DE19545749A1 - Handliches Spektrometer mit dazugehöriger Analyseeinheit und Speicher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein handliches optisches Spektrometer, das zusammen mit einer digitalelektronischen Analyseeinheit nicht nur spektroskopisch analysieren kann, sondern diese Messungen für den technisch wenig versierten Normalverbraucher in eine verständliche Form auswertet.

Für den Laborbedarf gibt es Spektrometer verschiedenster Bauweise, die mit Hilfe teilweise aufwendiger Technik das Licht spektral untersuchen können. Gewöhnlich werden zur Spektralanalyse Gitter- und Prismenspektrometer verwendet, die Halbleiter- oder Bolometerdetektoren einsetzen. Zur eigentlichen Analyse muß ein geübter Physiker oder Techniker die Spektren mit Hilfe eines Computers oder auf Grund seiner Kenntnisse analysieren.

Für den Normalverbraucher gibt es einfache Spektrometer, die insbesondere im sichtbaren Bereich (etwa 400 nm-700 nm) grobe Messungen machen, ohne eine detaillierte Auswertung zu liefern.

Zum Messen der UV-Strahlung gibt es einfache photochemische Analysemittel, die in Form eines auf eine Scheckkarte aufgedruckten Testfeldes erhältlich sind.

Die verschiedenen Verfahren eignen sich nur für ihren speziellen Anwendungsbereich und überlassen die eigentliche Analyse dem Verbraucher, der sich erst durch viel Übung an das Gerät und die bezweckte Aufgabe gewöhnen muß. Diese Mängel führen dazu, daß entweder durch ungenaue Messung oder die Abhängigkeit von der Erfahrung des Benutzers das Ergebnis keineswegs objektiv ist. Zudem sind die meisten Geräte für den Normalverbraucher unhandlich und teuer, und nur die sehr aufwendigen sind dazu in der Lage, die Meßdaten zu speichern. Keines dieser Geräte ist in der Lage, eine über die Erstellung von Spektren hinausgehende Analyse anzufertigen.

Die photochemischen Analysemittel sind aufgrund ihrer Temperaturabhängigkeit und nicht vorhandenen Einstellmöglichkeiten ungenau.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, optische Analysen im sichtbaren und daran angrenzenden Bereich mit einem handlichen und preiswerten Gerät durchzuführen, wobei eine dazugehörige digitale Analyseeinheit die gemessenen Daten für die entsprechende Aufgabenstellung aufbereitet, und darüber hinaus Empfehlungen für Handlungsweisen gibt. Beispielsweise soll der Verbraucher bei starker Sonneneinstrahlung auf gesundheitsschädliche Wirkungen hingewiesen werden, wobei zusätzlich individuelle Eigenschaften berücksichtigt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Spektrometer mit einem Detektorenfeld und einem Computer kombiniert wird, wobei alle Komponenten miniaturisiert sind. Das geschieht in der Weise, daß das von dem dispergiven Medium in seine Spektralfarben zerlegte Licht von dem Halbleiterchip oder Bolometerfeld detektiert wird. Die vielen gleichzeitig gemessenen Helligkeitswerte werden von dem Computer anhand von werkseitig eingegebenen Referenzwerten ausgewertet. Als Ergebnis erfolgt eine anwenderfreundliche Ausgabe als Handlungsanweisung und/oder eine Abschätzung der Folgen.

Als dispergives Medium wird in der Praxis entweder ein Prisma (7) oder ein Gitter verwendet.

Für die Detektierung des Spektrums eignen sich sowohl Halbleiterdetektoren wie auch Bolometer (8).

Mit Hilfe einer Blende (4) kann die einfallende Lichtintensität automatisch an den Empfindlichkeitsbereich des Detektors angepaßt werden. Dadurch kann der Meßbereich über die Empfindlichkeit des Detektormaterials hinausgehen.

Als auswertende Digitalelektronik (12) dient zweckmäßigerweise ein moderner Einchipcomputer, der durch seine kleinen Abmessungen, seine große Rechenleistung und dennoch geringen Stromverbrauch sehr gut auch für komplizierte Analysen geeignet ist.

Die Ausgabe der Daten oder Informationen erfolgt standardmäßig auf einem Display (1), das in das Gerät eingebaut ist.

Außerdem ist eine Anbindung von verschiedenen Speicherarten und Datentransfer (10) zu anderen Rechnern mit geringem technischen Aufwand möglich.

Durch eine zusätzliche Detektorkühlung (9) läßt sich ein größerer Rauschabstand bei der Messung erreichen.

Eine interne Spannungsversorgung (13) ermöglicht einen ortsungebundenen Einsatz. Eine externe Spannungsversorgung (11) ermöglicht auch Dauerbetrieb und das Aufladen von Akkus.

Ein Linsensystem (4+5) ermöglicht einen der Anwendung angepaßten Detektionswinkel und erhöht die Empfindlichkeit.

Vorteile

Es wird hier auch dem Nichtspezialisten zum ersten Mal die Möglichkeit gegeben, den dem Auge sichtbaren und den angrenzenden nicht sichtbaren Spektralbereich des Lichtes zu messen, sich über drohende Gefahren zu informieren und für verschiedene Aufgabenstellungen ausführliche Hilfestellung zu erhalten.

Der Benutzer kann nun mit Hilfe dieses Gerätes die von der Sonne einfallende Strahlung messen und feststellen, ob diese gesundheitsschädlich ist. Er bekommt eine Empfehlung, wie er sich vor gesundheitsschädlichen Auswirkungen schützen sollte, wobei persönliche Daten, wie Hauttyp und Vorbräunung berücksichtigt werden können.

Für den filmerisch oder fotografisch interessierten Nutzer kann das Gerät in einem andern Modus die Farbtemperatur einer Lichtquelle ermitteln. Dabei kann die Messung gerichtet (ohne) oder integral (mit Diffuser) durchgeführt werden.

Dem mit Farben arbeitenden Menschen kann das Gerät durch seine spektrale Analyse und optionale Speichermöglichkeit von Spektren bei der farblichen Gestaltung eine große Hilfe sein. Es wird nicht nur der subjektive Farb- und Helligkeitseindruck des Gestalters durch objektive Hilfestellung des Gerätes unterstützt, sondern es kann die Auswirkung verschiedener Farbtemperaturen der Lichtquellen auf angestrahlte Flächen erkannt und korrigiert werden.

Die Herstellung kann platzsparend und günstig durch geeignete Anordnung der Elemente und insbesondere des Aufbaus der Digitalelektronik in SMD-Technik durchgeführt werden.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
(siehe Blatt "handliches Spektrometer, Draufsicht")
(siehe Blatt "handliches Spektrometer, Innenansicht")

Claims (3)

1. Handliches Spektrometer für den sichtbaren und den daran angrenzenden Bereich mit integrierter Analyseeinheit, gekennzeichnet dadurch, daß das von einem dispergiven Medium zerlegte und von einem Detektorfeld gemessene Lichtspektrum von einer Analyseeinheit in eine dem Normalverbraucher verständliche Form ausgewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Messung der UV-Strahlung wobei der Benutzer mit Hilfe dieses Gerätes die von der Sonne einfallende Strahlung messen kann und Empfehlungen bekommt, wie er sich vor gesundheitsschädlichen Auswirkungen schützen sollte, wobei persönliche Daten, z. B. wie Hauttyp und Vorbräunung berücksichtigt werden können.

3. Verfahren nach Anspruch zur Messung zur gerichteten oder integralen Ermittlung der Farbtemperatur einer Lichtquelle oder eines angestrahlten Körpers mit Speichermöglichkeiten und Korrekturhilfestellungen bei Beleuchtungs- und Farbgebungsproblemen.