DE202015103885U1 - Spektroskopisches Messgerät - Google Patents

Abstract

Wellenlängenaufgelöstes Kalibrationssystem für ein spektroskopisches Messgerät (1), das eine spektral breitbandige Lichtquelle (2) und eine Messzelle (3) mit einem optischen Resonator umfasst, wobei die Lichtquelle (2) zum Aussenden eines Lichtstrahls ausgebildet ist, der durch einen Eingang in die Messzelle (3) eintritt und durch einen Ausgang aus der Messzelle (3) austritt, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibrationssystem einen Auswertedetektor (7) und eine Filtereinheit (6) umfasst, wobei der Auswertedetektor (7) außerhalb der Messzelle (3) an dem Ausgang anordenbar und zum Ausgeben eines Messwerts für eine Gesamtlichtintensität von auf ihn auftreffendem Licht ausgebildet und zeitaufgelöst auslesbar ist, wobei die Filtereinheit (6) dergestalt ausgebildet ist und relativ zu dem Messgerät (1) und zu dem Auswertedetektor (7) anordenbar ist, dass sie eine Filterung des Lichtanteils des Lichtstrahls mit einer vorgegebenen Wellenlängenabhängigkeit gewährleistet, der auf den Auswertedetektor (7) auftrifft.

Description

• Die Erfindung betrifft ein wellenlängenaufgelöstes Kalibrationssystem für ein spektroskopisches Messgerät gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein spektroskopisches Messgerät gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 11.
• Herkömmliche spektroskopische Messgeräte werden dazu eingesetzt, die Konzentration von Absorbergasen, wie beispielsweise Spurengasen (z. B. NO, NO₂, NO₃, O₃), in einer bestimmten Umgebungsluft zu ermitteln. Zur prinzipiellen Erläuterung wird nachfolgend beispielhaft und stellvertretend für Absorbergase im Allgemeinen auf Spurengase Bezug genommen. Das Grundprinzip sämtlicher spektroskopischer Messgeräte beruht darauf, dass jedes Spurengas aufgrund seiner charakteristischen Molekülstruktur bei Anregung durch Licht eine bestimmte Absorptionsstruktur aufweist. Wird ein Molekül eines solchen Spurengases durch eine Lichtquelle angeregt, die über eine bestimmte spektrale Breite, d. h. über einen bestimmten Wellenlängenbereich, Licht mit einer wellenlängenabhängigen Lichtintensität ausstrahlt, so absorbiert dieses Molekül gemäß seiner spezifischen Absorptionsstruktur einen Anteil dieses Lichts, wobei der Anteil des absorbierten Lichts von der Wellenlänge abhängt. Die Absorptionsstruktur gibt somit die wellenlängenabhängige Absorptionseigenschaft eines Spurengases mit Bezug auf die Absorption von Licht an. Wenn von einer Lichtquelle Licht in eine Umgebungsluft ausgesandt wird, wobei das Licht in der Umgebungsluft einen Lichtweg zurücklegt, so wird gemäß der spezifischen Absorptionsstruktur eines Spurengases umso mehr Intensität des Lichts absorbiert, je mehr Moleküle des Spurengases das Licht auf seinem Lichtweg trifft. Die Lichtintensität, die gemessen wird, nachdem von einer Lichtquelle ausgesandtes Licht einen bestimmten Lichtweg in einer bestimmten Umgebungsluft durchlaufen hat, hängt somit sowohl von der Länge des Lichtwegs als auch von der Konzentration des Spurengases in der Umgebungsluft ab. Mathematisch kann dieses Grundprinzip über das Beer-Lambert-Gesetz beschrieben werden: I = I₀·exp[–σ·x·L], wobei I die Lichtintensität nach Durchlaufen des Lichtwegs in der Umgebungsluft, I₀ die von der Lichtquelle in die Umgebungsluft ausgesandte Lichtintensität, σ den Absorptionswirkungsquerschnitt des Spurengases, x die Konzentration des Spurengases und L die Länge des Lichtwegs angeben. Der Absorptionswirkungsquerschnitt eines Spurengases ist selbstverständlich abhängig von der Wellenlänge und gibt die Absorptionsstruktur eines Spurengases präzise an.
• Vor dem Hintergrund dieses Grundprinzips sind herkömmliche spektroskopische Messgeräte stets als eine Anordnung aufgebaut, bei der Licht, das von einer Lichtquelle ausgesandt wird, einen vorbestimmten oder bestimmbaren Lichtweg zurücklegt, wobei am Ende des Lichtwegs ein Detektor angeordnet ist, mit dem eine Lichtintensität gemessen werden kann. Zur Realisierung von spektroskopischen Messgeräten sind sehr unterschiedliche Möglichkeiten bekannt. So existieren beispielsweise spektroskopische Messgeräte, bei denen der Lichtweg durch geometrische Anordnung von Spiegeln zwischen einem Startpunkt und einem Zielpunkt geometrisch festgelegt ist. Zur Gewährleistung einer hohen Messgenauigkeit sind solche spektroskopische Messgeräte mit einem geometrisch festgelegten Lichtweg von mehreren Kilometern bekannt. Ein gänzlich anderer Ansatz wird bei spektroskopischen Messgeräten beschritten, die eine Messzelle mit einem optischen Resonator aufweisen. Der optische Resonator ist in der Messzelle angeordnet und umfasst eine Spiegelanordnung, die dazu dient, Licht möglichst oft innerhalb der Spiegelanordnung zu reflektieren. Die Länge des Lichtwegs ist somit nicht geometrisch vorgegeben sondern hängt vielmehr beispielsweise von der Reflektivität der Spiegelanordnung und von der Absorption von Licht innerhalb der Messzelle ab. Je höher die Reflektivität der Spiegelanordnung und je geringer die Absorption, desto länger ist der Lichtweg. Die Absorption kann beispielsweise durch Elemente der Umgebungsluft, wie beispielsweise die darin enthaltenen Spurengase, und/oder durch das Absorptionsverhalten der Spiegelanordnung bedingt sein. Bei solchen Messgeräten mit optischem Resonator wird mit einem Detektor die Lichtintensität gemessen, die aus der Messzelle ausgekoppelt wird. Da der Lichtweg nicht geometrisch vorbekannt ist, sind Kalibrationsmessungen erforderlich, damit aus einer gemessenen Lichtintensität Rückschlüsse auf die Konzentration von Spurengasen in der Umgebungsluft gezogen werden können, die in der Messzelle angeordnet ist. Im Vergleich zu den beispielhaft beschriebenen Messgeräten mit geometrisch festgelegtem Lichtweg weisen Messgeräte mit optischem Resonator den erheblichen Vorteil auf, dass aufgrund der Vielfachreflexionen in dem optischen Resonator auch mit einer geringen Baugröße des Resonators und damit des gesamten spektroskopischen Messgeräts ein so langer Lichtweg erreicht werden kann, dass eine präzise Messung von Konzentrationen von Spurengasen in einer Umgebungsluft möglich ist. Daher eignen sich solche spektroskopischen Messgeräte gerade auch für lokale, d. h. räumlich aufgelöste Messungen von Spurengaskonzentrationen und sind darüber hinaus kostengünstig und einfach herstellbar.
• Die vorliegende Erfindung betrifft solche beschriebenen spektroskopischen Messgeräte mit optischem Resonator. Wie erläutert sind bei solchen spektroskopischen Messgeräten Kalibrationsmessungen erforderlich, damit aus der gemessenen Lichtintensität sinnvolle Rückschlüsse über die Konzentration von Spurengasen in der Messzelle gezogen werden können. Dabei wird über eine Kalibrationsmessung eine wellenlängenabhängige Kalibrationskurve ermittelt, die den Lichtweg des Lichts innerhalb der Messzelle charakterisiert, so dass mittels der wellenlängenabhängigen Kalibrationskurve aus der an einem Ausgang der Messzelle ermittelten Lichtintensität die Konzentration von Spurengasen berechnet werden kann. Die Kalibrationskurve ist wellenlängenabhängig, weil die den Lichtweg bestimmenden Parameter in der Messzelle wellenlängenabhängig sind, wie beispielsweise die Reflektivität der Spiegelanordnung des Resonators und insbesondere die Rayleigh-Streuung an Molekülen. Die Kalibrationskurve kann auf verschiedene Weise, d. h. über verschiedene Werte, wellenlängenabhängig dargestellt werden. Beispielsweise ist üblich, die Kalibrationskurve als Abhängigkeit der Länge des Lichtwegs von der Wellenlänge darzustellen, oder alternativ beispielsweise als wellenlängenabhängige Aufenthaltszeit des Lichts in der Messzelle, oder beispielsweise als wellenlängenabhängige Reflektivität der Spiegelanordnung. Beispielsweise wird bei gattungsgemäßen spektroskopischen Messgeräten eine als wellenlängenabhängige Länge des Lichtwegs angegebene Kalibrationskurve L häufig umgerechnet in eine als wellenlängenabhängige Reflektivität angegebene Kalibrationskurve R durch: L(λ) = d / 1-R(λ), wobei von einer Spiegelanordnung ausgegangen wird, bei der zwei Spiegel im Abstand d einander gegenüberliegend angeordnet sind.
• Da sich der Zustand der Messzelle üblicherweise mit der Zeit ändert, beispielsweise wegen Degradation der Spiegelanordnung oder Ablagerungen an der Spiegelanordnung, ist bevorzugt eine Kalibrationsmessung vor jeder Durchführung einer Messung zur Bestimmung von Konzentrationen von Spurengasen durchzuführen.
• Im Stand der Technik sind verschiedene Methoden zur Durchführung solcher Kalibrationsmessungen bekannt. Gemäß einer Methode wird als Kalibrationskurve die Länge des Lichtwegs in der Messzelle bestimmt, indem die Messzelle für eine erste Messung mit Helium geflutet wird und für eine zweite Messung mit normaler Luft („Nullluft“). Vorzugsweise wird als Nullluft möglichst reine Luft verwendet, beispielsweise Umgebungsluft, die durch einen Aerosolfilter zum Entfernen von (Mie-)Streuern und/oder durch weitere Filter zum Herausfiltern von Absorbern gefiltert wurde. Beispielsweise kann als Nullluft auch N₂, O₂ oder ein N₂-O₂-Gemisch verwendet werden. Bei beiden Messungen wird die Lichtintensität am Ausgang der Messzelle gemessen. Da davon ausgegangen werden kann, dass die Unterschiede zwischen den bei der ersten und zweiten Messung gemessenen Lichtintensitäten weit überwiegend auf einer unterschiedlichen Rayleigh-Streuung in Luft und Helium beruhen, die jeweils von dem Rayleigh-Streuquerschnitt und damit der Teilchengröße in Luft bzw. Helium abhängt, kann die Länge des Lichtwegs L(λ) ermittelt werden aus:

  

  wobei durch I_Luft die gemessene Lichtintensität bei Spülung der Messzelle mit Nullluft, I_He die gemessene Lichtintensität bei Spülung der Messzelle mit Helium und ε_He bzw. ε_Luft der Rayleigh-Extinktionskoeffizient angegeben ist, wobei der Extinktionskoeffizient aus ε = σ·n berechenbar ist, wobei σ den in der Literatur bekannten Rayleigh-Streuquerschnitt und n die Teilchenzahldichte angibt, die in guter Näherung über das ideale Gasgesetz bei bekanntem Druck und Temperatur berechnbar ist. Ein wesentlicher Nachteil dieser Methode besteht darin, dass die Durchführung aufwendig ist und stets ein Referenzgas, wie beispielsweise Helium, zur Verfügung stehen muss. Eine andere Methode besteht darin, die Messzelle mit einer Gasmischung zu fluten, die eine vorbekannte Konzentration eines bestimmten Spurengases enthält. Aus der gemessenen Lichtintensität und der bekannten Absorptionsstruktur des Spurengases kann dann unmittelbar Rückschluss auf die Länge des Lichtwegs gezogen werden. Allerdings kann bei dieser Methode nur eine Aussage über die Wellenlängenabhängigkeit der Länge des Lichtwegs innerhalb des Wellenlängenbereichs der Absorptionsstruktur des bestimmten Spurengases getroffen werden, und die Beschaffung einer Gasmischung mit einer vorbekannten Konzentration von einem Spurengas ist häufig, insbesondere bei Feldmessungen, schwierig. Bei der Verwendung von Lasern als Lichtquelle für das spektroskopische Messgerät ist ferner eine weitere Methode für die Kalibrationsmessung bekannt, bei der die Abklingkonstante der Lichtintensität ermittelt wird, nachdem der Laser ein- oder ausgeschaltet wurde. Die Abklingkonstante kann ermittelt werden durch:
  I(t) = I(t₀)·exp[– c / L(t – t₀)], wobei I die gemessene Lichtintensität, t₀ einen bestimmten Zeitpunkt (nach dem Ausschalten), c die Lichtgeschwindigkeit und L die Länge des Lichtwegs angeben. Die Abklingkonstante ist durch c / L angegeben. Im Falle einer Ermittlung der Abklingkonstanten nach dem Einschalten der Lichtquelle kann dieselbe Funktion, allerdings mit positivem Argument der Exponentialfunktion, verwendet werden. Aus dem exponentiellen Verlauf der Lichtintensität vor oder nach dem Einschalten der Lichtquelle kann somit unmittelbar die Länge des Lichtwegs L ermittelt werden. Nachteil dieser Methode ist jedoch, dass sie nur für spektroskopische Messgeräte mit Lasern anwendbar ist, da wegen der typischerweise starken Wellenlängenabhängigkeit der Länge des Lichtwegs nur dann ein eindeutiger exponentieller Verlauf der Lichtintensität messbar ist, aus dem sich die Abklingkonstante und somit L ermitteln lässt.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wellenlängenaufgelöstes Kalibrationssystem für ein spektroskopisches Messgerät bereitzustellen, mit dem Kalibrationsmessungen für ein spektroskopisches Messgerät durchgeführt werden können und das insbesondere möglichst einfach bedienbar und kostengünstig herstellbar ist und insbesondere die beschriebenen Nachteile der Kalibrationsmethoden bei herkömmlichen spektroskopischen Messgeräten zumindest teilweise behebt. Als eine weitere Aufgabe liegt der vorliegenden Erfindung zugrunde, ein spektroskopisches Messgerät bereitzustellen, das möglichst einfach kalibrierbar ist und insbesondere möglichst kostengünstig herstellbar ist und das insbesondere die Nachteile herkömmlicher spektroskopischer Messgeräte zumindest teilweise behebt.
• Als eine Lösung zumindest einer der beschriebenen Aufgaben schlägt die vorliegende Erfindung ein wellenlängenaufgelöstes Kalibrationssystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 vor. Das erfindungsgemäße Kalibrationssystem ist für ein spektroskopisches Messgerät geeignet, das eine spektral breitbandige Lichtquelle, eine Messzelle mit einem Resonator und insbesondere einen Detektor umfasst. Die Messzelle kann beispielsweise als offene Messzelle ausgebildet sein, so dass fortlaufend ein Gasaustausch zwischen Umgebungsluft und Messzelle stattfindet. Die Messzelle kann beispielsweise als geschlossene Messzelle mit von der Umgebungsluft gasdicht verschließbarem Messvolumen ausgebildet sein. Das erfindungsgemäße Kalibrationssystem ist zum Durchführen von Kalibrationsmessungen an einem solchen spektroskopischen Messgerät geeignet, damit eine wellenlängenabhängige Kalibrationskurve bestimmt werden kann, mittels der aus den Messwerten, die dem Detektor des spektroskopischen Messgeräts entnommen werden, Konzentrationen von Spurengasen möglichst fehlerfrei berechnet werden können. Ein solches spektroskopisches Messgerät weist eine spektral breitbandige Lichtquelle auf, d. h. eine Lichtquelle, die über eine spektrale Breite von mindestens 100 pm, insbesondere mindestens 1 nm, insbesondere mindestens 10 nm Licht ausstrahlt. Dabei variiert die Lichtintensität des über die spektrale Breite ausgesandten Lichts innerhalb der spektralen Breite insbesondere um weniger als 50 % (berechnet vom Maximalwert). Anders als bei spektroskopischen Geräten, bei denen ein Laser als Lichtquelle zum Einsatz kommt, kann die Konzentration von Spurengasen besonders zuverlässig bestimmt werden, insbesondere die Konzentration einer Mehrzahl von Spurengasen. Als Lichtquelle kann beispielsweise eine LED, eine Glühleuchte oder eine Xenonleuchte verwendet werden. Der Einsatz von LEDs als Lichtquelle hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da LEDs elektronisch leicht ansteuerbar sind und einen geringen Energieverbrauch aufweisen und darüber hinaus Licht über eine ausreichend große spektrale Breite aussenden, um damit die Konzentration einer Vielzahl an Spurengasen zuverlässig bestimmen zu können. Wie zu herkömmlichen spektroskopischen Messgeräten, auf die sich die Erfindung bezieht, oben erläutert, weist die Messzelle einen optischen Resonator auf, innerhalb dessen das Licht mehrfach reflektiert wird. Dabei ist die Lichtquelle so zur Messzelle angeordnet, dass sie im eingeschalteten Zustand einen Lichtstrahl aussendet, der durch einen Eingang der Messzelle in die Messzelle und in den Resonator der Messzelle eintritt. Beispielsweise kann der Resonator hierfür einen zumindest abschnittsweise teiltransparenten oder einseitig transparenten Spiegel aufweisen, der dem Eingang der Messzelle zugeordnet ist und durch den Licht in den Resonator gelangen kann und somit in den Resonator eingekoppelt werden kann. Beispielsweise kann zwischen der Lichtquelle und dem Eingang der Messzelle eine Eingangslinsenanordnung angeordnet sein, die den von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahl auf den Eingang der Messzelle bündelt. Die Messzelle weist ferner einen Ausgang auf, an dem der Detektor angeordnet ist. Der Detektor ist relativ zur Messzelle so angeordnet, dass Licht, das durch den Ausgang aus der Messzelle austritt, auf den Detektor trifft, so dass der Detektor die Lichtintensität des austretenden Lichts messen kann. Beispielsweise kann zwischen Ausgang der Messzelle und Detektor eine Ausgangslinsenanordnung angeordnet sein, die das aus dem Ausgang austretende Licht auf den Detektor bündelt. Beispielsweise kann der Resonator zur Realisierung des Ausgangs der Messzelle einen dem Ausgang zugeordneten teilweise durchlässigen Spiegel aufweisen, durch den Licht aus dem Resonator und aus der Messzelle austreten und auf den Reflektor gelangen kann. In einer Ausführungsform sind der dem Eingang zugeordnete Spiegel und der dem Ausgang zugeordnete Spiegel der Spiegelanordnung des Resonators voneinander räumlich getrennt. Der Detektor ist außerhalb der Messzelle an dem Ausgang angeordnet und zum Ausgeben eines wellenlängenaufgelösten Messwerts für eine Lichtintensität von auf ihn auftreffendem Licht ausgebildet. Der Detektor gibt somit als Messwert einen Wert für eine Lichtintensität in Abhängigkeit von der Wellenlänge aus. Die Auflösung, die der Detektor mit Bezug auf die Wellenlänge bietet, kann dabei so gewählt sein, dass er für den spektralen Bereich, über den die Lichtquelle Licht aussendet, mehrere Werte für eine Lichtintensität ausgibt, die jeweils einer bestimmten Wellenlänge innerhalb des spektralen Bereichs zugeordnet ist. Lichtquelle und Detektor sind somit so zueinander abgestimmt, dass über den Detektor als Messwert eine wellenlängenabhängige Lichtintensität des Lichts als Messwert ausgebeben werden kann, das die Lichtquelle aussendet und ausgehend von der Lichtquelle durch die Messzelle auf den Detektor gelangt.
• Erfindungsgemäß umfasst das Kalibrationssystem einen Auswertedetektor und eine Filtereinheit. Der Auswertedetektor ist außerhalb der Messzelle an dem Ausgang anordenbar und zum Ausgeben eines Messwerts für eine Gesamtlichtintensität von auf ihn auftreffendem Licht ausgebildet und zeitaufgelöst auslesbar. Der Auswertedetektor ist dabei ein von dem Detektor des Messgeräts getrenntes Bauteil. Während der Detektor des Messgeräts einen wellenlängenaufgelösten Messwert für eine Lichtintensität ausgibt, gibt der Auswertedetektor eine Gesamtlichtintensität als Messwert aus. Während der Detektor des Messgeräts aufgrund der Ausgabe eines wellenlängenaufgelösten Messwerts nur langsam ausgelesen werden kann, ist der Auswertedetektor zeitaufgelöst, d. h. mit einem Abstand von kurzen Zeitintervallen, beispielsweise Zeitintervallen von weniger als 500 µs, insbesondere weniger als 200 µs, auslesbar. Denn das Auslesen einer Gesamtlichtintensität von dem Auswertedetektor kann deutlich schneller erfolgen als das wellenlängenaufgelöste Auslesen des Detektors. Insbesondere ist der Auswertedetektor so ausgebildet, dass aus ihm kein wellenlängenaufgelöster Messwert für eine Lichtintensität von auf ihn auftreffendem Licht ausgelesen werden kann.
• Die Filtereinheit ist so ausgebildet und relativ zu dem Messgerät und zu dem Auswertedetektor anordenbar, dass sie eine Filterung des Lichtanteils des Lichtstrahls mit einer vorgegebenen Wellenlängenabhängigkeit gewährleistet, der auf den Auswertedetektor auftrifft. Die Filtereinheit ist beispielsweise zwischen Lichtquelle und Eingang der Messzelle außerhalb der Messzelle oder zwischen Messzelle und Auswertedetektor außerhalb der Messzelle anordenbar. In jedem Fall ist die Filtereinheit so relativ zum Messgerät und zum Auswertedetektor anordenbar, dass von der Lichtquelle ausgesandtes Licht zwangsläufig durch die Filtereinheit hindurchtreten muss, bevor das Licht auf den Auswertedetektor auftreffen kann. Dabei gewährleistet die Filtereinheit eine Filterung des Lichtanteils des Lichtstrahls, der auf die Filtereinheit auftrifft. Diese Filterung erfolgt wellenlängenabhängig. Demzufolge lässt die Filtereinheit nur in einem bestimmten Wellenlängenbereich, der durch die vorgegebene Wellenlängenabhängigkeit festgelegt ist, Licht passieren, ohne dass die Lichtintensität durch die Filtereinheit wesentlich verringert wird. Beispielsweise kann die Filtereinheit so ausgebildet sein, dass ihre Lichtdurchlässigkeit bei einer bestimmten Wellenlänge einen Maximalwert aufweist, wobei die Lichtdurchlässigkeit bei einer positiven und bei einer negativen Abweichung der Wellenlänge von der bestimmten Wellenlänge stark abnimmt, beispielsweise um mindestens 50 % bei einer Abweichung um 10 nm, beispielsweise um mindestens 50 % bei einer Abweichung um 5 nm. Der Filtereinheit kann entsprechend ein Transmissionsgrad zugeordnet werden. Der Transmissionsgrad ist wellenlängenabhängig und gibt an, wie viel Prozent des auftreffenden Lichts durch die Filtereinheit hindurchtritt. Der wellenlängenabhängige Transmissionsgrad definiert somit die vorgegebene Wellenlängenabhängigkeit der Filtereinheit. Beispielsweise kann die Filtereinheit so ausgebildet sein, dass der wellenlängenabhängige Transmissionsgrad stets einer bestimmten Einfallsrichtung des Lichts auf die Filtereinheit zugeordnet ist. Diese Einfallsrichtung kann als optische Achse der Filtereinheit definiert werden.
• Das erfindungsgemäße Kalibrationssystem bringt wesentliche Vorteile im Vergleich zum Stand der Technik mit sich. Da durch das Vorsehen der Filtereinheit sichergestellt ist, dass nur Licht innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbereichs mit einer wesentlichen Lichtintensität auf den Auswertedetektor auftrifft, kann bei der Auswertung des Auswertedetektors bzw. der von ihm ausgegebenen Gesamtlichtintensität davon ausgegangen werden, dass die Gesamtlichtintensität nur von Licht einer bestimmten Wellenlänge bzw. eines bestimmten Wellenlängenbereichs stammt. Entsprechend kann durch das Vorsehen der Filtereinheit eine Kalibrationsmessung für eine bestimmte Wellenlänge bzw. einen bestimmten Wellenlängenbereich durchgeführt werden. Dies kann die Durchführung der Kalibrationsmessung im Allgemeinen erheblich vereinfachen. Insbesondere kann durch das erfindungsgemäße Kalibrationssystem auch bei der Verwendung eines Messgeräts mit einer spektral breitbandigen Lichtquelle eine Abklingkonstante wie oben erläutert ermittelt werden, anhand der die Länge des Lichtwegs, den das Licht in der Messzelle durchläuft, für die durch die Filtereinheit vorgegebene Wellenlänge bzw. für den durch die Filtereinheit vorgegebenen Wellenlängenbereich ermittelt werden kann.
• In einer Ausführungsform ist der Auswertedetektor dazu ausgebildet, in Zeitintervallen von weniger als 100 µs, insbesondere von weniger als 50 µs kontinuierlich ausgelesen zu werden. Der Auswertedetektor kann somit fortlaufend in Abständen von weniger als 100 µs, insbesondere von weniger als 50 µs ausgelesen werden, so dass eine entsprechend zeitaufgelöste Aufzeichnung, d. h. mit einer Zeitauflösung von weniger als 100 µs, insbesondere von weniger als 50 µs, der Messwerte für die Gesamtlichtintensität möglich ist. Bei dieser Ausführungsform kann eine so hoch zeitaufgelöste Messung durch den Auswertedetektor ermöglicht sein, dass der zeitliche Verlauf der Gesamtlichtintensität so kontinuierlich dargestellt werden kann, dass die Abklingkonstante eines exponentiellen Verlaufs der Gesamtlichtintensität bei dem Ein- oder Ausschalten der Lichtquelle besonders fehlerfrei ermittelt werden kann. Besonders bevorzugt ist der Auswertedetektor als Photomultiplier oder als Photodiode ausgebildet. Dadurch ist eine zuverlässige Ermittlung der Gesamtlichtintensität und gleichzeitig eine hohe Zeitauflösung bei dem Auslesen der Messwerte ermöglicht.
• In einer Ausführungsform ist das Kalibrationssystem zum Vorgeben unterschiedlicher Wellenlängenabhängigkeiten der Filtereinheit ausgebildet. Das Kalibrationssystem ist somit so ausgebildet, dass für die Filtereinheit eine erste vorgegebene Wellenlängenabhängigkeit und zumindest eine zweite vorgegebene Wellenlängenabhängigkeit einstellbar ist. Je nach eingestellter vorgegebener Wellenlängenabhängigkeit lässt die Filtereinheit Licht in einem unterschiedlichen Wellenlängenbereich passieren. Somit kann die beschriebene Ausführungsform dazu geeignet sein, mehrere Kalibrationsmessungen für unterschiedliche vorgegebene Wellenlängenabhängigkeiten der Filtereinheit durchzuführen, wobei während jeder Kalibrationsmessung ein Kalibrationsparameter, wie beispielsweise die Länge des Lichtwegs in der Messzelle, bestimmt werden kann, wonach dann aus den Kalibrationsmessungen die Kalibrationskurve ermittelt werden kann. Besonders bevorzugt ist das Kalibrationssystem dazu ausgebildet, jede bestimmte Wellenlängenabhängigkeit mit einer bestimmten zugeordneten Wellenlänge gleichzusetzen. In dieser Ausführungsform kann das Kalibrationssystem dazu verwendet werden, eine wellenlängenabhängige Kalibrationskurve zu ermitteln, mittels der aus den Messwerten des spektroskopischen Messgeräts zuverlässig auf Konzentrationen von Spurengasen Rückschlüsse gezogen werden können.
• In einer Ausführungsform umfasst die Filtereinheit ein wellenlängenselektives Element mit einer optischen Achse, wobei das wellenlängenselektive Element einen wellenlängenabhängigen Transmissionsgrad für Licht aufweist, das entlang seiner optischen Achse auf das wellenlängenselektive Element fällt. Dem wellenlängenselektiven Element ist somit ein Transmissionsgrad zugeordnet, der für jede Wellenlänge angibt, wieviel Prozent der Lichtintensität von Licht, das entlang der optischen Achse des wellenlängenselektiven Elements auf das wellenlängenselektive Element auftrifft, durch das wellenlängenselektive Element hindurchtritt. Die optische Achse ist dabei eine bestimmte, dem wellenlängenselektiven Element zugeordnete Richtung. Insbesondere kann die Filtereinheit so ausgebildet sein, dass das wellenlängenselektive Element die Wellenlängenabhängigkeit der Filtereinheit vorgibt. Insbesondere kann das wellenlängenselektive Element als Interferenzfilter oder als Interferenzspiegel ausgebildet sein. Indem die Filtereinheit ein wellenlängenselektives Element umfasst, kann mittels des wellenlängenselektiven Elements die Wellenlängenabhängigkeit der Filtereinheit besonders einfach und variabel vorgegeben werden. Beispielsweise kann das wellenlängenselektive Element der Filtereinheit austauschbar sein, so dass durch Einsetzen unterschiedlicher wellenlängenselektiver Elemente eine unterschiedliche Wellenlängenabhängigkeit der Filtereinheit bereitgestellt werden kann, wodurch entsprechend Kalibrationsmessungen zu unterschiedlichen Wellenlängenabhängigkeiten der Filtereinheit vorgenommen werden können, wodurch eine wellenlängenabhängige Kalibrationskurve bestimmt werden kann.
• Besonders bevorzugt weist der Transmissionsgrad des wellenlängenselektiven Elements einen wellenlängenabhängigen Verlauf auf, der eine Halbwertsbreite von weniger als 10 nm, insbesondere von weniger als 5 nm, insbesondere von weniger als 3 nm, insbesondere zwischen 0,5 und 2 nm an einem Maximalwert aufweist. Die Halbwertsbreite bezeichnet dabei das Wellenlängenintervall zwischen den beiden den Maximalwert umgebenden Werten für die Wellenlänge, an denen der Transmissionsgrad auf die Hälfte des Maximalwerts abgefallen ist. Durch das Vorsehen einer entsprechend geringen Halbwertsbreite des Transmissionsgrads kann sichergestellt sein, dass einer bestimmten Wellenlängenabhängigkeit der Filtereinheit eine bestimmte Wellenlänge zugeordnet werden kann, so dass ohne relevante Fehler eine Kalibrationsmessung für eine konkrete, zugeordnete Wellenlänge durchgeführt werden kann, wonach dann über mehrere Kalibrationsmessungen mit jeweils unterschiedlichen Wellenlängenabhängigkeiten insbesondere ein weitestgehend fehlerfreier wellenlängenabhängiger Verlauf einer Kalibrationskurve ermittelt werden kann. Das Vorsehen einer noch ausreichend großen Halbwertsbreite, beispielsweise von mindestens 0,5 nm, gewährleistet, dass noch eine ausreichend hohe Lichtintensität durch das wellenlängenselektive Element durchtreten kann.
• Besonders bevorzugt ist die Filtereinheit so ausgebildet, dass ein Verdrehwinkel, den eine Propagationsrichtung eines auf das zumindest eine wellenlängenselektive Element auftreffenden Anteils des Lichtstrahls mit der optischen Achse des wellenlängenselektiven Elements bildet, einstellbar oder eingestellt ist, wobei über die Einstellung des Verdrehwinkels die Wellenlängenabhängigkeit der Filtereinheit vorgebbar ist. Bei einer entsprechenden Ausgestaltung des wellenlängenselektiven Elements und der Filtereinheit kann somit die vorgegebene Wellenlängenabhängigkeit der Filtereinheit sehr einfach durch eine Einstellung des Verdrehwinkels zwischen der Propagationsrichtung des auf das wellenlängenselektive Element fallenden Lichts und der optischen Achse des wellenlängenselektiven Lichts gewählt werden. Entsprechend können auf besonders einfache Weise mehrere Kalibrationsmessungen durchgeführt werden, bei denen jeweils ein anderer Verdrehwinkel zwischen der optischen Achse des wellenlängenselektiven Elements und der Propagationsrichtung des Lichts vorgesehen ist, so dass jeweils eine andere Wellenlängenabhängigkeit der Filtereinheit gewährleistet ist und somit durch eine Vielzahl an Kalibrationsmessungen eine wellenlängenabhängige Kalibrationskurve ermittelt werden kann. Besonders bevorzugt ist das wellenlängenselektive Element hierzu als Interferenzfilter oder Interferenzspiegel ausgebildet. Eine solche erfindungsgemäße Ausführungsform kann auf verschiedene Arten realisiert sein. Beispielsweise kann die Filtereinheit mehrere wellenlängenselektive Elemente umfassen, wobei die Filtereinheit eine optische Einrichtung aufweist, über die für jedes wellenlängenselektive Element der Verdrehwinkel einstellbar oder eingestellt ist, den die Propagationsrichtung des auf das jeweilige wellenlängenselektive Element auftreffenden Anteils des Lichtstrahls mit der optischen Achse des jeweiligen wellenlängenselektiven Elements bildet. Bei dieser Realisierungsmöglichkeit wird über die optische Einrichtung für jedes wellenlängenselektive Element der Verdrehwinkel vorgegeben. Die optische Einrichtung kann hierfür durch dem Fachmann hinreichend bekannte optische Anordnungen, beispielsweise einen teiltransparenten Spiegel und/oder Linsenanordnungen, realisiert sein. Beispielsweise kann die optische Einrichtung so ausgebildet sein, dass sie einen aus der Messzelle austretenden, auf die Filtereinheit auftreffenden Lichtstrahl in verschiedene Teilstrahle aufteilt, wobei sie jeden Teilstrahl mit einem vorgegebenen Verdrehwinkel auf jeweils ein wellenlängenselektives Element lenkt. Beispielsweise kann die optische Einrichtung so ausgebildet sein, dass sie den aus der Messzelle austretenden, auf die Filtereinheit auftreffenden Lichtstrahl nacheinander unter jeweils unterschiedlichen Verdrehwinkeln auf die verschiedenen wellenlängenselektiven Elemente lenkt. Beispielsweise kann eine weitere optische Einrichtung vorgesehen sein, über die sämtliches aus den verschiedenen wellenlängenselektiven Elementen austretende Licht auf den Detektor gelenkt wird, der als ein Einzeldetektor mit nur einer ununterbrochenen Sensorfläche ausgebildet ist. Beispielsweise kann der Detektor mehrere Einzeldetektoren umfassen, wobei jeweils ein Einzeldetektor jeweils einem wellenlängenselektiven Element zugeordnet ist und die Lichtintensität von Licht misst, das durch das jeweilige wellenlängenselektive Element hindurchgetreten ist. Die genannte Realisierungsmöglichkeit kann den Vorteil mit sich bringen, dass verschiedene Kalibrationsmessungen zu unterschiedlichen Wellenlängenabhängigkeiten der Filtereinheit gleichzeitig durchgeführt werden können. Bei einer anderen Realisierungsmöglichkeit weist die Filtereinheit eine optische Vorrichtung auf, über die mehrere verschiedene Verdrehwinkel einstellbar sind, die die Propagationsrichtung des auf das wellenlängenselektive Element auftreffenden Anteils des Lichtstrahls mit der optischen Achse des wellenlängenselektiven Elements bildet. Bei dieser Realisierungsmöglichkeit können durch die optische Vorrichtung, die aus dem Fachmann geläufigen optischen Anordnungen realisiert werden kann, für ein bestimmtes wellenlängenselektives Element verschiedene Verdrehwinkel vorgegeben werden. Bei einer anderen Realisierungsmöglichkeit ist das wellenlängenselektive Element in der Filtereinheit verdrehbar gehalten, wobei der Verdrehwinkel, den die Propagationsrichtung des auf das wellenlängenselektive Element auftreffenden Anteils des Lichtstrahls zu der optischen Achse des wellenlängenselektiven Elements bildet, einstellbar ist. Bei dieser Realisierungsmöglichkeit kann der Verdrehwinkel somit durch Verdrehen des wellenlängenselektiven Elements verändert werden. Die genannten Realisierungsmöglichkeiten können auch miteinander kombiniert werden.
• In einer Ausführungsform ist das Kalibrationssystem zum zeitaufgelösten Auslesen des Auswertedetektors und zum Ermitteln und Speichern eines zeitabhängigen Intensitätsverlaufs des auf den Auswertedetektor auftreffenden Lichts ausgebildet. Dies kann besonders vorteilhaft sein, da aus dem zeitabhängigen Intensitätsverlauf besonders einfach Kalibrationsparameter, wie beispielsweise eine Abklingkonstante des Zeitverlaufs der Gesamtlichtintensität und damit eine Länge des Lichtwegs in der Messzelle ermittelt werden kann.
• Besonders bevorzugt ist das Kalibrationssystem dazu ausgebildet, aus dem für eine bestimmte Wellenlängenabhängigkeit der Filtereinheit ermittelten zeitabhängigen Intensitätsverlauf einen Kalibrationsparameter zu ermitteln. Dabei kann das Kalibrationssystem insbesondere dazu ausgebildet sein, für verschiedene Wellenlängenabhängigkeiten jeweils einen zugeordneten Kalibrationsparameter zu ermitteln und insbesondere daraus einen Verlauf des Kalibrationsparameters in Abhängigkeit von der Wellenlängenabhängigkeit und insbesondere damit eine wellenlängenabhängige Kalibrationskurve zu ermitteln. Die wellenlängenabhängige Kalibrationskurve kann als Verlauf des Kalibrationsparameters in Abhängigkeit von der vorgegebenen Wellenlängenabhängigkeit definiert sein. Entsprechend kann das Kalibrationssystem dieser Ausführungsform unmittelbar eine wellenlängenabhängige Kalibrationskurve ausgeben, die bei dem spektroskopischen Messgerät verwendet werden kann, um aus Messwerten des Messgeräts direkt möglichst fehlerfrei Konzentrationen von Spurengasen ermitteln zu können.
• Besonders bevorzugt ist das Kalibrationssystem so ausgebildet, dass es als Kalibrationsparameter einen Wert für eine Weglänge des Lichtwegs ermittelt, den das Licht in der Messzelle durchläuft.
• In einer Ausführungsform weist das Kalibrationssystem eine optische Lichtauskoppeleinheit auf, die an dem Ausgang der Messzelle anordenbar ist und zum Auskoppeln eines Lichtanteils des austretenden Lichts ausgebildet ist. Die Lichtauskoppeleinheit kann beispielsweise als fest montierbarer, teiltransparenter Spiegel ausgebildet sein, der somit als Strahlteiler zwischen Detektor und Auswertedetektor wirkt. Die Lichtauskoppeleinheit kann beispielsweise als schwenkbarer Spiegel ausgebildet sein, wobei der Spiegel zum Durchführen einer Kalibrationsmessung in den aus dem Ausgang austretenden Lichtstrahl geschwenkt werden kann und somit den Lichtstrahl zum Auswertedetektor lenkt, wohingegen er nach dem Abschluss der Kalibrationsmessung aus dem Lichtstrahl herausgeschwenkt werden kann, so dass der Lichtstrahl mit seiner gesamten Lichtintensität auf den Detektor trifft. Die Lichtauskoppeleinheit kann beispielsweise als Verteilerstecker mit Anschlüssen für optische Leiter, wie beispielsweise Glasfaserkabel, ausgebildet sein, wobei während einer Kalibrationsmessung ein Lichtleiter zwischen Ausgang und Auswertedetektor gekoppelt wird und nach Abschluss der Kalibrationsmessung dieser Lichtleiter abgekoppelt wird und ein Lichtleiter zwischen Ausgang der Messzelle und Detektor gekoppelt wird. Das Vorsehen einer Lichtauskoppeleinheit kann gewährleisten, dass sowohl während der Kalibrationsmessung als auch während der eigentlichen Messung des spektroskopischen Messgeräts stets eine so große Lichtintensität auf den Auswertedetektor bzw. den Detektor auftrifft, dass eine möglichst fehlerfreie Messung gewährleistet werden kann.
• Die Erfindung betrifft ferner ein spektroskopisches Messgerät, das eine spektral breitbandige Lichtquelle, eine Messzelle mit einem optischen Resonator, eine Recheneinheit und einen Auswertedetektor umfasst. Der Resonator kann eine Spiegelanordnung umfassen. Das Kalibrationssystem kann insbesondere als erfindungsgemäßes Kalibrationssystem ausgebildet sein. Das erfindungsgemäße spektroskopische Messgerät weist eine spektral breitbandige Lichtquelle auf, d. h. eine Lichtquelle, die über eine spektrale Breite von mindestens 100 pm, insbesondere mindestens 1 nm, insbesondere mindestens 10 nm Licht ausstrahlt. Dabei variiert die Lichtintensität des über die spektrale Breite ausgesandten Lichts innerhalb der spektralen Breite insbesondere um weniger als 50 % (berechnet vom Maximalwert). Anders als bei spektroskopischen Geräten, bei denen ein Laser als Lichtquelle zum Einsatz kommt, kann die Konzentration von Spurengasen besonders zuverlässig bestimmt werden, insbesondere die Konzentration einer Mehrzahl von Spurengasen. Als Lichtquelle kann beispielsweise eine LED, eine Glühleuchte oder eine Xenonleuchte verwendet werden. Der Einsatz von LEDs als Lichtquelle hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da LEDs elektronisch leicht ansteuerbar sind und einen geringen Energieverbrauch aufweisen und darüber hinaus Licht über eine ausreichend große spektrale Breite aussenden, um damit die Konzentration einer Vielzahl an Spurengasen zuverlässig bestimmen zu können. Wie zu herkömmlichen spektroskopischen Messgeräten, auf die sich die Erfindung bezieht und deren Merkmale das erfindungsgemäße Messgerät in entsprechenden Ausführungsformen aufweisen kann, oben erläutert, weist die Messzelle einen Resonator auf, innerhalb dessen das Licht mehrfach reflektiert wird. Dabei ist die Lichtquelle so zur Messzelle angeordnet, dass sie im eingeschalteten Zustand einen Lichtstrahl aussendet, der durch einen Eingang der Messzelle in die Messzelle und in den Resonator der Messzelle eintritt. Beispielsweise kann der Resonator hierfür einen zumindest abschnittsweise teiltransparenten oder einseitig transparenten Spiegel aufweisen, der dem Eingang der Messzelle zugeordnet ist und durch den Licht in den Resonator gelangen kann und somit in den Resonator eingekoppelt werden kann. Beispielsweise kann zwischen der Lichtquelle und dem Eingang der Messzelle eine Eingangslinsenanordnung angeordnet sein, die den von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahl auf den Eingang der Messzelle bündelt. Die Messzelle weist ferner einen Ausgang auf. Der Auswertedetektor ist relativ zur Messzelle so angeordnet oder anordenbar, dass Licht, das durch den Ausgang aus der Messzelle austritt und möglicherweise durch eine Lichtauskoppeleinheit auf ihn gelenkt wird, auf den Auswertedetektor trifft, so dass der Auswertedetektor die Lichtintensität des austretenden Lichts messen kann. Beispielsweise kann zwischen Ausgang der Messzelle und Auswertedetektor eine Ausgangslinsenanordnung angeordnet sein, die das aus dem Ausgang austretende Licht auf den Auswertedetektor bündelt. Beispielsweise kann der Resonator zur Realisierung des Ausgangs der Messzelle einen dem Ausgang zugeordneten teilweise durchlässigen Spiegel aufweisen, durch den Licht aus der Messzelle austreten und auf den Auswertedetektor gelangen kann. In einer Ausführungsform sind der dem Eingang zugeordnete Spiegel und der dem Ausgang zugeordnete Spiegel der Spiegelanordnung des Resonators voneinander räumlich getrennt.
• Erfindungsgemäß umfasst das Messgerät eine Filtereinheit, die dergestalt angeordnet ist, dass sie eine Filterung des Lichtanteils des Lichtstrahls mit einer vorgegebenen Wellenlängenabhängigkeit gewährleistet, der auf den Auswertedetektor auftrifft. Die Filtereinheit ist somit so in dem Messgerät angeordnet, dass sämtliches Licht, das von der Lichtquelle in die Messzelle ausgesendet wird, die Filtereinheit passiert, bevor es zu dem Auswertedetektor gelangt. Die Recheneinheit ist erfindungsgemäß dazu ausgebildet, aus dem Auswertedetektor Messwerte für eine Gesamtlichtintensität von auf ihn auftreffendem Licht auszulesen, insbesondere zeitaufgelöst auszulesen. Das erfindungsgemäße spektroskopische Messgerät ermöglicht auf einfache und zuverlässige Weise das Ermitteln von Konzentrationen von Spurengasen, ohne dass hierzu eine komplexe Kalibration des spektroskopischen Messgeräts erforderlich ist. Denn das erfindungsgemäße spektroskopische Messgerät ermöglicht es, mit dem Auswertedetektor die Gesamtlichtintensität von Licht in einem Wellenlängenbereich zu ermitteln, der durch die vorgegebene Wellenlängenabhängigkeit der Filtereinheit festgelegt ist. In einigen Ausführungsformen kann eine Ermittlung einer wellenlängenabhängigen Kalibrationskurve vermieden werden. Da in dem erfindungsgemäßen Messgerät eine spektral breitbandige Lichtquelle zum Einsatz kommt, kann durch Einstellen der Filtereinheit bzw. Wahl der Filtereinheit zum Vorgeben einer bestimmten vorgegebenen Wellenlängenabhängigkeit eine Messung in einem Wellenlängenbereich durchgeführt werden, der gezielt auf das Spurengas ausgerichtet ist, von dem die Konzentration bestimmt werden soll. Besonders bevorzugt kann das spektroskopische Messgerät so ausgebildet sein, dass unterschiedliche vorgegebene Wellenlängenabhängigkeiten der Filtereinheit eingestellt werden können, so dass mehrere Messungen zu jeweils unterschiedlichen vorgegebenen Wellenlängenabhängigkeiten durchgeführt werden können. Über die daraus erhaltene umfangreiche Information können besonders zuverlässig und einfach Rückschlüsse auf Konzentrationen von Spurengasen, insbesondere auf Konzentrationen von unterschiedlichen Spurengasen, gewonnen werden.
• Eine Bestimmung der Konzentration eines Spurengases kann beispielsweise darüber erfolgen, dass für eine durch die Filtereinheit vorgegebene Wellenlängenabhängigkeit zunächst während einer Ausgangsmessung die Gesamtlichtintensität aus dem Auswertedetektor ausgelesen wird, während die Messzelle mit Nullluft geflutet wird (z. B. reine Luft, N₂, ...), wonach dann während der eigentlichen Messung die Gesamtlichtintensität aus dem Auswertedetektor ausgelesen wird, während die Messzelle mit der zu untersuchenden Umgebungsluft geflutet wird. Durch einen Vergleich der gemessenen Gesamtintensitäten kann über das bekannte Absorptionsverhalten eines bestimmten Spurengases in dem durch die vorgegebene Wellenlängenabhängigkeit festgelegten Wellenlängenbereich die Konzentration des Spurengases ermittelt werden.
• In einer Ausführungsform ist der Auswertedetektor so ausgebildet, dass er zeitaufgelöst ausgelesen werden kann. Das Messgerät ist dazu ausgebildet, das Aussenden des Lichtstrahls in die Messzelle in zeitlichen Pulsen durchzuführen und die Messwerte aus dem Auswertedetektor zu den zeitlichen Pulsen zeitlich korreliert auszulesen und aufzuzeichnen, wie dies nachfolgend im Zusammenhang mit weiteren Ausführungsbeispielen näher erläutert wird. Bei dieser Ausführungsform ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, für eine bestimmte Wellenlängenabhängigkeit, die durch die Filtereinheit vorgegeben ist, einen zeitabhängigen Intensitätsverlauf des auf den Auswertedetektor auftreffenden Lichts zu ermitteln. Insbesondere kann die Recheneinheit dazu ausgebildet sein, die bestimmte Wellenlängenabhängigkeit zu erfassen und den zeitabhängigen Intensitätsverlauf der bestimmten Wellenlängenabhängigkeit zugeordnet abzuspeichern. Die Recheneinheit ist ferner dazu ausgebildet, aus dem einer bestimmten Wellenlängenabhängigkeit λ' zugeordneten zeitabhängigen Intensitätsverlauf eine Abklingkonstante κ(λ') gemäß der Gleichung I(t, λ') = I(t₀, λ')exp(–κ(λ')·t) zu ermitteln. Aus dieser Abklingkonstanten κ können dann durch mathematische Formulierungen und Ausgleichsrechnungen die Konzentrationen von Spurengasen in der zu untersuchenden Umgebungsluft, die in der Messzelle angeordnet ist, bestimmt werden. Beispielsweise kann hierzu angenommen werden, dass die Abklingkonstante κ formuliert werden kann als

  

  wobei c die Lichtgeschwindigkeit, L den Lichtweg des Lichts in der Messzelle und ε_i die Extinktionskoeffizienten der i absorbierenden Gase angibt. Die Extinktionskoeffizienten ε_i können beispielsweise formuliert werden als ε_i = x_i·σ_i, wobei x_i die Konzentration und σ_i den Absorptionswirkungsquerschnitt der jeweiligen absorbierenden Gase angeben. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel kann die Recheneinheit dazu ausgebildet sein, aus dem zeitabhängigen Intensitätsverlauf einer Messung die Abklingkonstante zu berechnen, abzuspeichern und der Messung zuzuordnen, wobei das Messgerät dazu ausgebildet sein kann, mehrere Messungen durchzuführen, zu denen die Recheneinheit jeweils die Abklingkonstante berechnet und aufzeichnet, wobei die Recheneinheit zum Berechnen von Konzentrationen von Spurengasen aus den verschiedenen Abklingkonstanten ausgebildet ist. Die Konzentrationen können beispielsweise unter Vermeidung einer eigenen Kalibrationsmessung zum Ermitteln eines Kalibrationsparameters des Messgeräts dadurch bestimmt werden, dass eine erste Messung durchgeführt wird, während der Nullluft in der Messzelle angeordnet ist, und eine zweite Messung, während der in der Messzelle zu untersuchende Umgebungsluft angeordnet ist. Dabei können die Konzentrationen aus der Differenz der Abklingkonstanten, die bei den beiden Messungen ermittelt wurden, wie erläutert mathematisch bzw. durch Ausgleichsrechnung bestimmt werden. Beispielsweise kann das Messgerät so ausgebildet sein, dass unterschiedliche vorgegebene Wellenlängenabhängigkeiten der Filtereinheit eingestellt werden können, wobei zur Bestimmung der Konzentrationen von Spurengasen Messungen zu verschiedenen vorgegebenen Wellenlängenabhängigkeiten jeweils sowohl mit Nullluft als auch mit der zu untersuchenden Umgebungsluft in der Messzelle durchgeführt werden, wobei durch Differenzbildung zwischen den Abklingkonstanten für jede Wellenlängenabhängigkeit eine Gleichung zur Ermittlung der Konzentrationen definiert werden kann, aus der der Kalibrationsparameter eliminiert ist, wobei durch den Satz an Gleichungen eine besonders fehlerarme und umfassende Ausgleichsrechnung zur Bestimmung der Konzentrationen von Spurengasen durchgeführt werden kann. Eine solche Ausführungsform kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn davon auszugehen ist, dass der Kalibrationsparameter, der das Messgerät charakterisiert, stark wellenlängenabhängig ist, insbesondere wenn davon ausgegangen werden kann, dass Konzentrationen von Spurengasen zu bestimmen sind, deren Absorptionsstruktur weniger stark mit der Wellenlänge variiert als der Kalibrationsparameter des Messgeräts. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel können die Konzentrationen dadurch bestimmt werden, dass Messungen zu verschiedenen Wellenlängenabhängigkeiten der Filtereinheit durchgeführt werden, während in der Messzelle die zu untersuchende Umgebungsluft angeordnet ist, ohne dass zusätzliche Messungen durchgeführt werden, während derer Nullluft in der Messzelle angeordnet ist. Die Konzentrationen können dann aus den Abklingkonstanten, die zu den verschiedenen Messungen mit den jeweils verschiedenen Wellenlängenabhängigkeiten gewonnen wurden, ermittelt werden. Dieses Ausführungsbeispiel ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn davon auszugehen ist, dass der Kalibrationsparameter des Messgeräts zumindest über den Wellenlängenbereich der Absorptionsstruktur der Spurengase, deren Konzentrationen bestimmt werden soll, im Wesentlichen konstant ist. Denn beispielsweise kann dann eine erste Messung zu einem Wellenlängenbereich (durch Vorgabe einer Wellenlängenabhängigkeit der Filtereinheit) durchgeführt werden, der außerhalb der Absorptionsstruktur eines Spurengases liegt, und eine zweite Messung zu einem Wellenlängenbereich, der in der Absorptionsstruktur des Spurengases liegt, wobei davon ausgegangen werden kann, dass der Kalibrationsparameter bei beiden Messungen im Wesentlichen identisch ist. Das genannte Ausführungsbeispiel, bei dem Messungen zu verschiedenen Wellenlängenabhängigkeiten der Filtereinheit durchgeführt werden, während in der Messzelle die zu untersuchende Umgebungsluft angeordnet ist, ohne dass zusätzliche Messungen durchgeführt werden, während derer Nullluft in der Messzelle angeordnet ist, kann beispielweise auch dann vorteilhaft sein, wenn davon auszugehen ist, dass in einem definierten Wellenlängenbereich die Absorptionsstrukturen der zu untersuchenden Spurengase prozentual mehr als doppelt so stark in Abhängigkeit von der Wellenlänge variieren als der Kalibrationsparameter. Beispielsweise können dann mehrere Messungen in dem definierten Wellenlängenbereich durchgeführt werden, indem unterschiedliche Wellenlängenabhängigkeiten vorgegeben werden, die jeweils gewährleisten, dass die Filtereinheit nur Licht innerhalb des definierten Wellenlängenbereich durchlässt. Zu den unterschiedlichen, jeweils zu einer bestimmten Wellenlängenabhängigkeit durchgeführten Messungen kann dann wie erläutert jeweils die Abklingkonstante κ ermittelt werden, woraus eine wellenlängenabhängige Darstellung von κ erfolgen kann, indem die verschiedenen Wellenlängenabhängigkeiten mit konkreten Wellenlängen gleichgesetzt werden. Aus der wellenlängenabhängigen Darstellung von κ kann dann über

  

  der Kalibrationsparameter eliminiert werden, indem eine Ausgleichsrechnung unter der Annahme durchgeführt wird, dass der Kalibrationsparameter L, nicht aber die Extinktionskoeffizienten ε_i der Spurengase durch ein Polynom 2. Ordnung angenähert werden kann. Eine solche Ausgleichsrechnung kann beispielsweise über eine dem Fachmann bekannte DOAS-Auswertung erfolgen. Entsprechend können dann aus der Ausgleichsrechnung die Extinktionskoeffizienten ε_i und somit die Konzentrationen x_i ermittelt werden.
• In einer Ausführungsform umfasst das spektroskopische Messgerät einen Detektor. Bei dieser Ausführungsform ist das spektroskopische Messgerät so ausgebildet, dass über den Detektor die eigentliche, wellenlängenaufgelöste Messung des Lichts erfolgt, das aus dem Ausgang der Messzelle austritt. Der Auswertedetektor ist hingegen zur Durchführung einer Kalibrationsmessung vorgesehen, über die ein Kalibrationsparameter oder eine wellenlängenabhängige Kalibrationskurve bestimmt werden kann. Während bei dieser Ausführungsform der Auswertedetektor so ausgebildet ist, dass er zeitaufgelöst auslesbar ist, wobei als Messwert die auf ihn auftreffende Gesamtintensität zeitaufgelöst ausgelesen wird, ist der Detektor so ausgebildet, dass er nur in sehr großen Zeitabständen ausgelesen werden kann, wobei er als Messwert die auf ihn auftreffende Intensität nach Wellenlänge aufgelöst ausgibt. Beispielsweise können die Zeitabstände, in denen der Detektor auslesbar ist, mindestens das Zehnfache der Zeitabstände betragen, in denen der Auswertedetektor auslesbar ist. Der Detektor ist außerhalb der Messzelle an dem Ausgang angeordnet und zum Ausgeben eines wellenlängenaufgelösten Messwerts für eine Lichtintensität von auf ihn auftreffendem Licht ausgebildet. Der Detektor ist relativ zur Messzelle so angeordnet, dass Licht, das durch den Ausgang aus der Messzelle austritt, auf den Detektor trifft, so dass der Detektor die Lichtintensität des austretenden Lichts messen kann. Beispielsweise kann zwischen Ausgang der Messzelle und Detektor eine Ausgangslinsenanordnung angeordnet sein, die das aus dem Ausgang austretende Licht auf den Detektor bündelt. Der Detektor gibt als Messwert einen Wert für eine Lichtintensität in Abhängigkeit von der Wellenlänge aus. Die Auflösung, die der Detektor mit Bezug auf die Wellenlänge bietet, kann dabei so gewählt sein, dass er für den spektralen Bereich, über den die Lichtquelle Licht aussendet, mehrere Werte für eine Lichtintensität ausgibt, die jeweils einer bestimmten Wellenlänge innerhalb des spektralen Bereichs zugeordnet ist. Lichtquelle und Detektor sind somit so zueinander abgestimmt, dass über den Detektor als Messwert eine wellenlängenabhängige Lichtintensität des Lichts als Messwert ausgebeben werden kann, das die Lichtquelle aussendet und ausgehend von der Lichtquelle durch die Messzelle auf den Detektor gelangt.
• In einer Ausführungsform weist das Messgerät eine optische Lichtauskoppeleinheit auf, die zwischen dem Ausgang der Messzelle und dem Detektor angeordnet oder anordenbar ist und zum Auskoppeln eines Lichtanteils des aus der Messzelle austretenden Lichts zu einem Auswertedetektor ausgebildet ist. Die Lichtauskoppeleinheit kann wie zu der Lichtauskoppeleinheit des Kalibrationssystems oben beschrieben beispielsweise als feststehender oder in den Lichtstrahl schwenkbarer teilweise transparenter oder intransparenter Spiegel ausgebildet sein. Durch die Lichtauskoppeleinheit ist gewährleistet, dass sowohl während der Kalibrationsmessung der Lichtanteil des aus der Messzelle austretenden Lichts auf den Auswertedetektor trifft als auch während der eigentlichen Messung zum Bestimmen der Konzentration von Spurengasen Licht auf den Detektor trifft. Der Lichtanteil kann je nach Ausgestaltung der Lichtauskoppeleinheit 100 % oder weniger des aus der Messzelle austretenden Lichts betragen. Bei der Realisierung der Lichtauskoppeleinheit als schwenkbarer Spiegel kann der Lichtanteil annähernd 100 %, beispielsweise 99 % des aus der Messzelle austretenden Lichts betragen. Die erfindungsgemäße Ausführungsform ist besonders einfach kalibrierbar, ohne dass hierzu die Verwendung von Referenzgasen erforderlich ist. Wie aus der obigen Beschreibung zu dem erfindungsgemäßen wellenlängenaufgelösten Kalibrationssystem ersichtlich, ermöglicht das erfindungsgemäße Messgerät das Ermitteln einer wellenlängenabhängigen Kalibrationskurve, anhand der aus dem Detektor des Messgeräts ausgelesenen Messwerten korrekt auf Konzentrationen von Spurengasen in der Messzelle zurückgerechnet werden kann.
• In einer Ausführungsform ist das Messgerät dazu ausgebildet, das Aussenden des Lichtstrahls in die Messzelle in zeitlichen Pulsen durchzuführen und die Messwerte aus dem Auswertedetektor zu den zeitlichen Pulsen zeitlich korreliert auszulesen und aufzuzeichnen. Das Aussenden des Lichtstrahls in zeitlichen Pulsen kann beispielsweise durch das Vorsehen eines Choppers realisiert sein, wobei die Drehfrequenz des Choppers zusammen mit der Ausgestaltung des Choppers die Länge und den zeitlichen Abstand der Lichtpulse vorgibt. Das Aussenden des Lichtstrahls kann beispielsweise durch elektronisches Ansteuern der Lichtquelle in zeitlichen Pulsen durchgeführt werden. Das Aussenden des Lichtstrahls in zeitlichen Pulsen kann beispielsweise durch Durchführung und vollständige Unterbrechung des Aussendens erfolgen oder beispielsweise durch zeitlich gepulstes Verringern und wieder Erhöhen der Lichtintensität des ausgesandten Lichtstrahls, beispielsweise durch zeitlich gepulste Variation der Lichtintensität zwischen Minimal- und Maximalwert, wobei der Maximalwert beispielsweise um mehr als das Dreifache des Rauschens des durch den Auswertedetektor ausgegebenen Messwerts für die Intensität den Minimalwert übersteigt, beispielsweise mindestens das Doppelte, insbesondere Dreifache, insbesondere Zehnfache des Minimalwerts betragen kann. Die zeitliche Korrelierung zwischen dem Auslesen und Aufzeichnen der Messwerte und den zeitlichen Pulsen des Aussendens des Lichtstrahls kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Messwerte zeitlich kontinuierlich aufgenommen werden und bei der Auswertung der zeitliche Verlauf der Messwerte den zeitlichen Pulsen zugeordnet wird. Die Korrelierung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass Messwerte nur dann aufgezeichnet werden, wenn sie in Zeitintervallen aufgenommen werden, deren Beginn zeitlich jeweils einem Puls zugeordnet ist, beispielsweise in einem bestimmten Zeitintervall vor oder nach dem Beginn eines Pulses liegt. Besonders bevorzugt ist das Messgerät so ausgebildet, dass bei dem zeitlichen Pulsen des Aussendens des Lichtstrahls stets ein Wechsel zwischen einem Aussendeintervall, in dem der Lichtstrahl in die Messzelle mit einer Maximalintensität ausgesandt wird, und einem Unterbrechungsintervall, in dem der Lichtstrahl mit einer Minimalintensität in die Messzelle ausgesandt wird, erfolgt, wobei insbesondere die Messwerte während Zeitintervallen ermittelt werden, die jeweils zeitlich benachbart zu einem solchen Wechsel liegen. Die Maximalintensität beträgt, in einer Ausführungsform mindestens das Doppelte, in einer Ausführungsform mindestens das Zehnfache, in einer Ausführungsform mindestens das Hundertfache der Minimalintensität. Die Minimalintensität kann auch Null betragen, so dass während des Unterbrechungsintervalls kein Lichtstrahl in die Messzelle ausgesandt wird. Die zeitliche Benachbarung kann beispielsweise ein festgelegter Zeitabstand sein, beispielsweise 1 µs. Das Ermitteln der Messwerte zeitlich korreliert zu den Pulsen kann den besonderen Vorteil mit sich bringen, dass ein Mittelwert über eine Vielzahl an Messwerten gebildet werden kann, da diese Messwerte aufgrund der zeitlichen Korrelierung mit den zeitlichen Pulsen identische Situationen wiedergeben. Darüber hinaus kann das zeitliche Korrelieren ein besonders fehlerfreies Ermitteln von Kalibrationsparametern aus dem zeitlichen Verlauf der Messwerte ermöglichen, da aufgrund der Korrelierung vorbekannt ist, in welchem Zustand der Lichtquelle die Messwerte aufgenommen wurden.
• In einer Ausführungsform ist die Recheneinheit zum Erfassen einer bestimmten Wellenlängenabhängigkeit der Filtereinheit ausgebildet, wobei das Messgerät dazu ausgebildet ist, für verschiedene bestimmte Wellenlängenabhängigkeiten jeweils einen zeitabhängigen Intensitätsverlauf des auf den Auswertedetektor auftreffenden Lichts zu ermitteln und der jeweiligen bestimmten Wellenlängenabhängigkeit zugeordnet abzuspeichern. Das Erfassen der bestimmten Wellenlängenabhängigkeit kann beispielsweise durch manuelle Eingabe oder automatisch erfolgen, insbesondere dann, wenn, wie weiter oben zu dem erfindungsgemäßen Kalibrationssystem erläutert, die Wellenlängenabhängigkeit der Filtereinheit elektronisch einstellbar ist, beispielsweise durch Verdrehen eines wellenlängenselektiven Elements. Besonders bevorzugt ist das Messgerät dazu ausgebildet, aus dem für eine bestimmte Wellenlängenabhängigkeit ermittelten zeitabhängigen Intensitätsverlauf einen Kalibrationsparameter zu ermitteln, wobei das Messgerät weiterhin dazu ausgebildet sein kann, eine Abhängigkeit des Kalibrationsparameters von der Wellenlängenabhängigkeit zu ermitteln. Bei der beschriebenen Ausführungsform ist wesentlich, dass das Messgerät für verschiedene bestimmte Wellenlängenabhängigkeiten jeweils einen zeitabhängigen Intensitätsverlauf als Messwert des Auswertedetektors ermittelt. Aus diesem zeitabhängigen Intensitätsverlauf kann wie erläutert ein Kalibrationsparameter, wie beispielsweise eine Abklingkonstante oder eine Länge des Lichtwegs des Lichts in der Messzelle ermittelt werden. Durch die Bestimmung der Abhängigkeit des Kalibrationsparameters von der Wellenlängenabhängigkeit kann eine wellenlängenabhängige Kalibrationskurve bestimmt werden, die wie erläutert ein möglichst fehlerfreies Ermitteln von Konzentrationen von Spurengasen mit dem Messgerät ermöglichen kann.
• In einer Ausführungsform ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, aus dem einer bestimmten Wellenlängenabhängigkeit λ' zugeordneten zeitabhängigen Intensitätsverlauf eine Abklingkonstante κ(λ') gemäß der Gleichung I(t, λ') = I(t₀, λ')exp(–κ(λ')·t) zu ermitteln, und insbesondere aus der Gleichung L(λ') = c / κ(λ') eine optische Weglänge L(λ') als Kalibrationsparameter zu ermitteln, wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist. Besonders bevorzugt kann die Recheneinheit ferner dazu ausgebildet sein, die bestimmte Wellenlängenabhängigkeit mit einer bestimmten Wellenlänge gleichzusetzen und daraus einen Verlauf der Abklingkonstanten in Abhängigkeit von der Wellenlänge zu bestimmen. Bei der beschriebenen Ausführungsform gewährleistet das Messgerät eine Bestimmung einer wellenlängenabhängigen Kalibrationskurve, mittels der die Messwerte des Detektors möglichst fehlerfrei ausgewertet werden können zum Bestimmen von Konzentrationen von Spurengasen. Dabei kann die Bestimmung eines wellenlängenabhängigen Verlaufs der Abklingkonstanten und insbesondere die Bestimmung eines wellenlängenabhängigen Verlaufs der Länge des Lichtwegs des Lichts in der Messzelle eine besonders einfache Auswertung ermöglichen.
• In einer Ausführungsform ist das Messgerät dazu ausgebildet, auf eine Initialisierung hin selbsttätig vorab festgelegte verschiedene bestimmte Wellenlängenabhängigkeiten einzustellen, zu jeder bestimmten Wellenlängenabhängigkeit einen zugeordneten Kalibrationsparameter zu ermitteln, daraus einen wellenlängenabhängigen Verlauf des Kalibrationsparameters zu bestimmen und zu speichern und während nachfolgenden Messungen diesen Verlauf des Kalibrationsparameters zum Auswerten der aus dem Detektor ausgelesenen Messwerte zu verwenden. Die vorab festgelegten Wellenlängenabhängigkeiten können beispielsweise in der Recheneinheit gespeichert sein. Beispielsweise können diese in die Recheneinheit eingebbar und dort abspeicherbar sein. Bei der beschriebenen Ausführungsform ist das Messgerät dazu geeignet, auf eine Initialisierung hin selbsttätig eine Kalibrationsmessung durchzuführen und dabei eine wellenlängenabhängige Kalibrationskurve, nämlich den wellenlängenabhängigen Verlauf eines Kalibrationsparameters zu ermitteln und diese Kalibrationskurve zum Auswerten der Messwerte unmittelbar zu verwenden. Die beschriebene Ausführungsform ermöglicht somit eine besonders einfach handhabbare und auswertbare Realisierung eines spektroskopischen Messgeräts und ist daher insbesondere auch für den Einsatz durch Personal geeignet, das nicht auf besondere Weise hierzu wissenschaftlich ausgebildet ist.
• Das erfindungsgemäße spektroskopische Messgerät kann weitere Vorteile und Eigenschaften aufweisen, die weiter oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen optischen Kalibrationssystem beschrieben sind.
• Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Durchführung einer Messung mit einem spektroskopischen Messgerät. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mit einer spektral breitbandigen Lichtquelle ein Lichtstrahl durch einen Eingang in eine Messzelle des Messgeräts ausgesendet. In der Messzelle ist Umgebungsluft angeordnet. Die Messung dient der Untersuchung der Umgebungsluft, insbesondere der Bestimmung von Konzentrationen von Spurengasen in der Umgebungsluft. Mittels eines Auswertedetektors wird die Gesamtlichtintensität des Lichtanteils des Lichtstrahls ermittelt, der aus einem Ausgang der Messzelle austritt und auf den Auswertedetektor trifft. Dabei wird erfindungsgemäß eine Filterung des Lichtanteils mit einer vorgegebenen Wellenlängenabhängigkeit durchgeführt. Die Filterung kann vor oder nach der Messzelle erfolgen. Das erfindungsgemäße Verfahren bringt den entscheidenden Vorteil mit sich, dass durch die Kombination von spektral breitbandiger Lichtquelle, einem Auswertedetektor zum Ausgeben eines Messwerts für eine Gesamtlichtintensität und der Filterung des Lichtanteils, der auf den Auswertedetektor trifft, durch sehr einfache und kostengünstige Mittel eine Lichtintensitätsmessung für einen durch die vorgegebene Wellenlängenabhängigkeit definierten Wellenlängenbereich durchgeführt werden kann, was für die Bestimmung der Konzentrationen von Spurengasen, die eine Absorptionsstruktur in diesem Wellenlängenbereich aufweisen, ermöglichen kann. Darüber hinaus ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Durchführung einer Messung für unterschiedliche Wellenlängenbereiche, d. h. bei einer Filterung mit unterschiedlicher vorgegebener Wellenlängenabhängigkeit, so dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur besonders kostengünstig und einfach durchführbar ist, sondern gleichzeitig das Gewinnen umfangreicher Informationen ermöglicht. Das erfindungsgemäße Verfahren kann weitere Merkmale und Vorteile aufweisen, die aus der Beschreibung des erfindungsgemäßen wellenlängenaufgelösten Kalibrationssystems sowie des erfindungsgemäßen spektroskopischen Messgeräts ersichtlich werden.
• Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines erfindungsgemäßen Kalibrationssystems zum Kalibrieren eines spektroskopischen Messgeräts, insbesondere zum Ermitteln eines Kalibrationsparameters für das Messgerät. Das Messgerät kann insbesondere als erfindungsgemäßes spektroskopisches Messgerät ausgebildet sein. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung kann insbesondere ein Auswertedetektor an dem Ausgang der Messzelle angeordnet werden und eine Filtereinheit zwischen der Lichtquelle und dem Auswertedetektor angeordnet werden, wonach dann die Kalibration wie beschrieben durchgeführt werden kann. Insbesondere kann bei der erfindungsgemäßen Verwendung eine Lichtauskoppeleinheit zwischen Ausgang der Messzelle und Auswertedetektor so angeordnet werden, dass ein Lichtanteil des aus der Messzelle austretenden Lichts auf den Auswertedetektor ausgekoppelt wird. Die erfindungsgemäße Verwendung kann weitere Merkmale aufweisen, die im Zusammenhang mit dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Kalibrationssystem und dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen spektroskopischen Messgerät ersichtlich sind. Insbesondere kann bei der erfindungsgemäßen Verwendung zu mehreren unterschiedlichen Wellenlängenabhängigkeiten jeweils ein zugeordneter Kalibrationsparameter ermittelt werden und aufgezeichnet werden, woraus der Verlauf des Kalibrationsparameters in Abhängigkeit von einer Wellenlänge bestimmt werden kann.
• Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf fünf Figuren näher erläutert.
• Es zeigen:
• 1: in einer schematischen Prinzipdarstellung ein gattungsgemäßes spektroskopisches Messgerät;
• 2: in einer schematischen Prinzipdarstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen spektroskopischen Messgeräts;
• 3: in einer Prinzipdarstellung eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen spektroskopischen Messgeräts;
• 4: verschiedene Wellenlängenabhängigkeiten der Filtereinheit der Ausführungsform gemäß 3;
• 5: einen zeitabhängigen Verlauf der von dem Auswertedetektor der Ausführungsform gemäß 3 ausgegebenen Messwerte in einem Zeitintervall.
• In 1 ist ein spektroskopisches Messgerät 1 gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Das spektroskopische Messgerät 1 umfasst eine Lichtquelle 2, die vorliegend als LED ausgebildet ist, sowie eine Messzelle 3, einen Detektor 4 und eine Recheneinheit 5. Bei dem spektroskopischen Messgerät 1 gemäß 1 sind Lichtquelle 2, Recheneinheit 5 und Detektor 4 elektrisch miteinander verbunden, was in 1 durch die durchgezogenen Linien dargestellt ist. Ferner ist in 1 der Verlauf eines Lichtstrahls von der Lichtquelle 2 zum Detektor 4 rein schematisch über eine gestrichelte Linie dargestellt. Aus 1 wird das grundlegende Prinzip gattungsgemäßer spektroskopischer Messgeräte 1 deutlich: Eine Lichtquelle 2 emittiert einen Lichtstrahl, der durch einen Eingang in die Messzelle 3 des spektroskopischen Messgeräts 1 eintritt, in der Messzelle 3 einen optischen Lichtweg durchläuft und aus dem Ausgang aus der Messzelle 3 austritt, von wo er auf einen Detektor 4 gelangt. Mit dem Detektor 4 wird somit die Lichtintensität des Lichts gemessen, das von der Lichtquelle 2 ausgesandt wurde und durch die Messzelle 3 hindurchgetreten ist. Die Recheneinheit 5 gewährleistet eine elektronische Koppelung zwischen der Lichtquelle 2 und dem Detektor 4. Ferner werden bei dem dargestellten spektroskopischen Messgerät 1 Kalibrationsmessungen durchgeführt, die in der Recheneinheit 5 abgespeichert werden und in der Recheneinheit 5 verwendet werden, um eine wellenlängenabhängige Kalibrationskurve, d. h. den wellenlängenabhängigen Verlauf eines Kalibrationsparameters zu bestimmen. Anhand dieser wellenlängenabhängigen Kalibrationskurve werden dann die Messwerte, die aus dem Detektor 4 mittels der Recheneinheit 5 ausgelesen werden, ausgewertet zum Bestimmen von Konzentrationen von Spurengasen in der Messzelle 3. In der Recheneinheit 5 sind ferner literaturbekannte Absorptionswirkungsquerschnitte verschiedener Spurengase abgespeichert, die zum Bestimmen der Konzentrationen der Spurengase in der Messzelle 3 aus den aus dem Detektor 4 ausgelesenen Messwerten unter Berücksichtigung der wellenlängenabhängigen Kalibrationskurve verwendet werden.
• In 2 ist eine schematische Darstellung analog zu 1 wiedergegeben. Allerdings ist in 2 ein erfindungsgemäßes spektroskopisches Messgerät 1 dargestellt. Von einem gattungsgemäßen spektroskopischen Messgerät 1 unterscheidet sich das erfindungsgemäße spektroskopische Messgerät 1 bereits dadurch, dass eine Lichtauskoppeleinheit 8 am Ausgang der Messzelle 3 vorgesehen ist. Die Lichtauskoppeleinheit 8 umfasst einen halbtransparenten Spiegel, der einen Lichtanteil des aus der Messzelle 3 austretenden Lichtstrahls auskoppelt und zu einem Auswertedetektor 7 lenkt, der bei einem gattungsgemäßen spektroskopischen Messgerät 1 ebenfalls nicht enthalten ist. Zwischen Lichtauskoppeleinheit 8 und Auswertedetektor 7 ist ferner bei dem erfindungsgemäßen spektroskopischen Messgerät 1 eine Filtereinheit 6 angeordnet. Licht, das von der Lichtquelle 2 in die Messzelle 3 ausgesandt wird, gelangt somit zum Auswertedetektor 7 nur, nachdem es die Filtereinheit 6 passiert hat. Die Recheneinheit 5 ist elektronisch nicht nur mit der Lichtquelle 2 und dem Detektor 4, sondern auch mit der Lichtauskoppeleinheit 8, der Filtereinheit 6 und dem Auswertedetektor 7 verbunden. Über die Recheneinheit 5 ist die Wellenlängenabhängigkeit der Filtereinheit 6 einstellbar. Dabei ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Filtereinheit 6 so ausgebildet, dass verschiedene Wellenlängenabhängigkeiten vorgegebenen werden können. Dies erfolgt vorliegend automatisch durch die Recheneinheit 5. Das beschriebene Ausführungsbeispiel ist so ausgebildet, dass auf eine Initialisierung hin die Recheneinheit 5 selbsttätig das Einstellen verschiedener Wellenlängenabhängigkeiten der Filtereinheit 6 vornimmt und die Lichtauskoppeleinheit 8 zum Auskoppeln eines Lichtanteils des aus der Messzelle 3 austretenden Lichtstrahls zum Auswertedetektor 7 hin ansteuert.
• In 3 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen spektroskopischen Messgeräts 1 dargestellt. Bei der Darstellung gemäß 3 ist auch der Verlauf des Lichtstrahls von der Lichtquelle 2 zur Messzelle 3, innerhalb der Messzelle 3, von der Messzelle 3 zum Detektor 4 und von der Messzelle 3 zum Auswertedetektor 7 schematisch dargestellt. Das spektroskopische Messgerät 1 gemäß 3 umfasst eine Lichtquelle 2, die vorliegend als LED ausgebildet ist. Die Lichtquelle 2 strahlt Licht zu einer Eingangslinse 10 ab, die das von der Lichtquelle 2 ausgesandte Licht so ausrichtet, dass es als ein Lichtstrahl senkrecht auf die Eingangsseite eines ersten Spiegels 31 der Messzelle 3 trifft. Die Eingangsseite des ersten Spiegels 31 bildet gleichzeitig den Eingang der Messzelle 3. In der Messzelle 3 wird das in die Messzelle 3 eingekoppelte Licht zwischen dem ersten Spiegel 31 und einem zweiten Spiegel 32 mehrfach reflektiert. Die Spiegel 31, 32 bilden eine Spiegelanordnung, die den Resonator der Messzelle 3 bildet. Der zweite Spiegel 32 weist eine Ausgangsseite auf und ist so ausgebildet, dass er einen Teil des auf ihn auftreffenden Lichts senkrecht zu seiner Ausgangsseite aus der Messzelle 3 auskoppelt. Die Ausgangsseite des zweiten Spiegels 32 bildet den Ausgang der Messzelle 3. Von der Ausgangsseite des zweiten Spiegels 32 gelangt das Licht von der Messzelle 3 auf eine Ausgangslinse 11, die das Licht auf einen Lichtleiter 9 bündelt, der das Licht auf einen Detektor 4 leitet. Aus dem schematischen Aufbau gemäß 3 ist ersichtlich, dass über den Detektor 4 die Lichtintensität des aus der Messzelle 3 austretenden Lichts gemessen werden kann.
• Die Ausführungsform gemäß 3 umfasst ferner eine Filtereinheit 6, die schwenkbar angeordnet ist. Die Schwenkbarkeit ist durch einen Pfeil schematisch eingezeichnet. Weiterhin umfasst die Ausführungsform gemäß 3 eine Lichtauskoppeleinheit 8, die ebenfalls schwenkbar (ebenfalls durch einen Pfeil schematisch eingezeichnet) angeordnet ist. Sämtliche elektronisch steuerbare oder auslesbare Komponenten sind, wie bei der Ausführungsform gemäß 2 schematisch dargestellt, an einer Recheneinheit 5 angeschlossen. Bei einer Kalibrationsmessung wird die Filtereinheit 6 zwischen Eintrittslinse 10 und erstem Spiegel 31 in den Lichtstrahl geschwenkt, und die Lichtauskoppeleinheit 8 wird zwischen Ausgangslinse 11 und Lichtleiter 9 in den Lichtstrahl geschwenkt. Die Filtereinheit 6 umfasst vorliegend einen Interferenzfilter als wellenlängenselektives Element. Durch die Verschwenkbarkeit der Filtereinheit 6 ist gleichzeitig eine Verdrehbarkeit des wellenlängenselektiven Elements relativ zur Propagationsrichtung des Lichtstrahls gewährleistet. Die Lichtauskoppeleinheit 8 ist vorliegend als reflektierender Spiegel ausgebildet, der das auf ihn auftreffende Licht annähernd vollkommen zum Auswertedetektor 7 lenkt. Bei einer Kalibrationsmessung gelangt somit Licht von der Lichtquelle 2 nur zu dem Auswertedetektor 7, nachdem es die Filtereinheit 6 passiert hat, und nahezu sämtliches Licht, das aus der Messzelle 3 austritt, wird zum Auswertedetektor 7 gelenkt.
• Die Funktionsweise der Filtereinheit 6 der Ausführungsform gemäß 3 wird aus 4 ersichtlich. In 4 ist der Transmissionsgrad der Filtereinheit 6 in Abhängigkeit von dem Verdrehwinkel des wellenlängenselektiven Elements, d. h. des Interferenzfilters, dargestellt, wobei der Verdrehwinkel den Winkel zwischen der optischen Achse des wellenlängenselektiven Elements und der Propagationsrichtung des Lichts angibt, mit der das Licht auf das wellenlängenselektive Element fällt. Der Transmissionsgrad des wellenlängenselektiven Elements, d. h. des Interferenzfilters, ist in 4 als durchgezogene Linie dargestellt (bei dieser Messung beträgt der Verdrehwinkel 0°). Aus 4 ist erkennbar, dass der Transmissionsgrad des wellenlängenselektiven Elements, d. h. des Interferenzfilters, eine Halbwertsbreite von weniger als 2 nm aufweist. Ferner ist aus 4 erkennbar, dass das Maximum des Transmissionsgrads der Filtereinheit 6 sich verändert, wenn das wellenlängenselektive Element unter Veränderung des Verdrehwinkels verdreht wird. In 4 sind die Transmissionsgrade, d. h. die Wellenlängenabhängigkeiten der Filtereinheit 6 bei Verdrehwinkeln von 0° bis 30°, in 5°-Schritten relativ zur Richtung des auf ihn auftreffenden Lichts, dargestellt. Aus der Zusammenschau der 3 und 4 ist ersichtlich, dass je nach Ausrichtung des wellenlängenselektiven Elements der Filtereinheit 6 Licht aus einem unterschiedlichen Wellenlängenbereich auf den Auswertedetektor 7 auftrifft, so dass für verschiedene Wellenlängenbereiche, d. h. verschiedene Wellenlängenabhängigkeiten der Filtereinheit 6, getrennt voneinander Kalibrationsmessungen durchgeführt werden können. Indem bei jeder Kalibrationsmessung ein Kalibrationsparameter bestimmt wird, kann dann anhand der verschiedenen Kalibrationsmessungen zu jeweils unterschiedlichen Wellenlängenabhängigkeiten der Filtereinheit 6 ein wellenlängenabhängiger Verlauf des Kalibrationsparameters und damit eine wellenlängenabhängige Kalibrationskurve ermittelt werden. Dabei ist das spektroskopische Messgerät 1 gemäß 3 so ausgebildet, dass als konkrete Wellenlänge, an der eine Kalibrationsmessung stattfindet, das Maximum des Transmissionsgrads festgelegt wird, den die Filtereinheit 6 bei der Kalibrationsmessung aufweist.
• In 5 ist der zeitabhängige Verlauf der Intensität dargestellt, die mit dem Auswertedetektor 7 während eines Zeitintervalls während der Kalibrationsmessung bei dem spektroskopischen Messgerät 1 gemäß der Ausführungsform nach 3 ermittelt wird. Bei dieser Ausführungsform erfolgt das Auslesen des Auswertedetektors 7 zeitlich korreliert zu den zeitlichen Pulsen, in denen die Lichtquelle 2 angesteuert wird. In 5 ist der Verlauf der vom Auswertedetektor 7 gemessenen Intensität in einem Zeitintervall dargestellt, in dem die Lichtquelle 2 ausgeschaltet wird und somit einen Wechsel von einem Aussendeintervall in ein Unterbrechungsintervall erfolgt. Dabei beschreibt die Intensität einen exponentiell abfallenden Verlauf. Aus diesem exponentiell ablaufenden Verlauf kann gemäß der Gleichung I(t, λ') = I(t₀, λ')exp(–κ(λ')·t) die Abklingkonstante k(λ') ermittelt werden und hieraus die Länge des Lichtwegs, den das Licht in der Messzelle 3 zurücklegt gemäß L(λ') = c / κ(λ'). Bei dem spektroskopischen Messgerät 1 gemäß 3 wird somit als Kalibrationsparameter die Länge des Lichtwegs des Lichts in der Messzelle 3 ermittelt. Diese Ermittlung erfolgt für verschiedene Wellenlängenabhängigkeiten, woraus dann ein wellenlängenabhängiger Verlauf des Kalibrationsparameters L(λ) ermittelt wird, über den die aus dem Detektor 4 bei einer anschließenden Messung gewonnene Messwerte ausgewertet werden.
• Bezugszeichenliste

1

spektroskopisches Messgerät

2

Lichtquelle

3

Messzelle

4

Detektor

5

Recheneinheit

6

Filtereinheit

7

Auswertedetektor

8

Lichtauskoppeleinheit

9

Lichtleiter

10

Eingangslinse

11

Ausgangslinse

31

erster Spiegel

32

zweiter Spiegel

Claims (19)

1. Wellenlängenaufgelöstes Kalibrationssystem für ein spektroskopisches Messgerät (1), das eine spektral breitbandige Lichtquelle (2) und eine Messzelle (3) mit einem optischen Resonator umfasst, wobei die Lichtquelle (2) zum Aussenden eines Lichtstrahls ausgebildet ist, der durch einen Eingang in die Messzelle (3) eintritt und durch einen Ausgang aus der Messzelle (3) austritt, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibrationssystem einen Auswertedetektor (7) und eine Filtereinheit (6) umfasst, wobei der Auswertedetektor (7) außerhalb der Messzelle (3) an dem Ausgang anordenbar und zum Ausgeben eines Messwerts für eine Gesamtlichtintensität von auf ihn auftreffendem Licht ausgebildet und zeitaufgelöst auslesbar ist, wobei die Filtereinheit (6) dergestalt ausgebildet ist und relativ zu dem Messgerät (1) und zu dem Auswertedetektor (7) anordenbar ist, dass sie eine Filterung des Lichtanteils des Lichtstrahls mit einer vorgegebenen Wellenlängenabhängigkeit gewährleistet, der auf den Auswertedetektor (7) auftrifft.
2. Kalibrationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswertedetektor (7) dazu ausgebildet ist, in Zeitintervallen von weniger als 100 µs, insbesondere von weniger als 50 µs kontinuierlich ausgelesen zu werden, wobei der Auswertedetektor (7) insbesondere als Photomultiplier oder als Photodiode ausgebildet ist.
3. Kalibrationssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibrationssystem zum Vorgeben unterschiedlicher Wellenlängenabhängigkeiten der Filtereinheit (6) ausgebildet ist, wobei insbesondere das Kalibrationssystem dazu ausgebildet ist, jede bestimmte Wellenlängenabhängigkeit mit einer bestimmten zugeordneten Wellenlänge gleichzusetzen.
4. Kalibrationssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinheit (6) zumindest ein wellenlängenselektives Element mit einer optischen Achse umfasst, wobei das wellenlängenselektive Element einen wellenlängenabhängigen Transmissionsgrad für Licht aufweist, das entlang seiner optischen Achse auf das wellenlängenselektive Element fällt, wobei insbesondere das wellenlängenselektive Element die Wellenlängenabhängigkeit der Filtereinheit (6) vorgibt und/oder das wellenlängenselektive Element als Interferenzfilter oder Interferenzspiegel ausgebildet ist.
5. Kalibrationssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Transmissionsgrad einen wellenlängenabhängigen Verlauf aufweist, der eine Halbwertsbreite von weniger als 10 nm, insbesondere von weniger als 5 nm, insbesondere weniger als 3 nm, insbesondere zwischen 0.5 nm und 2 nm an einem Maximalwert aufweist.
6. Kalibrationssystem nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verdrehwinkel, den eine Propagationsrichtung eines auf das zumindest eine wellenlängenselektive Element auftreffenden Anteils des Lichtstrahls mit der optischen Achse des wellenlängenselektiven Elements bildet, einstellbar oder eingestellt ist, wobei über die Einstellung des Verdrehwinkels die Wellenlängenabhängigkeit der Filtereinheit (6) vorgebbar ist, wobei insbesondere a) die Filtereinheit (6) mehrere wellenlängenselektive Elemente umfasst, wobei die Filtereinheit (6) eine optische Einrichtung aufweist, über die für jedes wellenlängenselektive Element der Verdrehwinkel einstellbar oder eingestellt ist, den die Propagationsrichtung des auf das jeweilige wellenlängenselektive Element auftreffenden Anteils des Lichtstrahls mit der optischen Achse des jeweiligen wellenlängenselektiven Elements bildet, b) die Filtereinheit (6) eine optische Vorrichtung aufweist, über die mehrere verschiedene Verdrehwinkel einstellbar sind, die die Propagationsrichtung des auf das wellenlängenselektive Element auftreffenden Anteils des Lichtstrahls mit der optischen Achse des wellenlängenselektiven Elements bildet, und/oder c) das wellenlängenselektive Element in der Filtereinheit (6) verdrehbar gehalten ist, wobei der Verdrehwinkel, den die Propagationsrichtung des auf das wellenlängenselektive Element auftreffenden Anteils des Lichtstrahls zu der optischen Achse des wellenlängenselektiven Elements bildet, einstellbar ist.
7. Kalibrationssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibrationssystem zum zeitaufgelösten Auslesen des Auswertedetektors (7) und zum Ermitteln und Speichern eines zeitabhängigen Intensitätsverlaufs des auf den Auswertedetektor (7) auftreffenden Lichts ausgebildet ist.
8. Kalibrationssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibrationssystem dazu ausgebildet ist, aus dem für eine bestimmte Wellenlängenabhängigkeit der Filtereinheit (6) ermittelten zeitabhängigen Intensitätsverlauf einen Kalibrationsparameter zu ermitteln, wobei insbesondere das Kalibrationssystem dazu ausgebildet ist, für verschiedene Wellenlängenabhängigkeiten jeweils einen zugeordneten Kalibrationsparameter zu ermitteln und insbesondere daraus einen Verlauf des Kalibrationsparameters in Abhängigkeit von der Wellenlängenabhängigkeit zu ermitteln.
9. Kalibrationssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibrationssystem dazu ausgebildet ist, als Kalibrationsparameter einen Wert für eine Weglänge des Lichtwegs zu ermitteln, den das Licht in der Messzelle (3) durchläuft.
10. Kalibrationssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibrationssystem eine optische Lichtauskoppeleinheit (8) aufweist, die an dem Ausgang der Messzelle (3) anordenbar ist und zum Auskoppeln eines Lichtanteils des austretenden Lichts ausgebildet ist.
11. Spektroskopisches Messgerät (1) umfassend eine spektral breitbandige Lichtquelle (2), eine Messzelle (3) mit einem optischen Resonator, einen Auswertedetektor (7) sowie eine Recheneinheit (5), wobei die Lichtquelle (2) zum Aussenden eines Lichtstrahls ausgebildet ist, der entlang eines Lichtwegs durch einen Eingang in eine Messzelle (3) eintritt und durch einen Ausgang aus der Messzelle (3) austritt, wobei der Auswertedetektor (7) außerhalb der Messzelle (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät (1) eine Filtereinheit (6) umfasst, die dergestalt angeordnet ist, dass sie eine Filterung des Lichtanteils des Lichtstrahls mit einer vorgegebenen Wellenlängenabhängigkeit gewährleistet, der auf den Auswertedetektor (7) auftrifft, wobei die Recheneinheit (5) dazu ausgebildet ist, aus dem Auswertedetektor (7) Messwerte für eine Gesamtlichtintensität von auf ihn auftreffendem Licht auszulesen.
12. Spektroskopisches Messgerät (1) nach Anspruch 11, umfassend einen Detektor (4), wobei der Detektor (4) außerhalb der Messzelle (3) an dem Ausgang angeordnet ist und zum Ausgeben eines wellenlängenaufgelösten Messwerts für eine Lichtintensität von auf ihn auftreffendem Licht ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät (1) eine optische Lichtauskoppeleinheit aufweist, die zwischen dem Ausgang der Messzelle (3) und dem Detektor (4) angeordnet oder anordenbar ist und zum Auskoppeln eines Lichtanteils des aus der Messzelle (3) austretenden Lichts zu dem Auswertedetektor (7) ausgebildet ist.
13. Messgerät (1) nach Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät (1) dazu ausgebildet ist, das Aussenden des Lichtstrahls in die Messzelle (3) in zeitlichen Pulsen durchzuführen und die Messwerte aus dem Auswertedetektor (7) zu den zeitlichen Pulsen zeitlich korreliert auszulesen und aufzuzeichnen, wobei insbesondere stets ein Wechsel zwischen einem Aussendeintervall, in dem der Lichtstrahl in die Messzelle (3) mit einer Maximalintensität ausgesandt wird, und einem Unterbrechungsintervall, in dem der Lichtstrahl in die Messzelle (3) mit einer Minimalintensität ausgesandt wird, erfolgt, wobei insbesondere die Messwerte während Zeitintervallen ermittelt werden, die jeweils zeitlich benachbart zu einem solchen Wechsel liegen.
14. Messgerät (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (5) zum Erfassen einer bestimmten Wellenlängenabhängigkeit der Filtereinheit (6) ausgebildet ist, wobei das Messgerät (1) dazu ausgebildet ist, für verschiedene bestimmte Wellenlängenabhängigkeiten jeweils einen zeitabhängigen Intensitätsverlauf des auf den Auswertedetektor (7) auftreffenden Lichts zu ermitteln und der jeweiligen bestimmten Wellenlängenabhängigkeit zugeordnet abzuspeichern, wobei das Messgerät (1) insbesondere dazu ausgebildet ist, aus dem für eine bestimmte Wellenlängenabhängigkeit ermittelten zeitabhängigen Intensitätsverlauf einen Kalibrationsparameter zu ermitteln, wobei das Messgerät (1) insbesondere dazu ausgebildet ist, eine Abhängigkeit des Kalibrationsparameters von der Wellenlängenabhängigkeit zu ermitteln.
15. Messgerät (1) nach den Ansprüchen 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (5) dazu ausgebildet ist, aus dem einer bestimmten Wellenlängenabhängigkeit λ' zugeordneten zeitabhängigen Intensitätsverlauf eine Abklingkonstante κ(λ') gemäß der Gleichung I(t, λ') = I(t₀, λ')exp(–κ(λ')·t) zu ermitteln, und insbesondere aus der Gleichung L(λ') = c / κ(λ') eine Länge eines Lichtwegs L(λ') als Kalibrationsparameter zu ermitteln, wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist.
16. Messgerät (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (5) dazu ausgebildet ist, die bestimmte Wellenlängenabhängigkeit mit einer bestimmten Wellenlänge gleichzusetzen und daraus einen Verlauf der Abklingkonstanten in Abhängigkeit von der Wellenlänge zu bestimmen.
17. Messgerät (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät (1) dazu ausgebildet ist, auf eine Initialisierung hin selbsttätig vorab festgelegte verschiedene bestimmte Wellenlängenabhängigkeiten einzustellen, zu jeder bestimmten Wellenlängenabhängigkeit einen zugeordneten Kalibrationsparameter zu ermitteln, daraus einen wellenlängenabhängigen Verlauf des Kalibrationsparameters zu bestimmen und zu speichern und während nachfolgenden Messungen diesen Verlauf des Kalibrationsparameters zum Auswerten der aus dem Detektor (4) ausgelesenen Messwerte zu verwenden.
18. Verwendung eines Kalibrationssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zum Kalibrieren eines spektroskopischen Messgeräts (1), insbesondere zum Ermitteln eines Kalibrationsparamters für das Messgerät (1), wobei das Messgerät (1) insbesondere nach einem der Ansprüche 12 bis 17 ausgebildet ist.
19. Verwendung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass zu mehreren unterschiedlichen Wellenlängenabhängigkeiten jeweils ein zugeordneter Kalibrationsparamter ermittelt und aufgezeichet wird, woraus der Verlauf des Kalibrationsparamters in Abhängigkeit von einer Wellenlänge ermittelt wird.

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