DE202008003764U1

DE202008003764U1 - Vorrichtung zur optischen Messung von Stoffen

Info

Publication number: DE202008003764U1
Application number: DE202008003764U
Authority: DE
Original assignee: J & M Analytische Mess & Regeltechnik GmbH; J & M Analytische Mess- und Regeltechnik GmbH
Current assignee: J&M ANALYTIK AG, DE
Priority date: 2008-03-18
Filing date: 2008-03-18
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2018-03-19
Also published as: WO2009115282A8; WO2009115282A1

Abstract

Vorrichtung zur optischen Messung von Stoffen, mit einem Sondengehäuse (1) und wenigstens einem Sender (2) und wenigstens einem Empfänger (3) für optische Strahlung und mit einer von dem wenigstens einen Sender (2) und dem wenigstens einen Empfänger (3) beabstandet angeordneten Abbildungsoptik (4) zum Abbilden der optischen Strahlung von dem wenigstens einen Sender (2) zu einer Probe (20) und zurück zu dem wenigstens einen Empfänger (3), wobei wenigstens ein Messfenster (5) in wenigstens einem Teilbereich der Umfangswand des Sondengehäuses (1) im Strahlengang seitlich angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungsoptik (4) besteht aus:
– einem optisch an den Sender (2) angekoppelten Sendelichtleiter (6),
– einer ersten Strahlumlenkeinrichtung (7) zur Strahlführung durch das Messfenster (5) auf die Probe (20),
– einer zweiten Strahlumlenkeinrichtung (10) zur Strahlführung des von der Probe (20) stammenden Signals und
– einem optisch an den Empfänger (3) angekoppelten Empfangslichtleiter (11)

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Messung von Stoffen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 20 2005 011 177 U1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung bekannt. Es handelt sich hierbei um eine Vorrichtung zur Analyse von einem zu analysierenden Gut, das sich in einem Produktraum, wie einem Behälter oder Rohr, befindet. Insbesondere dient die Messvorrichtung zur fotometrischen oder spektralfotometrischen Analyse von Pulver, Schüttgut oder Granulat, mit einer in einem Gehäuse angeordneten Messsonde. Diese ist mit wenigstens einem Strahlungs- oder Lichtmessglied, einem im Strahlengang angeordneten Messfenster, das in einer Gehäusewandung angeordnet ist, und mit wenigstens einem Detektionsglied für die Analyse ausgestattet. Dabei ist die Messsonde derart ausgebildet und in axialer Richtung verschiebbar geführt, dass wenigstens ein Teil des Gehäuses, in welchem sich das Messfenster befindet, durch eine Öffnung in den Produktraum, in welchem sich das zu analysierende Gut befindet, zur Analyse eintaucht. Es ist wenigstens ein Messfenster in wenigstens einem Teilbereich der Umfangswand des Gehäuses angeordnet, durch das die Strahlung hindurch tritt und zur Probe gelangt.
Zwischen der vorderen Stirnseite des Gehäuses und dem in der Umfangswand angeordneten Messfenster befindet sich eine Dichtkappe, die sich in einer zurückgezogenen Position der Messsonde, in der sich das Messfenster außerhalb des Produktraums befindet, zumindest teilweise noch im Bereich der Öffnung in dem Produktraum angeordnet ist und damit die Öffnung abdeckt.
Es ist aus der DE 10 2006 013 341 B3 eine Vorrichtung zur Analyse von einem Produkt bekannt, dass sich in einem mit einem Kopplungselement versehenen Behältnis befindet. Die Vorrichtung ist mit einem Andockelement zur dichtenden Verbindung mit dem Kopplungselement und mit einer in einem Sondengehäuse angeordneten Messsonde versehen. Die Messsonde ist mit wenigstens einem Strahlungs- oder Lichtmessglied, wenigstens einem im Strahlungsgang angeordneten Messfenster, das in einer Wandung des Sondengehäuses angeordnet ist, und mit wenigstens einem Detektionsglied für die Analyse versehen. Das Sondengehäuse mit der Messsonde ist derart ausgebildet und verschiebbar geführt, dass wenigstens ein Teil des Sondengehäuses, in welchem sich das Messfenster befindet, in das Behältnis zur Analyse eingeführt werden kann.
Bekannt ist aus der DE 10 2006 004 916 B3 auch eine Vorrichtung zur optischen Messung von Stoffkonzentrationen, die wenigstens einen in bzw. an einem Gehäuse angeordneten Sender und wenigstens einen Empfänger für optische Strahlung aufweist. Darüber hinaus beinhaltet die Vorrichtung eine vom Sender und Empfänger beabstandete und innerhalb des Stoffes angeordnete Umlenkeinrichtung zum Umlenken der optischen Strahlung vom Sender zum Empfänger. Der Abstand der Umlenkeinrichtung zu dem wenigstens einen Sender und/oder dem wenigstens einen Empfänger ist mittels einer Verstelleinrichtung veränderbar.
Eine weitere Messvorrichtung ist außerdem aus der Gebrauchsmusterschrift DE 94 14 467 U1 bekannt. Das in dieser Druckschrift beschriebene Raman-Spektrometer ist mit einer externen, ein Lichtleiterbündel enthaltenden Messsonde zum Aufsetzen auf die Oberfläche einer Probe und mit einem Laser zur Anregung von Ramanstrahlung in der Probe ausgestattet. Das Laserlicht wird in eine oder mehrere zentrale Fasern des Licht- Leiterbündels eingekoppelt und über ein Fokussierelement auf die Probenoberfläche geführt. Das von der Probe emittierte Raman-Licht wird über das Fokussierelement in weitere Fasern des Lichtleiterbündels eingekoppelt und in das Gehäuse des Spektrometers geleitet, wo es spektral analysiert wird. Das Fokussierelement enthält einen transparenten optischen Körper mit einer ersten planen Oberfläche, die mit der ebenfalls planen Endoberfläche des Lichtleiterbündels entweder direkt in Kontakt ist oder auf welche die Endoberfläche des Lichtleiterbündels abgebildet wird. Des Weiteren weist das Fokussierelement eine zweite Oberfläche auf, die mit der Probenoberfläche in Kontakt gebracht werden kann und umfasst zudem eine dritte, mantelförmig geschlossene, verspiegelte oder totalreflektierende Oberfläche. Dabei kann das Fokussierelement auf das Ende des Lichtleiterbündels aufgesteckt und wieder entfernt werden. Der Strahlweg vom Anregungslaser zur Probe und wieder zurück zum Detektor verläuft dabei in einer Raumrichtung.
Es ist auch in der letztgenannten Druckschrift eine Anordnung mit einer Beleuchtungs- und Detektionsfaser beschrieben. Die unerwünschte Strahlung, die in der Beleuchtungsfaser erzeugt wird, wird dabei durch ein Interferenzfilter bereits nahe am Faserende herausgefiltert. Ein Teilbündel mit den zentralen Fasern zum Zuführen der Laserstrahlung und ein Teilbündel mit den weiteren Fasern zum Abführen der Ramanstrahlung sind räumlich vollständig getrennt. Die Endflächen der Fasern werden über Linsen und Spiegel entsprechend abgebildet. Ein halbdurchlässiger Spiegel spaltet im Strahlengang die jeweiligen Lichtanteile zur Probe hin und zum Detektor hin auf. Folglich sind Anregungslaser- und Interferometerstrahlengang voneinander unabhängig. Durch halbdurchlässige Spiegel sind allerdings nachteilhafterweise immer Intensitätsverluste zu akzeptieren.
In der Praxis ist es bei den bekannten gattungsgemäßen Vorrichtungen erforderlich, optische Messmethoden auch apparatetechnisch besser in die Messvorrichtungen einzubinden und dadurch zu optimieren. Insbesondere betrifft dies Messmethoden, wie beispielsweise die Ramanspektroskopie, bei der das von der zu messenden Probe stammende Ramansignal eine vergleichsweise geringe Signalstärke aufweist und bereits vor dem Detektor entsprechend aufbereitet werden soll.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur optischen Messung von Stoffen weiterzuentwickeln, bei der bei einem geringen zur Verfügung stehenden Bauraum der optische Strahlweg optimiert ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur optischen Messung mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Die weiteren rückbezogenen Ansprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
Die Erfindung schließt eine Vorrichtung zur optischen Messung von Stoffen ein, mit einem Sondengehäuse und wenigstens einem Sender. Dazu wenigstens einem Empfänger für optische Strahlung und mit einer von dem wenigstens einen Sender und dem wenigstens einen Empfänger beabstandet angeordneten Abbildungsoptik. Die Abbildungsoptik dient zum Abbilden der optischen Strahlung von dem wenigstens einen Sender zu einer Probe und zurück zu dem wenigstens einen Empfänger. Im Strahlengang ist wenigstens ein Messfenster in wenigstens einem Teilbereich der Umfangswand des Sondengehäuses seitlich angeordnet. Die Abbildungsoptik besteht aus:

– einem optisch an den Sender angekoppelten Sendelichtleiter,
– einer ersten Strahlumlenkeinrichtung zur Strahlführung durch das Messfenster auf die Probe,
– einer zweiten Strahlumlenkeinrichtung zur Strahlführung des von der Probe stammenden Signals und
– einem optisch an den Empfänger angekoppelten Empfangslichtleiter.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung handelt es sich um eine Optik mit geometrisch getrennter Beleuchtung und Beobachtung.
Dabei kann der Sender ein Laser sein, dessen Licht in eine in Abstrahlrichtung angeordnete Faser des Sendelichtleiters eingekoppelt wird. Die Laserstrahlung tritt am Ende der Faser mit einem Divergenzwinkel aus, der der numerischen Apertur der Faser entspricht. Sofern der Sender und Empfänger lokal beieinander am oder im Gehäuse angeordnet sind, können Sendelichtleiter und Empfangslichtleiter parallel zueinander im Gehäuse bis zu den strahlumlenkenden bzw. abbildenden Bauteilen der Abbildungsoptik geführt sein. Da Lichtleiter allerdings üblicherweise flexibel sind, ist auch denkbar, das Laserlicht von lokal auseinander liegenden Sendern und Empfängern in das Gehäuse bis zur Abbildungsoptik einzukoppeln. Derartige Anordnungen sind insbesondere für kleine Bauräume besonders geeignet, beispielsweise in Lighthouse-Sonden mit seitlichem Strahlaustritt.
Das aus dem Sendelichtleiter austretende divergente Strahlungsbündel wird mit der ersten Strahlumlenkeinrichtung in Richtung Probe umgelenkt, welche sich außerhalb des optisch transparenten Messfensters befindet. Durch diese Anordnung wird auch erreicht, dass die Strahlungsintensität des Lasers auf der Probe zur Erzeugung eines verwertbaren Ramansignals ausreicht. Das Ramansignal wird mit Hilfe einer zweiten Strahlumlenkeinrichtung auf das Ende des Empfangslichtleiters eingekoppelt. Das von der Probe kommende Ramansignal hat ein anderes Spektrum als der primäre Laserstrahl.
Eine Beschichtung auf der zweiten Umlenkeinrichtung ist so gewählt, dass das Ramansignal aufgrund seines Spektrums sehr gut in Richtung zum Empfangslichtleiter reflektiert wird. Das Laserlicht mit anderer Wellenlänge wird dagegen entsprechend transmittiert, so dass es nicht in den Empfangslichtleiter trifft. Das vom Empfangslichtleiter aufgenommene Ramansignal wird auf einen Empfänger weitergeleitet und in diesem detektiert und aufbereitet.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung kann auch das am Messfenster reflektierte Laserlicht vom als Beobachtungskanal dienenden Empfangslichtleiter abgetrennt werden.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass die zur geometrischen Abtrennung dienende zweite Strahlumlenkeinrichtung das Ramansignal und das an der Probe gestreuten Laserlicht aufspaltet und nur das zur Charakterisierung der Probe interessierende Signal zum Detektor gelangt. Dies bietet den Vorteil, dass der Spiegel nicht nur die geometrische Trennung von Beobachtungs- und Beleuchtungskanal gewährleistet, sondern auch durch die Filterfunktion das Eindringen von an der Probe gestreuten Laserlichts in den Beobachtungskanal sicherstellt. Hinzu kommt noch der Vorteil, dass durch die erfindungsgemäße Anordnung der zweiten Strahlumlenkeinrichtung das Licht von der Probe durch das Messfenster seitlich einfällt, was der Integration der Optik in den zylindrischen Messkopf, beispielsweise mit einem Saphirfenster, entgegenkommt.
In bevorzugter Ausführungsform kann im optischen Strahlweg zur Abbildung der Strahlung durch das Messfenster auf die Probe bzw. zum Sammeln des von der Probe stammenden Signals zumindest eine Linse nach der ersten Strahlumlenkeinrichtung und vor der zweiten Strahlumlenkeinrichtung angeordnet sein.
Das aus dem Sendelichtleiter austretende divergente Strahlungsbündel wird nun mit der ersten Strahlumlenkeinrichtung in Richtung Probe umgelenkt und mit einer Linse zur Abbildung der Strahlung auf die Probe außerhalb des optisch transparenten Messfensters fokussiert. Durch die Fokussierung wird erreicht, dass die Strahlungsintensität des Lasers auf der Probe zur Erzeugung eines verwertbaren Ramansignals entsprechend hoch ist. Das Ramansignal wird mit Hilfe einer Linse und einer zweiten Strahlumlenkeinrichtung auf das Ende des Empfangslichtleiters fokussiert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann durch die erste Strahlumlenkeinrichtung die axial einfallende Strahlung wenigstens annähernd in radiale Richtung umgelenkt sein. Dies kommt beispielsweise besonders bei einer Lighthouse-Sonde zum tragen, da bei diesem Sondentyp der Bauraum für eine abbildende Optik äußerst begrenzt ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der an den Sender angekoppelte Sendelichtleiter als Faserbündel ausgestaltet sein. Alternativ kann vorteilhafterweise der an den Empfänger angekoppelte Empfangslichtleiter als Faserbündel ausgestaltet sein. Beide Maßnahmen führen zu einer kompakten Bauweise der Sonde. Der besondere Vorteil ist allerdings die räumliche Entkopplung der Sender- und Empfängerseite mit entsprechendem Freiraum bei der konstruktiven Auslegung der Sonde.
Alternativ können des Weiteren vorteilhafterweise der an den Sender angekoppelte Sendelichtleiter und der an den Empfänger angekoppelten Empfangslichtleiter als gemeinsames Faserbündel ausgestaltet sein. Mit einem gemeinsamen Faserbündel wird eine besonders kompakte Bauweise anvisiert.
Ein weiterer Vorteil kann resultieren, wenn der Sendelichtleiter im Faserbündel zentral angeordnet ist. Bei dieser kompakten Bauweise ergeben sich in Verbindung mit der zentralen Lage des Sendelichtleiters besonders günstige Symmetrieverhältnisse und damit weitere Vorteile bei der Anordnung der nachfolgenden abbildenden Optik.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Sendelichtleiter im Faserbündel am ausgangsseitigen Ende aus dem Faserbündel überstehen.
Vorteilhafterweise kann der Sendelichtleiter im Faserbündel am ausgangsseitigen Ende aus dem Faserbündel so weit überstehen, dass zwischen Bündelende und dem Ende des Sendelichtleiters die zweite Strahlumlenkeinrichtung anordenbar ist.
Die Faser steht aus dem Faserbündel so weit heraus, dass zwischen Bündelende und dem Ende der zentralen Laserfaser beispielsweise ein verkippter Spiegel passt.
Bevorzugt kann der überstehende Sendelichtleiter durch eine Ausnehmung in der ersten Strahlumlenkeinrichtung hindurchgeführt sein. Bei der technischen Realisierung kann eine Lichtleiterfaser durch einen angebohrten Spiegel geführt und eingeklebt sein, die entsprechend konfektioniert, geschliffen und poliert ist. Derartige Anordnungen sind insbesondere für kleine Bauräume geeignet, beispielsweise zur Integration in einer Lighthouse-Sonde mit seitlichem Strahlaustritt. Mit dieser Anordnung kann eine Optik mit geometrisch getrennter Beleuchtung und Beobachtung realisiert werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können der an den Sender angekoppelte Sendelichtleiter bzw. der an den Empfänger angekoppelte Empfangslichtleiter austauschbar sein. Hierdurch wird eine Messsonde aus einzelnen Modulen aufgebaut, was eine Wartung oder Reparatur erleichtert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die erste und/oder zweite Strahlumlenkeinrichtung ein ebener Spiegel sein. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass durch eine Schrägstellung des jeweiligen Spiegels das Licht von der Probe seitlich einfällt, was der Integration der Optik, beispielsweise in einen zylindrischen Messkopf mit Saphirfenster, entgegenkommt.
Vorteilhafterweise kann die erste Strahlumlenkeinrichtung aus mehreren Spiegeln bestehen bzw. eine Pyramiden- oder Kegelform mit mehreren Spiegelflächen aufweisen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Strahlumlenkeinrichtung drehbar oder schwenkbar ausgebildet ist.
Zur Umlenkung der vom Sendelichtleiter geführten Strahlung ist im Inneren der Messsonde im Bereich des oder der Messfenster eine Strahlungsumlenkeinrichtung in Form von ein oder mehreren Umlenkspiegeln denkbar. Die Umlenkspiegel können beispielsweise über den Umfang verteilt in einem Winkel von 45° zur Längsachse der Messsonde und des Sondengehäuses ausgerichtet sein, damit die axial eintreffenden Strahlen in radialer Richtung umgelenkt und auf diese Weise radial aus dem oder den Messfenstern austreten können, um entsprechend auf das zu analysierende Produkt zu treffen.
Anstelle von mehreren über den Umfang verteilt angeordneten Spiegeln kann auch eine Spiegeleinheit in Kegelform, Kegelstumpfform oder Pyramidenform verwendet werden, wobei auch bei diesen Ausführungen entsprechende Spiegelflächen vorgesehen sind. Bei Verwendung von mehreren Messfenstern oder einem Messfenster, das sich über 360° erstreckt, kann in Verbindung mit mehreren Spiegeln oder Spiegelflächen eine Kombination von verschiedenen Messverfahren gleichzeitig durchgeführt werden, wenn entsprechend mehrere Sende- bzw. Empfängerlichtleiter vorgesehen sind.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann eine erste Linse zur Abbildung der Strahlung auf die Probe und eine zweite Linse zum Sammeln des von der Probe stammenden Signals zur Abbildung angeordnet sein. Hierdurch wird der Strahlengang vollständig entkoppelt.
In weiterer bevorzugter Ausführungsform der Erfindung reflektiert, im Falle einer optischen Messung mittels Ramanspektroskopie, die erste Strahlumlenkeinrichtung nur die Laserwellenlänge.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann, im Falle einer optischen Messung mittels Ramanspektroskopie, zwischen dem Sendelichtleiter und der ersten Strahlumlenkeinrichtung ein weiterer Filter angeordnet sein, der nur die Laserwellenlänge hindurch lässt.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das Material des Messfensters Saphir, Quarz oder Glas ist. Letztendlich wird durch die verwendete Analysemethode die Auswahl eines geeigneten Fenstermaterials festgelegt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung fällt, im Falle einer optischen Messung mittels Ramanspektroskopie, das von der Probe stammende Ramansignal nicht auf das austrittsseitige Ende Sendelichtleiters. Die optischen Wege sind dann vollständig getrennt.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung reflektiert, im Falle einer optischen Messung mittels Ramanspektroskopie, die zweite Strahlumlenkeinrichtung nur das von der Probe stammende Ramansignal.
Hierzu wird die zur geometrischen Abtrennung dienende zweite Strahlumlenkeinrichtung mit einer für das Ramanlicht reflektierenden und für das an der Probe gestreute Laserlicht transmittierenden Schicht ausgestattet. Mit dieser Maßnahme kann auch das am Messfenster reflektierte Laserlicht vom Beobachtungskanal abgetrennt werden. Dies bietet den weiteren Vorteil, dass die zweite Strahlumlenkeinrichtung nicht nur die geometrische Trennung von Beobachtungs- und Beleuchtungskanal gewährleistet, sondern auch durch die Filterfunktion das Einkoppeln des an der Probe gestreuten Laserlichts in den Beobachtungskanal sicherstellt.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend anhand der Zeichnungen prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigt:
1 eine Ausführungsform der Vorrichtung zur optischen Messung von Stoffen;
2 eine erste Ausführungsform eines Teils der Abbildungsoptik im Bereich des Messfensters;
3 eine zweite Ausführungsform eines Teils der Abbildungsoptik im Bereich des Messfensters;
4 eine dritte Ausführungsform eines Teils der Abbildungsoptik im Bereich des Messfensters.
Die in der 1 dargestellte Vorrichtung weist eine Messsonde mit einem Sondengehäuse 1 auf, einem externen Sender 2 und einem Empfänger 3 für optische Strahlung. Im Sondengehäuse 1 ist vom Sender 2 und Empfän ger 3 beabstandet eine Abbildungsoptik 4 angeordnet. Im Strahlengang ist ein Messfenster 5 in der Umfangswand des Sondengehäuses 1 seitlich angeordnet. Die vom Sender 2 ausgehende Strahlung wird in den Sendelichtleiter 6 eingekoppelt, der im Sondengehäuse 1 bis nahe an das Messfenster 5 herangeführt ist. Dort befindet sich das eigentliche Kernstück der Abbildungsoptik 4. Eine erste Strahlumlenkeinrichtung 7, hier in Gestalt eines verspiegelten Prismas dient dazu, den zunächst im Sendelichtleiter 6 axial im Sondengehäuse geführten Strahl annähernd in radiale Richtung umzulenken. Die erste Strahlumlenkeinrichtung 7 kann auch ein planparalleler Spiegel sein. Mit einer optional angeordneten ersten Linse 8 wird die Strahlung durch das Messfenster auf die Probe 20 abgebildet. Mit einer ebenfalls optional angeordneten zweiten Linse 9 wird das von der Probe 20 kommende Ramansignal auf eine zweite Strahlumlenkeinrichtung 10, hier in Form eines planparallelen Spiegels abgebildet und über den Spiegel in den Empfangslichtleiter 11 eingekoppelt. Der Empfangslichtleiter 11 verläuft im Sondengehäuse 1 im Wesentlichen parallel zum Sendelichtleiter 6 und führt das Messsignal zum Empfänger 3 zurück. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich um eine Optik mit geometrisch vollständig getrennter Beleuchtung und Beobachtung.
Die Messsonde ist in einem Führungsgehäuse 13 verschiebbar gehaltert. So kann die Messsonde aus einer Stand-by-Position aus dem Führungsgehäuse 13 herausgefahren und in Messposition in oder an die Probe 20 gebracht werden. In der Stand-by-Position ist im Bereich des Messfensters 5 zwischen dem Sondengehäuse 1 und dem Führungsgehäuse 13 ein bodenseitig mit einer Dichtung 12 verschlossener Hohlraum zum Spülen ausgebildet.
Hierzu ist eine Spüleinrichtung 14 am Führungsgehäuse angebracht, mit der in erster Linie Probenrückstände entfernt werden, die nach einer Messung am Sondengehäuse 1 und insbesondere am Messfenster 5 anhaften. Ein Gasanschluss mit Druckprüfeinheit 15 unterstützt die effiziente Reinigung.
Die weiteren 2 bis 4 zeigen unterschiedliche vorteilhafte Ausführungsformen der abbildenden Optik 4 unter Verwendung von Linsen 8 und 9. So ist in 2 eine erste Ausführungsform eines Teils der Abbildungsoptik 4 im Bereich des Messfensters 5 dargestellt. Der an den Sender 2 angekoppelte Sendelichtleiter 6 und der an den Empfänger 3 angekoppelten Empfangslichtleiter 11 ist als gemeinsames Faserbündel ausgestaltet. In diesem Bündel ist der Sendelichtleiter 6 zentral angeordnet. In diesem Falle steht der Sendelichtleiter 6 im Faserbündel am ausgangsseitigen Ende aus dem Faserbündel über und ist durch ein Loch in der zweiten Strahlumlenkeinrichtung 10, hier ausgeführt als planparalleler Spiegel, hindurchgeführt. Das Laserlicht trifft so aus dem Sendelichtleiter 6 kommend direkt auf den ebenen Spiegel der ersten Strahlumlenkeinrichtung 7, wird so in radiale Richtung umgelenkt und über eine erste Linse 8 durch das Messfenster 5 auf die Probe 20 fokussiert.
Das von der Probe 20 kommende und durch das Messfenster 5 tretende Signal wird durch eine zweite Linse 9 auf die zweite Strahlumlenkeinrichtung 10 fokussiert und von dort aus in den Empfangslichtleiter 11 zur Analyse eingekoppelt. Diese Anordnung zeigt, dass das von der Probe 20 stammende Ramansignal nicht auf das austrittsseitige Ende Sendelichtleiters 6 fällt.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Teils der Abbildungsoptik 4 der Messsonde im Bereich des Messfensters 5. Bei dieser Ausführungsform sind der an den Sender 2 angekoppelte Sendelichtleiter 6 und der an den Empfänger 3 angekoppelten Empfangslichtleiter 11 als getrenntes Faserbündel ausgeführt. Eine derartige Anordnung ermöglicht eine vollständige räumliche Entkopplung der Sender- und Empfängerseite. Bei dem aus dem Sendelichtleiter 6 austretenden Licht wird zunächst über einen Filter 16 (Notchfilter) störende Strahlungsanteile herausgefiltert, die durch Wechselwirkung mit dem Lichtleitermaterial entstehen. In diesem Falle wird der Sendelichtleiter 6 am planparallelen Spiegel der zweiten Strahlumlenkeinrichtung 10, vorbeigeführt. Das Laserlicht trifft so aus dem Sende lichtleiter 6 kommend nach dem Filter 16 direkt auf den ebenen Spiegel der ersten Strahlumlenkeinrichtung 7 und wird über eine Linse 8, 9 wiederum durch das Messfenster 5 auf die Probe 20 fokussiert. Das von der Probe 20 kommende und durch das Messfenster 5 tretende Signal wird durch dieselbe Linse 8, 9 auf die zweite Strahlumlenkeinrichtung 10 fokussiert. Im Anschluss wird das Signal wiederum in den Empfangslichtleiter 11 zur Analyse eingekoppelt.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Teils der Abbildungsoptik 4 im Bereich des Messfensters 5. Im Unterschied zu 3 sind eine erste Linse 8 für das einfallende Laserlicht und eine weitere zweite Linse 9 für das ausfallende Laserlicht unmittelbar innerhalb des Messfensters 5 zur vollständigen geometrischen Entkopplung der Strahlführung angeordnet.

Claims

Vorrichtung zur optischen Messung von Stoffen, mit einem Sondengehäuse (1) und wenigstens einem Sender (2) und wenigstens einem Empfänger (3) für optische Strahlung und mit einer von dem wenigstens einen Sender (2) und dem wenigstens einen Empfänger (3) beabstandet angeordneten Abbildungsoptik (4) zum Abbilden der optischen Strahlung von dem wenigstens einen Sender (2) zu einer Probe (20) und zurück zu dem wenigstens einen Empfänger (3), wobei wenigstens ein Messfenster (5) in wenigstens einem Teilbereich der Umfangswand des Sondengehäuses (1) im Strahlengang seitlich angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungsoptik (4) besteht aus: – einem optisch an den Sender (2) angekoppelten Sendelichtleiter (6), – einer ersten Strahlumlenkeinrichtung (7) zur Strahlführung durch das Messfenster (5) auf die Probe (20), – einer zweiten Strahlumlenkeinrichtung (10) zur Strahlführung des von der Probe (20) stammenden Signals und – einem optisch an den Empfänger (3) angekoppelten Empfangslichtleiter (11)
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im optischen Strahlweg zur Abbildung der Strahlung durch das Messfenster (5) auf die Probe (20) bzw. zum Sammeln des von der Probe (20) stammenden Signals zumindest eine Linse (8, 9) nach der ersten Strahlumlenkeinrichtung (7) und vor der zweiten Strahlumlenkeinrichtung (10) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die erste Strahlumlenkeinrichtung (7) die axial einfallende Strahlung wenigstens annähernd in radiale Richtung umlenkbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der an den Sender (2) angekoppelte Sendelichtleiter (6) als Faserbündel ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der an den Empfänger (3) angekoppelte Empfangslichtleiter (11) als Faserbündel ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der an den Sender (2) angekoppelte Sendelichtleiter (6) und der an den Empfänger (3) angekoppelten Empfangslichtleiter (11) als gemeinsames Faserbündel ausgestaltet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sendelichtleiter (6) im Faserbündel zentral angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sendelichtleiter (6) im Faserbündel am ausgangsseitigen Ende aus dem Faserbündel übersteht.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sendelichtleiter (6) im Faserbündel am ausgangsseitigen Ende aus dem Faserbündel so weit übersteht, dass zwischen Bündelende und dem Ende des Sendelichtleiters (6) die ersten Strahlumlenkeinrichtung (7) anordenbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der überstehende Sendelichtleiter (6) durch eine Ausnehmung in der zweiten Strahlumlenkeinrichtung (10) hindurchgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der an den Sender (2) angekoppelte Sendelichtleiter (6) bzw. der an den Empfänger (3) angekoppelte Empfangslichtleiter (11) austauschbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Strahlumlenkeinrichtung (7, 10) ein ebener Spiegel ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strahlumlenkeinrichtung (7) aus mehreren Spiegeln besteht bzw. eine Pyramiden- oder Kegelform mit mehreren Spiegelflächen aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlumlenkeinrichtung (7) drehbar oder schwenkbar ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Linse (8) zur Abbildung der Strahlung auf die Probe (20) und eine zweite Linse (9) zum Sammeln des von der Probe (20) stammenden Signals zur Abbildung angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass, im Falle einer optischen Messung mittels Ramanspektroskopie, die erste Strahlumlenkeinrichtung (7) nur die Laserwellenlänge reflektiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass, im Falle einer optischen Messung mittels Ramanspektroskopie, zwischen dem Sendelichtleiter (6) und der ersten Strahlumlenkeinrichtung (7) ein weiterer Filter angeordnet ist, der nur die Laserwellenlänge hindurch lässt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Messfensters (5) Saphir, Quarz oder Glas ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass, im Falle einer optischen Messung mittels Ramanspektroskopie, die zweite Strahlumlenkeinrichtung (10) so angeordnet ist, dass das von der Probe (20) stammende Ramansignal nicht auf das austrittsseitige Ende Sendelichtleiters (6) fällt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass, im Falle einer optischen Messung mittels Ramanspektroskopie, die zweite Strahlumlenkeinrichtung (10) nur das von der Probe stammende Ramansignal reflektiert.