are eliminated, which fundamentally simplifies the structure of the measuring device. On the other hand, it increases the robustness of the device, as there are no moving parts in particular, which are often damaged by vibrations or shocks and can therefore be the cause of falsified measurement results.
Grundsätzlich kann die probenunabhängige Beobachtung der Lichtquelle bei der offenbarungsgemäßen Messvorrichtung dauerhaft und ohne Unterbrechung des Messvorgangs erfolgen, während die Vermessung eines Hilfsnormals eine dedizierte Messung notwendig macht, bei der die eigentliche Messung der Probe unterbrochen werden muss, weil beispielsweise das Hilfsnormal in den Lichtpfad zwischen Lichtquelle und Detektor eingeschwenkt werden muss. Mithin kann eine zeitlich parallele Referenzierung anstatt einer zeitlich seriellen Referenzierung vorgenommen werden. D.h. die Referenzierung kann gleichzeitig mit der Messung der Probe erfolgen, so dass kein zeitlicher Versatz zwischen Probenmessung und Messung der Abweichung von einem Normal auftritt. Damit können jeweilige Abweichungen viel präziser erfasst werden, so dass die Genauigkeit der Messung der Probeneigenschaften deutlich gesteigert werden kann.In principle, the sample-independent observation of the light source in the measuring device according to the disclosure can take place permanently and without interrupting the measuring process, while the measurement of an auxiliary standard requires a dedicated measurement in which the actual measurement of the sample must be interrupted because, for example, the auxiliary standard falls into the light path between the light source and detector must be swiveled in. A temporally parallel referencing can therefore be carried out instead of a temporally serial referencing. This means that the referencing can take place at the same time as the measurement of the sample, so that there is no time lag between the sample measurement and the measurement of the deviation from a standard. This means that the respective deviations can be recorded much more precisely, so that the accuracy of the measurement of the sample properties can be significantly increased.
Dass das über den zweiten Beobachtungspfad von der Beleuchtungseinheit abgestrahlte Licht unabhängig von der Probe erfasst werden kann, bedeutet, dass der zweite Beobachtungspfad an der Probe vorbeigeht, diese also nicht passiert. Mit anderen Worten findet zwischen dem abgestrahlten Licht auf diesem Beobachtungspfad und der Probe keine Interaktion statt, so dass das Licht dieses Pfades von der Probe, und damit insbesondere von deren lichtverändernden Eigenschaften unbeeinflusst bleibt. Die Beobachtung der Beleuchtungseinheit über die Spektralsensoreinheit bzw. genauer gesagt die Erfassung von Licht über den zweiten Beobachtungspfad erfolgt vorzugsweise simultan mit der Erfassung von Licht über den ersten Beobachtungspfad. Es ist aber auch denkbar, dass die Erfassung von Licht über den zweiten Beobachtungspfad und die Erfassung von Licht über den ersten Beobachtungspfad zeitlich versetzt (d.h. asynchron) erfolgt, wobei der zeitliche Versatz beispielsweise einen vorbestimmten Wert annimmt. Auch eine teilweise zeitliche Überlappung ist denkbar. Ferner kann die Erfassung von Licht über beide Pfade (jeweils) in diskreten, aber bevorzugt möglichst kurzen zeitlichen Abständen erfolgen. Die zeitlichen Abstände entsprechen vorzugsweise der Integrationszeit des zugeordneten Detektors (oder der jeweils zugeordneten Detektoren) in der Spektralsensoreinheit. Grundsätzlich denkbar ist aber auch eine Erfassung des Lichtes über den ersten Pfad und den zweiten Pfad in kontinuierlicher Weise.The fact that the light emitted by the illumination unit via the second observation path can be detected independently of the sample means that the second observation path goes past the sample, i.e. does not pass through it. In other words, there is no interaction between the light emitted on this observation path and the sample, so that the light on this path remains unaffected by the sample, and thus in particular by its light-changing properties. The observation of the lighting unit via the spectral sensor unit or, more precisely, the detection of light via the second observation path preferably takes place simultaneously with the detection of light via the first observation path. However, it is also conceivable that the detection of light via the second observation path and the detection of light via the first observation path take place at a time offset (i.e. asynchronously), with the time offset assuming, for example, a predetermined value. A partial temporal overlap is also conceivable. Furthermore, the detection of light via both paths (each) can take place at discrete, but preferably as short as possible, time intervals. The time intervals preferably correspond to the integration time of the assigned detector (or the respective assigned detectors) in the spectral sensor unit. In principle, it is also conceivable to capture the light via the first path and the second path in a continuous manner.
Der erste Beobachtungspfad umfasst einen Beobachtungsstrahlengang, der direkt oder mittelbar auf die Probe gerichtet ist. Üblicherweise ist ferner ein Beleuchtungsstrahlengang vorgesehen, über den die Probe von der Beleuchtungseinheit beleuchtet wird, wobei transmittiertes Licht, das mit der Probe interagiert hat, in den Beobachtungsstrahlengang des ersten Beobachtungspfades eintritt. Der zweite Beobachtungspfad umfasst einen Beobachtungsstrahlengang, der direkt oder mittelbar auf die Beleuchtungseinheit gerichtet ist. Mit anderen Worten fällt beim zweiten Beobachtungspfad der Beobachtungsstrahlengang zumindest abschnittsweise mit dem Beleuchtungsstrahlengang zusammen, da das Licht der Beleuchtungseinheit ohne Interaktion mit der Probe in den Beobachtungsstrahlengang des zweiten Beobachtungspfades eintritt.The first observation path includes an observation beam path that is directed directly or indirectly at the sample. Typically, an illumination beam path is also provided, via which the sample is illuminated by the illumination unit, with transmitted light that has interacted with the sample entering the observation beam path of the first observation path. The second observation path includes an observation beam path that is directed directly or indirectly at the lighting unit. In other words, in the second observation path, the observation beam path coincides at least in sections with the illumination beam path, since the light from the illumination unit enters the observation beam path of the second observation path without interaction with the sample.
Eine offenbarungsgemäße Spektralsensoreinheit umfasst gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung eine gemeinsame Optik für beide (gleichwohl hinreichend voneinander getrennten) Beobachtungspfade, die zum Führen, Sammeln des Lichts und zum Auftrennen des Lichts in verschiedene Wellenlängenbereiche nutzbar ist. Diese Gestaltung kann gemäß einer ersten Variante mit einem (einzigen) spektralen Detektor kombiniert werden, der dazu befähigt ist, Licht über beide Beobachtungspfade zu empfangen. Gemäß einer zweiten Variante kann diese Gestaltung mit zwei spektralen Detektoren kombiniert werden, die jeweils einem der beiden Pfade zugeordnet sind. Diese Gestaltungen können ferner eine Platzierung der Komponenten auf einer gemeinsamen Platine umfassen. Insgesamt kann eine derart gestaltete Spektralsensoreinheit als integrierte Spektralsensoreinheit bezeichnet werden.According to an exemplary embodiment, a spectral sensor unit according to the disclosure comprises common optics for both (albeit sufficiently separated) observation paths, which can be used to guide, collect the light and separate the light into different wavelength ranges. According to a first variant, this design can be combined with a (single) spectral detector that is capable of receiving light via both observation paths. According to a second variant, this design can be combined with two spectral detectors, each of which is assigned to one of the two paths. These designs may further include placement of the components on a common circuit board. Overall, a spectral sensor unit designed in this way can be referred to as an integrated spectral sensor unit.
Eine offenbarungsgemäße Spektralsensoreinheit umfasst gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung zwei Spektralsensoren, die jeweils eine eigene Optik sowie einen eigenen spektralen Detektor umfassen. Jeder der beiden spektralen Sensoren ist einem der beiden spektralen Beobachtungspfade zugeordnet. Die beiden Spektralsensoren können in geeigneter Weise miteinander kombiniert werden. Dies kann eine benachbarte oder voneinander beabstandete Anordnung umfassen. Insgesamt kann eine derartige Spektralsensoreinheit als verteilte Spektralsensoreinheit bezeichnet werden.According to a further exemplary embodiment, a spectral sensor unit according to the disclosure comprises two spectral sensors, each of which includes its own optics and its own spectral detector. Each of the two spectral sensors is assigned to one of the two spectral observation paths. The two spectral sensors can be combined with one another in a suitable manner. This may include an adjacent or spaced arrangement. Overall, such a spectral sensor unit can be referred to as a distributed spectral sensor unit.
Unabhängig davon, ob eine integrierte Spektralsensoreinheit oder eine verteilte Spektralsensoreinheit gegeben ist, ist eine gemeinsame Auswertung der erfassten Sensorsignale der beiden Beobachtungspfade vorgesehen. Auf diese Weise kann das über den zweiten Beobachtungspfad bereitgestellte Referenzsignal bei der Auswertung des über den ersten Beobachtungspfad bereitgestellten Sensorsignals berücksichtigt werden. Unabhängig davon, ob die spektralen Detektoren strukturell miteinander gekoppelt sind, ist auf diese Weise eine funktionale Kopplung gegeben.Regardless of whether there is an integrated spectral sensor unit or a distributed spectral sensor unit, a joint evaluation of the detected sensor signals from the two observation paths is provided. In this way, the reference signal provided via the second observation path can be taken into account when evaluating the sensor signal provided via the first observation path. Regardless of whether the spectral detectors are structured are actually coupled with each other, a functional coupling is achieved in this way.
In einer beispielhaften Ausgestaltung weist die optische Messvorrichtung ein Trennelement auf, das dazu eingerichtet ist, einen Reflexionspfad, der von der Probe (direkt) reflektiertes Licht an die Spektralsensoreinheit liefert, zu blockieren. Das Licht, das im ersten Beobachtungspfad erfasst wird, umfasst mehrheitlich solches Licht, das durch die Probe transmittiert wurde. Anteile von direkt reflektiertem Licht sind zwar grundsätzlich nicht schädlich für die Messung, enthalten aber weniger Information über die Probenbeschaffenheit. Es ist also wünschenswert durch die geometrisch-optische Anordnung von Beleuchtung, Probe, Trennelement und erstem Beobachtungspfad einen möglichst hohen Anteil transmittieren Lichtes und einen niedrigen Anteil reflektierten Lichtes zu erfassen. Üblicherweise kann jedoch ein niedriger Anteil an reflektiertem Licht nicht ausgeschlossen werden. Eine Anpassung oder Optimierung des Trennelementes kann je nach Probenbeschaffenheit erfolgen. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise, das Verhältnis von direkt reflektiertem Licht zu transmittiertem Licht in Abhängigkeit von der Granularität bei Schüttgütern und dergleichen optimieren.In an exemplary embodiment, the optical measuring device has a separating element that is designed to block a reflection path that delivers light reflected (directly) from the sample to the spectral sensor unit. The light that is recorded in the first observation path mostly includes light that was transmitted through the sample. Although parts of directly reflected light are generally not harmful to the measurement, they contain less information about the sample properties. It is therefore desirable to capture the highest possible proportion of transmitted light and a low proportion of reflected light through the geometric-optical arrangement of lighting, sample, separating element and first observation path. However, a low proportion of reflected light cannot usually be ruled out. The separating element can be adjusted or optimized depending on the nature of the sample. In this way, for example, the ratio of directly reflected light to transmitted light can be optimized depending on the granularity of bulk materials and the like.
Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung ist ferner ein Reflexionsbeobachtungspfad vorgesehen, über den durch eine lichtempfindliche Sensoreinheit direkt von der Probe reflektiertes Licht, insbesondere ortsaufösend, erfasst wird. Demgemäß ist die Messvorrichtung bewusst dazu eingerichtet, über einen weiteren, dritten Beobachtungspfad (auch: Reflexionspfad) von der Probe direkt reflektiertes Licht zu erfassen und ein entsprechendes weiteres Sensorsignal (Reflexionssignal) bereitzustellen. Zu diesem Zweck eignet sich als Sensoreinheit beispielsweise ein ortsauflösender lichtempfindlicher Sensor, beispielsweise eine Kamera mit Bildsensorarray, der zusätzlich zu dem zumindest einen Spektralsensor der Spektralsensoreinheit vorgesehen ist. Der ortsauflösende Sensor erfasst gemäß dieser Ausführungsform keine in Wellenlängenbereiche unterteilten spektrometrischen Signale. Die Erfassung erfolgt in dieser Ausführungsform spektralzerlegungsfrei, wobei grundsätzlich auch eine spektrometrische Erfassung über den Reflexionsbeobachtungspfad denkbar ist. Auf diese Weise lassen sich weitere Referenzdaten gewinnen, die bei der Auswertung nutzbar sind.According to an exemplary embodiment, a reflection observation path is further provided, via which light reflected directly from the sample is detected, in particular with spatial resolution, by a light-sensitive sensor unit. Accordingly, the measuring device is deliberately set up to detect light directly reflected from the sample via a further, third observation path (also: reflection path) and to provide a corresponding further sensor signal (reflection signal). A suitable sensor unit for this purpose is, for example, a spatially resolving light-sensitive sensor, for example a camera with an image sensor array, which is provided in addition to the at least one spectral sensor of the spectral sensor unit. According to this embodiment, the spatially resolving sensor does not detect any spectrometric signals divided into wavelength ranges. In this embodiment, the detection takes place without spectral decomposition, although in principle spectrometric detection via the reflection observation path is also conceivable. In this way, additional reference data can be obtained that can be used in the evaluation.
In einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist die Spektralsensoreinheit dazu eingerichtet, das von der Beleuchtungseinheit abgestrahlte Licht direkt zu erfassen. Unter einer direkten Erfassung des abgestrahlten Lichts durch die Spektralsensoreinheit ist zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen zu verstehen, dass das Licht auf dem zweiten Beobachtungspfad in Form freier Lichtausbreitung (ohne Umlenkung) zu der Spektralsensoreinheit gelangt. Angestrebt wird generell eine möglichst geringe Wechselwirkung mit der Probe, vorzugsweise keinerlei Wechselwirkung mit der Probe. Ferner wird das Licht gemäß dieser Ausführungsform idealerweise nicht durch eine optische Einheit beeinflusst. Insofern verläuft der zweite Beobachtungspfad gemäß dieser Ausgestaltung entlang eines Pfades, der sich direkt und ohne Beeinflussung durch optische Elemente zwischen der Beleuchtungseinheit und der Spektralsensoreinheit erstreckt.In a further exemplary embodiment, the spectral sensor unit is set up to directly detect the light emitted by the lighting unit. Direct detection of the emitted light by the spectral sensor unit means, at least in exemplary embodiments, that the light reaches the spectral sensor unit on the second observation path in the form of free light propagation (without deflection). The aim is generally to have as little interaction as possible with the sample, preferably no interaction at all with the sample. Furthermore, according to this embodiment, the light is ideally not influenced by an optical unit. In this respect, according to this embodiment, the second observation path runs along a path that extends directly and without being influenced by optical elements between the lighting unit and the spectral sensor unit.
In einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist die Spektralsensoreinheit dazu eingerichtet, das von der Beleuchtungseinheit abgestrahlte Licht über eine optische Einheit (auch: optisch wirksame Einheit) zu erfassen. Dies bezieht sich beispielhaft auf den ersten und/oder den zweiten Beobachtungspfad Beispiele für optische Einheiten sind Spiegel, diffuse Flächen (insbesondere Hilfsnormale), Lichtleiter, Linsen, Strahlteiler, Homogenisierer, Filter und Strahltransformatoren. Idealerweise ist bekannt, in welcher Weise die optischen Einheiten Einfluss auf das von der Beleuchtungseinheit abgestrahlte Licht nehmen, damit deren Einfluss bei der Auswertung des entsprechenden Sensorsignals berücksichtigt werden kann.In a further exemplary embodiment, the spectral sensor unit is set up to detect the light emitted by the lighting unit via an optical unit (also: optically effective unit). This refers by way of example to the first and/or the second observation path. Examples of optical units are mirrors, diffuse surfaces (in particular auxiliary standards), light guides, lenses, beam splitters, homogenizers, filters and beam transformers. Ideally, it is known in which way the optical units influence the light emitted by the lighting unit so that their influence can be taken into account when evaluating the corresponding sensor signal.
In einer anderen beispielhaften Ausgestaltung weist die Spektralsensoreinheit der optischen Messvorrichtung einen ersten Strahlengang und einen zweiten Strahlengang auf, wobei der erste Strahlengang dazu eingerichtet ist, das von der Probe transmittierte Licht über den ersten Beobachtungspfad aufzunehmen, und wobei der zweite Strahlengang dazu eingerichtet ist, das von der Beleuchtungseinheit unabhängig von der Probe abgestrahlte Licht über den zweiten Beobachtungspfad aufzunehmen. Beispielsweise sind der erste Beobachtungspfad und der zweite Beobachtungspfad hinreichend räumlich oder baulich voneinander getrennt, damit Wechselwirkungen möglichst vermieden werden. Damit kann die Spektralsensoreinheit das Licht des ersten Beobachtungspfades über den ersten Strahlengang unabhängig von dem Licht des zweiten Beobachtungspfades über den zweiten Strahlengang (und umgekehrt) erfassen.In another exemplary embodiment, the spectral sensor unit of the optical measuring device has a first beam path and a second beam path, the first beam path being set up to record the light transmitted by the sample via the first observation path, and the second beam path being set up to do so to record light emitted by the lighting unit independently of the sample via the second observation path. For example, the first observation path and the second observation path are sufficiently spatially or structurally separated from one another so that interactions are avoided as far as possible. The spectral sensor unit can thus detect the light of the first observation path via the first beam path independently of the light of the second observation path via the second beam path (and vice versa).
In einer beispielhaften Ausgestaltung weisen der erste Beobachtungspfad und der zweite Beobachtungspfad eine gemeinsame spektroskopische Optikeinheit auf, durch die das von der Probe transmittierte Licht entlang des ersten Beobachtungspfads und das von der Beleuchtungseinheit unabhängig von der Probe abgestrahlte Licht entlang des zweiten Beobachtungspfads laufen.In an exemplary embodiment, the first observation path and the second observation path have a common spectroscopic optical unit through which the light transmitted by the sample runs along the first observation path and the light emitted by the illumination unit independently of the sample runs along the second observation path.
In einer beispielhaften Ausgestaltung weist die Spektralsensoreinheit eine monolithische Optikeinheit (auch: Optik) auf, in die zumindest der erste Beobachtungspfad oder der zweite Beobachtungspfad zumindest abschnittsweise integriert sind. In einer beispielhaften Ausgestaltung sind der erste Beobachtungspfad und der zweite Beobachtungspfad - zumindest abschnittsweise - in die monolithische Optikeinheit integriert. Diese Gestaltung kann ferner einen oder mehrere Spektralsensoren umfassen, die der Optikeinheit benachbart sind, so dass insgesamt ein kompaktes Modul entsteht, das zumindest Strahlführung (Optikeinheit) und Detektor für den ersten Beobachtungspfad und den zweiten Beobachtungspfad umfasst. Grundsätzlich ist es auch vorstellbar, jeweils für den ersten Beobachtungspfad und den zweiten Beobachtungspfad eine separate monolithische Optik vorzusehen.In an exemplary embodiment, the spectral sensor unit has monolithic optics unit (also: optics) into which at least the first observation path or the second observation path are integrated at least in sections. In an exemplary embodiment, the first observation path and the second observation path are integrated - at least in sections - into the monolithic optical unit. This design can further include one or more spectral sensors that are adjacent to the optical unit, so that overall a compact module is created that includes at least a beam guide (optical unit) and a detector for the first observation path and the second observation path. In principle, it is also conceivable to provide separate monolithic optics for the first observation path and the second observation path.
Eine beispielhafte Ausgestaltung einer monolithischen Optik für ein Spektrometer ist in der
In einer beispielhaften Ausgestaltung münden die beiden Beobachtungspfade in einem gemeinsamen Detektor, wobei es sich bei dem Detektor beispielhaft um einen ortsauflösenden Detektor handelt. Beispielsweise werden die Spektren des einfallenden Lichts der beiden Beobachtungspfade in zwei unterschiedlichen Detektordimensionen abgebildet. Dies kann simultan erfolgen. Die jeweilige Orientierung ist beispielhaft an ein Dispersionselement angepasst, das dem jeweiligen Beobachtungspfad zugeordnet ist. Beispielsweise stellen dann zwei voneinander verschiedene Detektorzeilen jeweils einen Messkanal dar. Derartige Spektralsensoren nutzen beispielsweise eine Sensormatrix bzw. einen Sensorarray, wobei die Beobachtungspfade verschiedenen Abschnitten davon zugewiesen werden können.In an exemplary embodiment, the two observation paths lead to a common detector, the detector being, for example, a spatially resolving detector. For example, the spectra of the incident light from the two observation paths are imaged in two different detector dimensions. This can be done simultaneously. The respective orientation is, for example, adapted to a dispersion element that is assigned to the respective observation path. For example, two different detector rows each represent a measurement channel. Such spectral sensors use, for example, a sensor matrix or a sensor array, whereby the observation paths can be assigned to different sections of it.
In einer beispielhaften Ausgestaltung weist die Spektralsensoreinheit zwei Spektralsensoren auf, von denen einer dem ersten Beobachtungspfad und ein weiterer dem zweiten Beobachtungspfad zugeordnet ist. In einer beispielhaften Ausgestaltung sind die beiden Spektralsensoren einander benachbart oder voneinander beabstandet angeordnet. Beispielsweise handelt es sich bei den Spektralsensoren um sogenannte Zeilendetektoren, die jeweils einem der Beobachtungspfade zugeordnet sind.In an exemplary embodiment, the spectral sensor unit has two spectral sensors, one of which is assigned to the first observation path and another to the second observation path. In an exemplary embodiment, the two spectral sensors are arranged adjacent to one another or spaced apart from one another. For example, the spectral sensors are so-called line detectors, each of which is assigned to one of the observation paths.
Im Sinne der vorliegenden Offenbarung beziehen sich die Begriffe erster Beobachtungspfad und zweiter Beobachtungspfad auf die Unterteilung des Lichts, das der Spektralsensoreinheit zugeführt wird. Der erste Beobachtungspfad bezieht sich auf Licht, das mit der Probe interagiert hat, üblicherweise transmittierend. Der zweite Beobachtungspfad bezieht sich auf Licht, das probenunabhängig (idealerweise ohne Interaktion mit der Probe) der Spektralsensoreinheit zugeführt wird.For the purposes of the present disclosure, the terms first observation path and second observation path refer to the subdivision of the light that is supplied to the spectral sensor unit. The first observation path relates to light that has interacted with the sample, usually transmitting. The second observation path refers to light that is supplied to the spectral sensor unit independently of the sample (ideally without interaction with the sample).
In einer Ausgestaltung der optischen Messvorrichtung weisen der erste Beobachtungspfad und der zweite Beobachtungspfad eine gemeinsame spektroskopische Optik auf, durch die das von der Probe transmittierte Licht und das von der Beleuchtungseinheit unabhängig von der Probe abgestrahlte Licht laufen. Damit läuft das Licht des ersten Beobachtungspfades und das Licht des zweiten Beobachtungspfades durch dieselbe spektroskopische Optik. Die spektroskopische Optik kann als optische Elemente eines oder mehrere von Spiegeln, Lichtleitern, Linsen, Strahlteilern, Homogenisierern, Filtern, Strahltransformatoren, Beugungsgitter, Prismen und Blenden (beispielsweise einen optischen Spalt) umfassen.In one embodiment of the optical measuring device, the first observation path and the second observation path have a common spectroscopic optics through which the light transmitted by the sample and the light emitted by the illumination unit independently of the sample pass. This means that the light from the first observation path and the light from the second observation path pass through the same spectroscopic optics. The spectroscopic optics can include, as optical elements, one or more of mirrors, light guides, lenses, beam splitters, homogenizers, filters, beam transformers, diffraction gratings, prisms and apertures (for example an optical slit).
Die Verwendung einer gemeinsamen spektrometrischen Optik für das Licht beider Beobachtungspfade hat den Vorteil, dass etwaige Einflüsse auf den ersten Beobachtungspfad (Messkanal zur Beobachtung der Probe) auch den zweiten Beobachtungspfad (Referenzpfad) beeinflussen. Auf diese Weise können derartige Einflüsse teilweise oder vollständig kompensiert werden.The use of common spectrometric optics for the light of both observation paths has the advantage that any influences on the first observation path (measuring channel for observing the sample) also influence the second observation path (reference path). In this way, such influences can be partially or completely compensated for.
Sofern der erste Beobachtungspfad und der zweite Beobachtungspfad jeweils geradlinig ausgerichtet sind, ist eine zueinander geneigte Orientierung vorstellbar. Auf diese Weise wird dem Umstand Rechnung getragen, dass der zweite Beobachtungspfad direkt auf die Beleuchtungseinheit und der erste Beobachtungspfad direkt auf die von der Beleuchtungseinheit angestrahlte Probe, aber nicht direkt auf die Beleuchtungseinheit, gerichtet ist. Dies gilt zumindest für beispielhafte Ausgestaltungen. Ein Neigungswinkel zwischen den ersten Beobachtungspfad und den zweiten Beobachtungspfad liegt beispielsweise in einem Bereich zwischen 10° und 170°, insbesondere in einem Bereich zwischen 75° und 105°. Es versteht sich, dass die (Strahlengänge umfassenden) Beobachtungspfade in anderen Ausgestaltungen auch optisch wirksame Elemente aufweisen können, die Strahlen ablenken oder anderweitig beeinflussen.If the first observation path and the second observation path are each aligned in a straight line, an orientation inclined to one another is conceivable. In this way, the fact is taken into account that the second observation path is directed directly at the illumination unit and the first observation path is directed directly at the sample illuminated by the illumination unit, but not directly at the illumination unit. This applies at least to exemplary embodiments. An angle of inclination between the first observation path and the second observation path is, for example, in a range between 10° and 170°, in particular in a range between 75° and 105°. It is understood that the observation paths (comprising beam paths) in other embodiments can also have optically effective elements that deflect or otherwise influence beams.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung weist die Spektralsensoreinheit zumindest einen Spektralsensor mit zumindest einem fotoelektrischen Detektor auf, der dazu eingerichtet ist, Licht im sichtbaren Bereich und im Nahinfrarotbereich zu erfassen. Dies umfasst beispielsweise den Bereich zwischen 550 nm und 1100 nm (Nanometer). Das erfassbare Spektrum ist üblicherweise abhängig vom Detektormaterial. Sichtbares Licht umfasst beispielsweise Wellenlängen zwischen 380 nm und 750 nm, wobei für die spektrale Erfassung und Auswertung gegebenenfalls nur Teilbereiche genutzt werden. Der Nahinfrarotbereich umfasst beispielsweise Wellenlängen zwischen 690 nm und 3000 nm, wobei für die spektrale Erfassung und Auswertung gegebenenfalls nur Teilbereiche genutzt werden. Der Fachmann kann das erfassbare Spektrum durch Wahl eines geeigneten Detektormaterials beeinflussen, wobei grundsätzlich auch andere Frequenzbereiche als sichtbares Licht und Nahinfrarot denkbar sind, beispielsweise UV-Strahlung.According to a further exemplary embodiment, the spectral sensor unit has at least one spectral sensor with at least one photoelectric detector, which is set up to detect light in the visible range and in the near-infrared range. This includes, for example, the range between 550 nm and 1100 nm (nanometers). The spectrum that can be detected usually depends on the detector material. Visible light, for example, includes wavelengths between 380 nm and 750 nm, although only partial ranges may be used for spectral recording and evaluation. The near-infrared range, for example, includes wavelengths between 690 nm and 3000 nm, although only partial ranges may be used for spectral recording and evaluation. The person skilled in the art can influence the detectable spectrum by choosing a suitable detector material, with frequency ranges other than visible light and near-infrared also being conceivable, for example UV radiation.
Üblicherweise ist der erfassbare Bereich vom verwendeten Detektormaterial abhängig. Beispielsweise handelt es sich bei dem fotoelektrischen Detektor um einen Fotodiodensensor. Denkbar ist die Verwendung von Detektoren Silizium-Basis, Germanium-Basis und Indium-Gallium-Arsenid-Basis. Auch die Verwendung von Detektoren auf Basis von Bleisulfid oder Bleiselenid ist grundsätzlich denkbar. Grundsätzlich kann der fotoelektrische Detektor ein Detektorarray mit mehreren Sensoren umfassen.The detectable area usually depends on the detector material used. For example, the photoelectric detector is a photodiode sensor. It is conceivable to use silicon-based, germanium-based and indium-gallium-arsenide-based detectors. The use of detectors based on lead sulfide or lead selenide is also fundamentally conceivable. In principle, the photoelectric detector can comprise a detector array with several sensors.
Beispielhaft weist die die Beleuchtungseinheit der optischen Messvorrichtung eine oder mehrere Lichtquellen auf. Verschiedene Arten von Lichtquellen sind denkbar, beispielsweise Halbleiterlichtquellen, thermische Lichtquellen, Gasentladungslampen. Auch sind Lumineszens-Lichtquellen vorstellbar, die beispielsweise Phosphoreszenz oder Fluoreszenz nutzen. In einer beispielhaften Ausgestaltung kann die zumindest eine Lichtquelle eine Leuchtdiode (LED), eine Glühlampe (insbesondere eine Wolfram-Glühlampe) oder eine Halogenlampe (insbesondere eine Quarz-Halogenlampe) umfassen. Kombinationen sind grundsätzlich denkbar. Es versteht sich, dass das Emissionsspektrum der zumindest einen Lichtquelle der Beleuchtungseinheit in geeigneter Weise an das erfassbare Spektrum des zumindest einen Detektors angepasst ist. Die zumindest eine Lichtquelle kann gepulst oder kontinuierlich betrieben werden.By way of example, the lighting unit of the optical measuring device has one or more light sources. Various types of light sources are conceivable, for example semiconductor light sources, thermal light sources, gas discharge lamps. Luminescence light sources that use phosphorescence or fluorescence, for example, are also conceivable. In an exemplary embodiment, the at least one light source can comprise a light-emitting diode (LED), an incandescent lamp (in particular a tungsten incandescent lamp) or a halogen lamp (in particular a quartz halogen lamp). Combinations are fundamentally conceivable. It is understood that the emission spectrum of the at least one light source of the lighting unit is suitably adapted to the detectable spectrum of the at least one detector. The at least one light source can be operated pulsed or continuously.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung weist die optische Messvorrichtung eine Auswerteeinheit auf, die dazu eingerichtet ist, zumindest eine Eigenschaft der Probe basierend auf dem ersten Sensorsignal und dem zweiten Sensorsignal zu bestimmen. Die zumindest eine Eigenschaft der Probe bezieht sich beispielsweise auf Feuchtigkeit, Zusammensetzung, Bestandteile, Oberflächenbeschaffenheit, Größe, Form oder Temperatur der Probe. Es versteht sich, dass die Auswertung auch eine andere, hiervon ableitbare Größe zum Ziel haben kann. Die zumindest eine Eigenschaft der Probe kann die Probe insgesamt oder einen Bestandteil davon betreffen.According to a further exemplary embodiment, the optical measuring device has an evaluation unit which is set up to determine at least one property of the sample based on the first sensor signal and the second sensor signal. The at least one property of the sample relates, for example, to moisture, composition, components, surface quality, size, shape or temperature of the sample. It goes without saying that the evaluation can also aim at another variable that can be derived from this. The at least one property of the sample can affect the sample as a whole or a component thereof.
Da das zweite Sensorsignal (Referenzsignal) lediglich Eigenschaften der Beleuchtungseinheit widerspiegelt bzw. insbesondere keine Eigenschaften aufweist, die auf die Probe zurückgehen, während das erste Sensorsignal sowohl auf Eigenschaften der Beleuchtungseinheit als auch auf Eigenschaften der Probe basiert, ist es möglich, das erste Sensorsignal mit Hilfe des zweiten Sensorsignals zu bereinigen und damit ein Sensorsignal bzw. Messergebnis zu erzeugen, das nur geringe oder keine Verfälschungen aufgrund von Änderungen der Beleuchtungseinheit (wie z.B. schwankende Intensität) oder sonstiger Einflüsse, die nicht auf die Probe zurückgehen, aufweist.Since the second sensor signal (reference signal) only reflects properties of the lighting unit or in particular has no properties that can be traced back to the sample, while the first sensor signal is based on both properties of the lighting unit and properties of the sample, it is possible to include the first sensor signal To clean up with the help of the second sensor signal and thus to generate a sensor signal or measurement result that has little or no distortions due to changes in the lighting unit (such as fluctuating intensity) or other influences that are not due to the sample.
Beispielhaft ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, aus dem zweiten Sensorsignal die (aktuellen) Eigenschaften der Beleuchtungseinheit zu bestimmen und aus dem ersten Sensorsignal unter Berücksichtigung der Auswertung des zweiten Sensorsignals (bzw. der Bestimmung der Eigenschaften der Beleuchtungseinheit) die Eigenschaften der Probe zu bestimmen. Dies kann sich beispielhaft auf Intensitätsschwankungen der Beleuchtungseinheit beziehen. Damit ist die Auswerteeinheit dazu befähigt, die Eigenschaften der Probe derart zu ermitteln, dass Einflüsse aufgrund von Änderungen der Beleuchtungseinheit berücksichtigt und kompensiert werden.By way of example, the evaluation unit is set up to determine the (current) properties of the lighting unit from the second sensor signal and to determine the properties of the sample from the first sensor signal, taking into account the evaluation of the second sensor signal (or the determination of the properties of the lighting unit). This can refer, for example, to fluctuations in the intensity of the lighting unit. This enables the evaluation unit to determine the properties of the sample in such a way that influences due to changes in the lighting unit are taken into account and compensated for.
Grundsätzlich besteht mit der offenbarungsgemäßen Messvorrichtung auch die Möglichkeit, andere Effekte und Einflussfaktoren zu berücksichtigen, die nicht zwingend auf die Beleuchtungseinheit zurückgehen. Grundsätzlich können Effekte erfasst und kompensiert werden, die sowohl im ersten Beobachtungspfad als auch im zweiten Beobachtungspfad erfassbar sind.In principle, with the measuring device according to the disclosure there is also the possibility of taking into account other effects and influencing factors that are not necessarily due to the lighting unit. In principle, effects can be recorded and compensated for that can be detected both in the first observation path and in the second observation path.
Beispielsweise ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, die Feuchtigkeit oder Größe von Erntegut, wie beispielsweise Getreidekörnen, zu bestimmen. Gleichwohl kann beispielsweise auch der Eiweißgehalt, Stärkegehalt oder Ölgehalt von Erntegut bestimmt werden. Ebenso denkbar ist, dass die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, die Eigenschaften von Saatgut oder Dünger zu überwachen oder die Schnittlänge, den Faserzustand oder dergleichen von Schnittgut zu bestimmen. Vorstellbar ist auch, dass Inhaltsstoffe von Gülle oder anderen landwirtschaftlichen Abfallprodukten ermittelt werden. Eine weitere denkbare Anwendung ist beispielsweise die Analyse von Silage oder vergleichbaren Produkten.For example, the evaluation unit is set up to determine the moisture or size of crops, such as grains. However, the protein content, starch content or oil content of harvested crops can also be determined. It is also conceivable that the evaluation unit is set up to monitor the properties of seeds or fertilizer or to determine the cutting length, the fiber condition or the like of cuttings. It is also conceivable that ingredients in manure or other agricultural waste products could be determined. Another conceivable application is, for example, the analysis of silage or comparable products.
Gemäß einer anderen beispielhaften Ausgestaltung der optischen Messvorrichtung ist die Spektralsensoreinheit ferner dazu eingerichtet, über den ersten und/oder zweiten Beobachtungspfad eingehendes Licht zu erfassen, wenn die Beleuchtungseinheit ausgeschaltet ist oder das Licht der Beleuchtungseinheit abgeschirmt ist, und ein entsprechendes Normalsignal bereitzustellen. Das Normalsignal kann für den ersten Beobachtungspfad und/oder den zweiten Beobachtungspfad gewonnen werden.According to another exemplary embodiment of the optical measuring device, the spectral sensor unit is further set up to detect incoming light via the first and/or second observation path when the lighting unit is switched off or the light from the lighting unit is shielded, and to provide a corresponding normal signal. The normal signal can be obtained for the first observation path and/or the second observation path.
Damit wird neben der „Weiß-Kalibrierung“ über die Lichtquelle auch eine „Schwarz-Kalibrierung“ ermöglicht. Während man beispielsweise eine Beleuchtungseinheit mit Halbleiterlichtquelle verzögerungsarm oder verzögerungsfrei an- und ausschalten (zum Beispiel für einen gepulsten Betrieb) kann, reagieren andere Lichtquellen wesentlich träger, beispielsweise thermische Lichtquellen. Solche Lichtquellen werden üblicherweise kontinuierlich betrieben. Bei derartigen Lichtquellen ist es vorstellbar, für die Schwarz- bzw. Dunkel-Kalibrierung die Lichtquelle in ihrem Zustand zu belassen und die ausgesandten Lichtstrahlen durch ein Blockierelement zu blockieren, so dass sie den Detektor nicht erreichen.In addition to the “white calibration” via the light source, this also enables a “black calibration”. While, for example, a lighting unit with a semiconductor light source can be switched on and off with little or no delay (for example for pulsed operation), other light sources react much more slowly, for example thermal light sources. Such light sources are usually operated continuously. With such light sources, it is conceivable to leave the light source in its state for the black or dark calibration and to block the emitted light beams with a blocking element so that they do not reach the detector.
Das Blockierelement ist beispielsweise so ausgestaltet, dass es sowohl das Licht auf dem ersten Beobachtungspfad als auch das Licht auf dem zweiten Beobachtungspfad blockiert. Es versteht sich, dass auch zwei oder mehr Blockierelemente vorstellbar sind. In einer beispielhaften Ausgestaltung schirmt das Blockierelement auch etwaiges Streulicht von der Spektralsensoreinheit ab bzw. blockiert sämtliches Licht, das von der Beleuchtungseinheit ausgeht. Bei dem Blockierelement kann es sich beispielsweise um einen mechanischen Verschluss („shutter“) handeln. Es versteht sich, dass auch Anordnungen mit vergleichsweise „dynamischen“ Lichtquellen mit zumindest einem Blockierelement kombiniert werden können.The blocking element is designed, for example, such that it blocks both the light on the first observation path and the light on the second observation path. It goes without saying that two or more blocking elements are also conceivable. In an exemplary embodiment, the blocking element also shields any stray light from the spectral sensor unit or blocks all light emanating from the lighting unit. The blocking element can be, for example, a mechanical shutter. It goes without saying that arrangements with comparatively “dynamic” light sources can also be combined with at least one blocking element.
In einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der optischen Messvorrichtung ist die Auswerteeinheit ferner dazu eingerichtet, die Eigenschaft der Probe unter Berücksichtigung des zumindest einen Normalsignals zu bestimmen. Beispielhaft umfasst dies eine Ermittlung einer Probeneigenschaft sowohl unter Berücksichtigung der Weiß-Kalibrierung (bzw. Weiß-Referenzierung anhand der Lichtquelle) als auch unter Berücksichtigung der Schwarz-Kalibrierung.In a further exemplary embodiment of the optical measuring device, the evaluation unit is further set up to determine the property of the sample taking into account the at least one normal signal. By way of example, this includes determining a sample property both taking into account the white calibration (or white referencing based on the light source) and taking into account the black calibration.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Probe, die von der optischen Messvorrichtung analysiert werden soll, Bestandteil eines agrartechnischen oder lebensmitteltechnologischen Materialstroms. Bei dem Materialstrom kann es sich um ein Gemisch handeln. Der Materialstrom kann feste oder flüssige Bestandteile enthalten. Der Materialstrom kann ein Gemisch aus festen und flüssigen Bestandteilen enthalten. Der Materialstrom kann ein granulares, körniges oder stückiges Gemenge sein, das schüttfähig ist. Der Materialstrom kann Schwebstoffe aufweisen. Auch gasförmige Bestandteile sind denkbar. Der Materialstrom kann Bestandteile auf pflanzlicher und/oder tierischer Basis enthalten. Der Materialstrom kann auch Bestandteile synthetischen Ursprungs enthalten, beispielsweise synthetischen Dünger und/oder synthetische Pflanzenschutzmittel. Beispielhaft umfasst der Materialstrom Pflanzen oder Pflanzenteile, pflanzliche Abfälle oder tierische Abfälle, landwirtschaftliche Produkte, lebensmitteltechnologische Produkte, und dergleichen. Beispielhaft umfasst der Materialstrom landwirtschaftliche Hilfsstoffe wie Dünger oder Pflanzenschutzmittel auf organischer oder synthetischer Basis. Beispielhaft enthält der Materialstrom Erntegut, Gülle oder dergleichen.In an exemplary embodiment, the sample that is to be analyzed by the optical measuring device is part of an agricultural or food technology material stream. The material stream can be a mixture. The material stream can contain solid or liquid components. The material stream can contain a mixture of solid and liquid components. The material stream can be a granular, granular or lumpy mixture that can be poured. The material stream may contain suspended matter. Gaseous components are also conceivable. The material stream may contain plant and/or animal based components. The material stream can also contain components of synthetic origin, for example synthetic fertilizer and/or synthetic pesticides. By way of example, the material flow includes plants or plant parts, plant waste or animal waste, agricultural products, food technology products, and the like. For example, the material flow includes agricultural auxiliary materials such as organic or synthetic-based fertilizers or pesticides. For example, the material stream contains crops, manure or the like.
Dementsprechend weist die optische Messvorrichtung vorzugsweise eine Schutzvorrichtung auf, die sich zwischen Probe und Beleuchtungseinheit bzw. Spektralsensoreinheit befindet und damit die Beleuchtungseinheit und die Spektralsensoreinheit vor der Probe schützt. Die Schutzvorrichtung ist üblicherweise transparent für das von der Beleuchtungseinheit abgestrahlte Licht sowie für das von der Probe transmittierte Licht. Bei der Schutzvorrichtung kann es sich beispielsweise um ein Schutzglas handeln, das sowohl robust als auch kratzfest ist, wie etwa Saphirglas. Die Schutzvorrichtung kann einteilig sein oder mehrere Teile umfassen. Beispielsweise kann die Schutzvorrichtung ein erstes Schutzglas zwischen Beleuchtungseinheit und Probe und ein zweites Schutzglas zwischen Spektralsensoreinheit und Probe aufweisen. In einer beispielhaften Ausgestaltung wird die Schutzvorrichtung derart gewählt, dass keine oder möglichst nur eine geringe Interaktion mit dem Licht erfolgt, das von der Probe transmittiert wird.Accordingly, the optical measuring device preferably has a protective device which is located between the sample and the illumination unit or spectral sensor unit and thus protects the illumination unit and the spectral sensor unit from the sample. The protective device is usually transparent to the light emitted by the illumination unit and to the light transmitted by the sample. The protective device can be, for example, a protective glass that is both robust and scratch-resistant, such as sapphire glass. The protective device can be one piece or comprise several parts. For example, the protective device can have a first protective glass between the lighting unit and the sample and a second protective glass between the spectral sensor unit and the sample. In an exemplary embodiment, the protective device is selected such that there is no or, if possible, only little interaction with the light that is transmitted by the sample.
In einer bevorzugten beispielhaften Ausführungsform ist die optische Messvorrichtung dazu eingerichtet, in einer agrartechnischen oder lebensmitteltechnologischen Maschine verbaut zu werden. Als agrartechnische oder lebensmitteltechnologische Maschinen kommen Traktoren, Geräte für die Bodenbearbeitung, Geräte für die Aussaat, Düngung und Pflanzenpflege, Erntetechnik, Transporttechnik und Logistik, Forsttechnik, Maschinen und Anlagen für die Innenwirtschaft (z. B. Melktechnik), Bewässerungsanlagen sowie Geräte für die Garten- und Landschaftspflege in Frage. In beispielhaften Ausgestaltungen handelt es sich um eine mobile (fahrbare) Maschine. Maschinen für die Erntetechnik umfassen beispielsweise Mähdrescher, Feldhäcksler und dergleichen.In a preferred exemplary embodiment, the optical measuring device is designed to be installed in an agricultural or food technology machine. Agricultural or food technology machines include tractors, equipment for soil cultivation, equipment for sowing, fertilization and plant care, harvesting technology, transport technology and logistics, forestry technology, machines and systems for indoor farming (e.g. milking technology), irrigation systems and equipment for the garden - and landscape conservation in question. In exemplary embodiments it is a mobile (mobile) machine. Machines for harvesting technology include, for example, combine harvesters, forage harvesters and the like.
Weiterhin kann eine offenbarungsgemäße Messvorrichtung auch Anwendung bei Maschinen aus dem Agri-Food-Bereich finden, die im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ebenso den agrartechnischen Maschinen zugeordnet sind.Furthermore, a measuring device according to the disclosure can also be used in machines from the agri-food sector, which are also assigned to agricultural machines in the context of the present disclosure.
Vorzugsweise wird die optische Messvorrichtung in der agrartechnischen oder lebensmitteltechnologischen Maschine so angebracht, dass sie in der Nähe eines von der Maschine ausgebrachten oder eingenommenen Materialstroms angeordnet ist, damit der erste Beobachtungspfad und/oder der zweite Beobachtungspfad möglichst kurz sind. Auf diese Weise wird eine Inprozessmessung und/oder Inprozessüberwachung direkt an der Maschine ermöglicht. Der Materialstrom kann bei Bedarf kontinuierlich überwacht werden.Preferably, the optical measuring device is mounted in the agricultural or food technology machine in such a way that it is arranged in the vicinity of a material stream applied or taken in by the machine, so that the first observation path and/or the second observation path are as short as possible. In this way, in-process measurement and/or in-process monitoring is possible directly on the machine. The material flow can be continuously monitored if necessary.
Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf die Verwendung einer optischen Messvorrichtung gemäß zumindest einer der hierin beschriebenen Ausgestaltungen in einer agrartechnischen oder lebensmitteltechnologischen Vorrichtung zur Analyse einer Probe, insbesondere zur Analyse eines Materialstroms.According to a further aspect, the present disclosure relates to the use of an optical measuring device according to at least one of the embodiments described herein in an agricultural or food technology device for analyzing a sample, in particular for analyzing a material stream.
Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auch auf eine agrartechnische oder lebensmitteltechnologische Vorrichtung mit einer offenbarungsgemäßen optischen Messvorrichtung. Die agrartechnische oder lebensmitteltechnologische Vorrichtung ist daher beispielsweise als Erntemaschine, Bodenbearbeitungsmaschine, Aussaatmaschine und Maschine zur Ausbringung von Dünger oder Pflanzenschutzmitteln ausgebildet.According to a further aspect, the present disclosure also relates to an agricultural or food technology device with an optical measuring device according to the disclosure. The agricultural or food technology device is therefore designed, for example, as a harvesting machine, soil cultivation machine, sowing machine and machine for applying fertilizer or plant protection products.
Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auch auf ein optisches Messverfahren zur spektralen Analyse einer Probe, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- - Anordnen einer Beleuchtungseinheit und einer Spektralsensoreinheit auf derselben Seite der Probe,
- - Bestrahlen der Probe mit Licht der Beleuchtungseinheit,
- - Erfassen von von der Probe transmittiertem Licht mit der Spektralsensoreinheit über einen ersten Beobachtungspfad und Bereitstellen eines entsprechenden ersten Sensorsignals, und
- - Erfassen von von der Beleuchtungseinheit unabhängig von der Probe abgestrahltem Licht mit der Spektralsensoreinheit über einen zweiten Beobachtungspfad und Bereitstellen eines entsprechenden zweiten Sensorsignals.
- - Arranging an illumination unit and a spectral sensor unit on the same side of the sample,
- - irradiating the sample with light from the lighting unit,
- - Detecting light transmitted by the sample with the spectral sensor unit via a first observation path and providing a corresponding first sensor signal, and
- - Detecting light emitted by the lighting unit independently of the sample with the spectral sensor unit via a second observation path and providing a corresponding second sensor signal.
Eine offenbarungsgemäße Messvorrichtung und das offenbarungsgemäße Messverfahren eignen sich insbesondere zur Anwendung in der Agrar- und Ernährungswirtschaft. Dies schließt andere Anwendungen nicht aus, beispielsweise in der pharmazeutischen Industrie. Auch auf diesem Gebiet und in verwandten Gebieten werden Materialströme verarbeitet, deren genaue Überwachung wünschenswert ist.A measuring device according to the disclosure and the measuring method according to the disclosure are particularly suitable for use in the agricultural and food industry. This does not exclude other applications, for example in the pharmaceutical industry. Material flows are also processed in this area and in related areas and it is desirable to monitor them closely.
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung umfasst der Begriff „Reflexion“ das Zurückwerfen von Licht bei seinem Auftreffen auf eine Grenzfläche der Probe. Präziser ausgedrückt ist damit das einmalige Zurückwerfen des Lichts von der Probe weg beispielsweise hin zu einem Detektor bzw. einer Spektralsensoreinheit gemeint.In the context of the present disclosure, the term “reflection” includes the reflection of light as it impinges on an interface of the sample. To put it more precisely, this means the one-time reflection of the light away from the sample, for example towards a detector or a spectral sensor unit.
Der Begriff „Transmission“ umfasst den Durchgang von Licht durch die Probe. Die Transmission des Lichts unterliegt verschiedenen Mechanismen, wobei dies auch eine probeninterne Reflexion umfassen kann.The term “transmission” includes the passage of light through the sample. The transmission of light is subject to various mechanisms, which can also include reflection within the sample.
Sowohl Reflexion als auch Transmission können mit Diffusion (auch Streuung genannt) einhergehen. Dabei wird der in die Probe eingehende Lichtstrahl in verschiedene Richtungen abgelenkt. Diffuse Reflexion wird auch als „Remission“ bezeichnet. Diffuse Transmission kann auch als Aneinanderreihung von Lichtreflexionen innerhalb der Probe verstanden werden. Tritt keine Diffusion auf, wird sowohl bei Reflexion als auch bei Transmission gemäß den Gesetzen der geometrischen Optik ein Lichtstrahl mit einer bestimmten Ausbreitungsrichtung in einen Lichtstrahl mit einer (anderen) bestimmten Richtung abgelenkt. Ob Reflexion bzw. Transmission in gerichteter oder diffuser Weise auftreten, hängt wesentlich von der Art der Probe ab. Bei transluzenten Proben wie etwa Jauche kann bei Transmissionsmessungen die direkte Transmission überwiegen, während bei einem Strom aus Körnern als Probe, bedingt durch die vielen Hohlräume zwischen den Körnern, diffuse Transmission überwiegen kann.Both reflection and transmission can be accompanied by diffusion (also called scattering). The light beam entering the sample is deflected in different directions. Diffuse reflection is also called “remission”. Diffuse transmission can also be understood as a series of light reflections within the sample. If no diffusion occurs, in both reflection and transmission, according to the laws of geometric optics, a light beam with a specific direction of propagation is deflected into a light beam with a (different) specific direction. Whether reflection or transmission occurs in a directed or diffuse manner depends largely on the type of sample. With translucent samples such as manure, direct transmission can predominate in transmission measurements, while with a stream of grains as a sample, diffuse transmission can predominate due to the many cavities between the grains.
Der Begriff „Kalibrierung“ ist als Prozess zu verstehen, bei dem die Abweichung des Messergebnisses einer Messvorrichtung von einem anderweitig ermittelten Messwert, der als Normal (oder Standard) bezeichnet wird, erfasst und dokumentiert wird. Als weiteren Schritt kann eine Kalibrierung die Berücksichtigung der ermittelten Abweichung bei der anschließenden Benutzung der Messvorrichtung zur Korrektur der gemessenen Werte umfassen. Eine Kalibrierung findet mithin üblicherweise vor einem eigentlichen Messprozess statt und wird daher auch oft als „initiale Kalibrierung“ bezeichnet. Eine „Rekalibrierung“ ist als Wiederholung einer Kalibrierung zu verstehen.The term “calibration” is to be understood as a process in which the deviation of the measurement result of a measuring device from a measured value determined elsewhere, which is referred to as normal (or standard), is recorded and documented. As a further step, calibration can include taking the determined deviation into account during the subsequent use of the measuring device to correct the measured values. Calibration usually takes place before an actual measurement process and is therefore often referred to as “initial calibration”. A “recalibration” is to be understood as the repetition of a calibration.
Eine „Referenzierung“ im Sinne einer Referenzmessung kann Bestandteil einer „Kalibrierung“ sein. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ist unter dem Begriff „Referenzierung“ die Bereitstellung einer Referenz (gewonnen über den zweiten Beobachtungspfad) zu verstehen, zu der das primär interessierende Signal (gewonnen über den ersten Beobachtungspfad) in Referenz gesetzt wird. Dies erlaubt die kontinuierliche oder quasi-kontinuierliche Berücksichtigung und Kompensation von Einflussfaktoren, die sowohl im zweiten Beobachtungspfad als auch im ersten Beobachtungspfad präsent sind und damit nicht auf die Interaktion des Lichts mit der Probe zurückgehen.A “referencing” in the sense of a reference measurement can be part of a “calibration”. In the context of the present disclosure, the term “referencing” is to be understood as meaning the provision of a reference (obtained via the second observation path) to which the signal of primary interest (obtained via the first observation path) is referenced. This allows the continuous or quasi-continuous consideration and compensation of influencing factors that are present both in the second observation path and in the first observation path and are therefore not due to the interaction of the light with the sample.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Offenbarung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present disclosure.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und Erläuterung verschiedener Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:
-
1 eine Ausgestaltung einer agrartechnischen Maschine; -
2 eine schematische, vereinfachte Darstellung einer optischen Messvorrichtung; -
3 eine weitere schematische Darstellung einer Ausführungsform einer optischen Messvorrichtung; -
4 eine weitere schematische Darstellung einer Ausführungsform einer optischen Messvorrichtung; -
5 eine weitere schematische Darstellung einer Ausführungsform einer optischen Messvorrichtung; -
6 eine weitere schematische Darstellung einer Ausführungsform einer optischen Messvorrichtung; -
7 eine weitere schematische Darstellung einer Ausführungsform einer optischen Messvorrichtung; -
8 eine weitere schematische Darstellung einer Ausführungsform einer optischen Messvorrichtung; und -
9 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer beispielhaften Signalverarbeitung in einer Steuereinheit einer optischen Messvorrichtung.
-
1 an embodiment of an agricultural machine; -
2 a schematic, simplified representation of an optical measuring device; -
3 a further schematic representation of an embodiment of an optical measuring device; -
4 a further schematic representation of an embodiment of an optical measuring device; -
5 a further schematic representation of an embodiment of an optical measuring device; -
6 a further schematic representation of an embodiment of an optical measuring device; -
7 a further schematic representation of an embodiment of an optical measuring device; -
8th a further schematic representation of an embodiment of an optical measuring device; and -
9 a block diagram to illustrate exemplary signal processing in a control unit of an optical measuring device.
Die Maschine 10 weist ein Fahrwerk 14 auf, das einen Aufbau 16 trägt. Ferner ist ein Antrieb 18 vorgesehen, der als Fahrantrieb und als Prozessantrieb für weitere Aggregate ausgebildet ist. Der Aufbau 16 trägt eine Kabine 20. Die Maschine 10 kann auf einem Feld 22 beispielsweise zur Ernte von Pflanzen 24 eingesetzt werden. Auf diese Weise kann die Maschine 10 Erntegut 26 mit einem Vorbau 30 aufnehmen. In der beispielhaften Ausgestaltung als Feldhäcksler weist die Maschine 10 eine Prozesskammer 32 zur Behandlung des Ernteguts 26 auf. Dies umfasst im Ausführungsbeispiel ein Häckselwerk 34, das das Erntegut 26 zerkleinert. Zerkleinertes/gehäckseltes Erntegut 40 wird im Ausführungsbeispiel als Materialstrom 42 über einen von einer Wand 44 umgebenen Kanal/Schacht in Richtung auf einen Auswurf 46 zum Transfer an andere Maschinen oder Speicher gefördert. Es versteht sich, dass die Maschine 10 auch einen internen Speicher für Erntegut 26 oder gehäckseltes Erntegut 40 aufweisen kann.The
Der Materialstrom 42 kann mittels einer optischen Messvorrichtung 50 spektroskopisch überwacht werden. Auf diese Weise können diverse Eigenschaften des Materialstroms 42 ermittelt werden. Dies kann insbesondere während des Betriebs der Maschine 10 erfolgen, wobei dies eine gewisse Robustheit der Messvorrichtung 50 voraussetzt. Vorzugsweise ist die Messvorrichtung 50 nahe bei dem Materialstrom 42 positioniert. Vorzugsweise eignet sich die Messvorrichtung 50 zur kontinuierlichen Messung und Überwachung des vorbeiströmenden Materialstroms 42, der hier als Probe fungiert.The
Die Maschine 10 weist ferner eine (globale) Steuereinrichtung 52 auf, die in geeigneter Weise mit der Messvorrichtung 50 kommuniziert. Dies kann einen Datenaustausch mit einer in die Messvorrichtung 50 integrierten Steuereinheit umfassen. Dies kann auch die Entgegennahme und Verarbeitung von Sensordaten umfassen, die von zumindest einem Spektralsensor einer Spektralsensoreinheit der Messvorrichtung 50 bereitgestellt werden. Die Steuereinrichtung 52 ist beispielhaft dazu ausgestaltet, Parameter des in der Prozesskammer 32 stattfindenden Prozesses (beispielsweise Zerkleinerung des Ernteguts 26) in Abhängigkeit von den von der Messvorrichtung 50 bereitgestellten Daten zu verändern.The
Anhand der in
Wesentliche Baugruppen der Messvorrichtung 50 sind im Ausführungsbeispiel eine Beleuchtungseinheit 56 mit zumindest einer Lichtquelle 58 und eine Spektralsensoreinheit 62. Die Spektralsensoreinheit 62 umfasst im Ausführungsbeispiel einen ersten Spektralsensor 64 und einen zweiten Spektralsensor 66. Diese können funktional und/oder strukturell miteinander gekoppelt sein. Die Spektralsensoreinheit 62 observiert einen ersten Beobachtungspfad 70 und einen zweiten Beobachtungspfad 80. Im Ausführungsbeispiel gemäß
Entlang des ersten Beobachtungspfades 70 erstreckt sich ein Beobachtungsstrahlengang 72. Über den ersten Beobachtungspfad 70 wird Licht (elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Bereich sowie gegebenenfalls in benachbarten Bereichen) erfasst, das von der Probe 54 transmittiert wurde, vergleiche einen mit 74 angedeuteten Strahlungsverlauf durch die Probe. Das durch die Probe 54 transmittierte Licht geht auf die Beleuchtungseinheit 56 zurück. Die Beleuchtungseinheit 56 sendet Licht entlang eines Beleuchtungspfades 76 in Richtung auf die Probe 54, welches dann von der Probe 54 transmittiert wird. Der Beleuchtungspfad 76 umfasst einen Beleuchtungsstrahlengang 78.An
Damit erfasst die Spektralsensoreinheit 62 von der Beleuchtungseinheit 56 ausgehendes Licht, das mit der Probe 54 interagiert hat. Dies erfolgt im Ausführungsbeispiel über den ersten Spektralsensor 64. Es erfolgt jedoch auch eine Erfassung entlang des zweiten Beobachtungspfades 80. Der zweite Beobachtungspfad 80 erstreckt sich so zwischen der Beleuchtungseinheit 56 und der Spektralsensoreinheit 62, dass das erfasste Licht über den zweiten Beobachtungspfad 80 nicht mit der Probe interagiert hat. Beispielhaft umfasst dies eine direkte Erfassung des von der Beleuchtungseinheit 56 emittierten Lichts über den zweiten Spektralsensor 66. Im Ausführungsbeispiel umfasst der zweite Beobachtungspfad 80 einen Strahlengang 82, der gleichermaßen Beleuchtungsstrahlengang und Beobachtungsstrahlengang ist. Die Strahlengänge 72, 78, 82 sind in
Die Spektralsensoreinheit 62 umfasst eine Optikeinheit 88, die beispielhaft die Funktion des Sammelns einfallenden Lichts und des Auftrennens in verschiedene Wellenlängen bereitstellt. Im Ausführungsbeispiel umfasst die Optikeinheit 88 eine erste Optik 90, die dem ersten Spektralsensor 64 zugeordnet ist, und eine zweite Optik 94, die dem zweiten Spektralsensor 66 zugeordnet ist. Die Optiken 90, 94 sind beispielhaft als monolithische Optiken gestaltet. Es ist auch vorstellbar, die Optikeinheit 88 mit den Optiken 90, 94 insgesamt als monolithische Optikeinheit zu gestalten.The
Die Spektralsensoreinheit 62 umfasst ferner zumindest einen Detektor, wobei im Ausführungsbeispiel ein erster Detektor 92, der dem ersten Spektralsensor 64 zugeordnet ist, und ein zweiter Detektor 96 vorgesehen sind, der dem zweiten Spektralsensor 66 zugeordnet ist. Die Spektralsensoreinheit 62 kann grundsätzlich auch derart gestaltet sein, dass über beide Beobachtungspfade 70, 80 auf ein und demselben Detektor abgebildet wird. Dies kann beispielhaft die Nutzung einzelner Zeilen einer Pixelmatrix umfassen.The
Im Ausführungsbeispiel gemäß
Über den zweiten Beobachtungspfad 80 erfasste Signale dienen zur Referenzierung, etwaige Einflüsse auf den zweiten Beobachtungspfad 80 gehen bei der gezeigten Gestaltung der optischen Messvorrichtung 50 gerade nicht auf die Interaktion des von der Beleuchtungseinheit 56 emittierten Lichts mit der Probe 54 zurück. Daher können derartige Einflüsse bei den über den ersten Beobachtungspfad 70 erfassten Signalen kompensiert werden, wodurch die spektrometrische Analyse der Probe 54 genauer erfolgen kann.Signals detected via the
Auf Basis der anhand der
Die optische Messvorrichtung 50 ist von der Probe 54 durch eine Schutzvorrichtung mit Fenstern 102, 104 getrennt. Die Beleuchtungseinheit 56 strahlt Licht (zum Beispiel sichtbares Licht und benachbarte Wellenlängenbereiche) aus und beleuchtet damit die Probe 54 hinter den schützenden Fenstern 102, 104. Die Fenster sind für Licht im genutzten Wellenlängenbereich durchlässig. Innerhalb der Probe 54 wird das Licht zumindest teilweise transmittiert, wobei das Bezugszeichen 74 einen beispielhaften Strahlungsverlauf veranschaulicht, und tritt danach wieder aus der Probe 54 aus. Das austretende transmittierte Licht wird sodann von der Spektralsensoreinheit 62 erfasst. Über den ersten Beobachtungspfad 70 beobachtet die Spektralsensoreinheit 62 das Licht, das mit der Probe 54 interagiert hat. Der Weg des Lichts hin zur Probe 54 erfolgt über einen Beleuchtungspfad 76.The
Gleichzeitig zur Erfassung des Lichts über den ersten Beobachtungspfad 70 erfasst die Spektralsensoreinheit 62 das Licht der Beleuchtungseinheit 56 auf direktem Weg über den zweiten Beobachtungspfad 80. Der zweite Beobachtungspfad 80 verläuft im Ausführungsbeispiel in gerader Linie (direkt) von der Beleuchtungseinheit 56 zu der Spektralsensoreinheit 62 und ist damit von der Probe 54 unbeeinflusst. Zur Auswertung der mit der Spektralsensoreinheit 62 gewonnenen Signale dient die Steuereinheit 100.At the same time as detecting the light via the
In einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist dem Reflexionsbeobachtungspfad 124 eine Lichtquelle 126 (in
Im Ausführungsbeispiel gemäß
Ein mit 200 bezeichneter Block bezieht sich auf erste Signale, die über den ersten Beobachtungspfad durch Beobachtung der Probe mit der Spektralsensoreinheit gewonnen wurden. Ein mit 202 bezeichneter Block bezieht sich auf zweite Signale, die über den zweiten Beobachtungspfad durch Beobachtung der Lichtquelle mit der Spektralsensoreinheit gewonnen wurden. Die Bezeichnung erste Signale und zweite Signale dient primär zur Unterscheidung und ist nicht einschränkend zu verstehen. Die Signale 200, 202 werden bei einem mit 210 bezeichneten Block miteinander verrechnet. Die zweiten Signale 202 beziehen sich auf Informationen, die nicht auf die Probe zurückgehen. Daher können die ersten Signale 200 um diesen Beitrag bereinigt/kompensiert werden. Dies erhöht insgesamt die Aussagekraft und Genauigkeit der spektrometrischen Beobachtung.A block labeled 200 refers to first signals that were obtained via the first observation path by observing the sample with the spectral sensor unit. A block labeled 202 refers to second signals obtained via the second observation path by observing the light source with the spectral sensor unit. The designation first signals and second signals primarily serves to differentiate and is not to be understood as restrictive. The
Auf diese Weise wird ein bereinigtes Probensignal 212 gewonnen, das unter Hinzunahme eines Auswertemodells 214, das eine Datenbasis enthält, in einem Block 218 ausgewertet wird. Die Datenbasis bezieht sich beispielsweise auf spektroskopische Eigenschaften bestimmter Inhaltsstoffe der Probe. Die gewonnenen Daten können als Messergebnisse in einem Block 220 ausgegeben werden. Ein beispielhaftes Messergebnis betrifft die Angabe eines Anteils eines bestimmten Inhaltsstoffes in der observierten Probe. Dies ist nicht einschränkend zu verstehen.In this way, a cleaned
Zur weiteren Erhöhung der Genauigkeit können die zweiten Signale 202, die durch Beobachtung der Beleuchtungseinheit gewonnen werden, mit einem Kalibriermodell 230 kombiniert werden. Die Verrechnung erfolgt in einem Block 232. Das Kalibriermodell 230 kann sich beispielsweise auf ein sogenanntes Weißnormal beziehen. Ein entsprechend abgeglichenes Signal 234 kann der Verrechnung bei 210 zugrunde gelegt werden. Abweichungen vom Weißnormal lassen sich auf Einflüsse zurückführen, die gegebenenfalls auch bei der beobachteten Probe präsent sind. Zur Erhöhung der Aussagekraft der zweiten Signale 202, die über den zweiten Beobachtungspfad gewonnen werden, kann auch auf Signale 238 im zweiten Beobachtungspfad zurückgegriffen werden, die bei ausgeschalteter Beleuchtungseinheit oder Blockierung des Strahlengangs entlang des zweiten Beobachtungspfades gewonnen werden. Die Signale 238 entsprechend beispielhaft einem Schwarznormal im zweiten Beobachtungspfad. Auf diese Weise kann zumindest periodisch eine Kalibrierung für den zweiten Beobachtungspfad stattfinden.To further increase the accuracy, the
In ähnlicher Weise kann auch beim ersten Beobachtungspfad eine Kalibrierung berücksichtigt werden. Beispielhaft ist ein Kalibriermodell 240 für ein sogenanntes Schwarznormal im ersten Beobachtungspfad vorgesehen. Bei deaktivierter Beleuchtungseinheit oder anderweitig blockierte Strahlengang entlang des ersten Beobachtungspfades können Signale 242 für das Schwarznormal ermittelt werden. Diese Signale 242 werden in einem Block 244 mit dem Kalibriermodell 240 abgeglichen. Die Signale 242 können zumindest periodisch ermittelt werden, wobei dann keine Beobachtung der Probe im ersten Beobachtungspfad ermöglicht ist. Entsprechend abgeglichene Signale 246 für das Schwarznormal können Eingang in die Verrechnung der interessierenden Signale 200, 202 entlang des ersten Beobachtungspfades und des zweiten Beobachtungspfades bei 210 finden.In a similar way, calibration can also be taken into account for the first observation path. By way of example, a
Bezugszeichenliste:List of reference symbols:
- 1010
- agrartechnische Maschineagricultural machine
- 1212
- ErntemaschineHarvester
- 1414
- Fahrwerklanding gear
- 1616
- AufbauConstruction
- 1818
- Antriebdrive
- 2020
- Kabinecabin
- 2222
- FeldField
- 2424
- PflanzenPlant
- 2626
- Erntegutcrop
- 3030
- VorbauStem
- 3232
- ProzesskammerTrial Chamber
- 3434
- Häckselwerkshredder
- 4040
- gehäckseltes Erntegutchopped crops
- 4242
- MaterialstromMaterial flow
- 4444
- WandWall
- 4646
- Auswurfsputum
- 5050
- optische Messvorrichtungoptical measuring device
- 5252
- globale Steuereinrichtungglobal control facility
- 5454
- Probesample
- 5656
- BeleuchtungseinheitLighting unit
- 5858
- Lichtquellelight source
- 6262
- SpektralsensoreinheitSpectral sensor unit
- 6464
- SpektralsensorSpectral sensor
- 6666
- SpektralsensorSpectral sensor
- 7070
- erster Beobachtungspfadfirst observation path
- 7272
- Strahlengangbeam path
- 7474
- StrahlungsverlaufRadiation course
- 7676
- Beleuchtungspfadlighting path
- 7878
- Strahlengangbeam path
- 8080
- zweiter Beobachtungspfadsecond observation path
- 8282
- Strahlengangbeam path
- 8888
- OptikeinheitOptical unit
- 9090
- Optikoptics
- 9292
- Detektordetector
- 9494
- Optikoptics
- 9696
- Detektordetector
- 100100
- SteuereinheitControl unit
- 102102
- FensterWindow
- 104104
- FensterWindow
- 110110
- TrennelementSeparator
- 120120
- SensoreinheitSensor unit
- 122122
- ortsauflösender Sensorspatially resolving sensor
- 124124
- ReflexionsbeobachtungspfadReflection observation path
- 126126
- Lichtquellelight source
- 130130
- BlockierelementBlocking element
- 132132
- BewegungMovement
- 134134
- BlockierelementBlocking element
- 136136
- BewegungMovement
- 140140
- optisch wirksames Elementvisually effective element
- 142142
- optisch wirksames Elementvisually effective element
- 144144
- optisch wirksames Elementvisually effective element
- 150150
- optisch wirksames Elementvisually effective element
- 200200
- erste Signalefirst signals
- 202202
- zweite Signalesecond signals
- 210210
- Verrechnungbilling
- 212212
- bereinigtes Probensignalcleaned sample signal
- 214214
- AuswertungsmodellEvaluation model
- 218218
- Verrechnungbilling
- 220220
- Ausgabeoutput
- 230230
- KalibriermodellCalibration model
- 232232
- Verrechnungbilling
- 234234
- abgeglichenes Signalbalanced signal
- 238238
- Signal bei SchwarznormalSignal at black normal
- 240240
- KalibriermodellCalibration model
- 242242
- Signal bei SchwarznormalSignal at black normal
- 244244
- Verrechnungbilling
- 246246
- abgeglichenes Signalbalanced signal
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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