DE202016008493U1

DE202016008493U1 - Spectroscopic measuring device

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Publication number: DE202016008493U1
Application number: DE202016008493.4U
Authority: DE
Original assignee: Airyx GmbH
Current assignee: Airyx GmbH
Priority date: 2015-07-24
Filing date: 2016-07-08
Publication date: 2018-03-02
Anticipated expiration: 2026-07-09
Also published as: DE202016008496U1; WO2017016851A1

Abstract

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, wobei insbesondere das Messgerät (1) einen Detektor (4) umfasst, der 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.Spectroscopic measuring device (1) comprising a spectrally broadband light source (2), a measuring cell (3) with an optical resonator, an evaluation detector (7) and a computing unit (5), wherein the light source (2) is designed to emit a light beam which along an optical path through an input into a measuring cell (3) and exits through an output from the measuring cell (3), wherein the evaluation detector (7) outside the measuring cell (3) is arranged, characterized in that the measuring device (1) a Filter unit (6) which is arranged such that it ensures a filtering of the light portion of the light beam with a predetermined wavelength dependence, which impinges on the evaluation detector (7), wherein the arithmetic unit (5) is adapted from the evaluation detector (7) To read measured values for a total light intensity of light incident on him, in particular, the measuring device (1) comprises a detector (4), the outside is arranged at the output of the measuring cell (3) and is adapted to output a wavelength-resolved measured value for a light intensity of light striking it.

Description

Die Erfindung betrifft ein spektroskopisches Messgerät gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a spectroscopic measuring device according to the preamble of claim 1.

Herkömmliche spektroskopische Messgeräte werden dazu eingesetzt, die Konzentration von Absorbergasen, insbesondere Spurengasen (z. B. NO, NO2, NO₃, O₃), in einer bestimmten Umgebungsluft zu ermitteln. Nachfolgend wird zur Vereinfachung stets auf Spurengase als ein relevantes Beispiel von Absorbergasen im Allgemeinen Bezug genommen. Das Grundprinzip 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.Conventional spectroscopic measuring devices are used to determine the concentration of absorber gases, in particular trace gases (eg NO, NO ₂ , NO ₃ , O ₃ ), in a specific ambient air. Hereinafter, reference will always be made to trace gases as a relevant example of absorber gases in general for the sake of simplicity. The basic principle of spectroscopic measuring instruments is based on the fact that each trace gas has a certain absorption structure due to its characteristic molecular structure when excited by light. If a molecule of such a trace gas is excited by a light source which emits light with a wavelength-dependent light intensity over a certain spectral width, ie over a certain wavelength range, this molecule absorbs a portion of this light according to its specific absorption structure, the proportion of the light absorbed depends on the wavelength. The absorption structure thus indicates the wavelength-dependent absorption property of a trace gas with respect to the absorption of light. When light is emitted from a light source into an ambient air, with the light traversing a light path in the ambient air, the more molecules of the trace gas strike the light on its light path, the more the light absorbs according to the specific absorption structure of a trace gas. The light intensity which is measured after light emitted by a light source has passed through a specific light path in a specific ambient air thus depends both on the length of the light path and on the concentration of the trace gas in the ambient air. Mathematically, this basic principle can be described by the Beer-Lambert law: I = I ₀ .exp [-σ. X. L], where I is the light intensity after passing through the light path in the ambient air, I ₀ is from the light source into the ambient air emitted light intensity, σ indicate the absorption effect cross-section of the trace gas, x the concentration of the trace gas and L the length of the light path. The absorption cross section of a trace gas is of course dependent on the wavelength and indicates the absorption structure of a trace gas precisely.

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. Dabei wird auf den mittleren Lichtweg der Gesamtheit der in dem in die Messzelle eintretenden Lichtstrahl enthaltenen Photonen abgestellt, da die unterschiedlichen Photonen des Lichtstrahls je nach der individuellen Reflexion/Absorption, die sie erfahren, einen individuellen Lichtweg in der Messzelle zurücklegen. Da jedoch stets der Lichtstrahl bei einer Messung seiner Intensität in seiner Gesamtheit und nicht nach Photonen aufgelöst betrachtet wird, wird auf diesen mittleren Lichtwegs als „Lichtweg” abgestellt. 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. spatial aufgelöste Messungen von Spurengaskonzentrationen und sind darüber hinaus kostengünstig und einfach herstellbar.Against the background of this basic principle, conventional spectroscopic measuring apparatuses are always constructed as an arrangement in which light emitted from a light source travels a predetermined or determinable light path, with a detector arranged at the end of the light path, with which a light intensity can be measured , For the realization of spectroscopic measuring devices very different possibilities are known. For example, spectroscopic measuring devices exist in which the optical path is geometrically determined by geometric arrangement of mirrors between a starting point and a target point. To ensure a high measuring accuracy, such spectroscopic measuring devices are known with a geometrically defined light path of several kilometers. An entirely different approach is used in spectroscopic measuring devices which have a measuring cell with an optical resonator. The optical resonator is arranged in the measuring cell and comprises a mirror arrangement which serves to reflect light as often as possible within the mirror arrangement. The length of the light path is thus not geometrically predetermined but rather depends, for example, on the reflectivity of the mirror arrangement and on the absorption of light within the measuring cell. The higher the reflectivity of the mirror arrangement and the lower the absorption, the longer the light path. In this case, the total light path contained in the light beam entering the measuring cell is switched off on the middle optical path, since the different photons of the light beam cover an individual light path in the measuring cell depending on the individual reflection / absorption they experience. Since, however, the light beam is always considered to be resolved in its entirety and not in the light of photons in a measurement of its intensity, this medium light path is turned off as an "optical path". The absorption may be caused, for example, by elements of the ambient air, such as the trace gases contained therein, and / or by the absorption behavior of the mirror arrangement. In such measuring devices with an optical resonator, the light intensity which is coupled out of the measuring cell is measured with a detector. Since the light path is not known geometrically, calibration measurements are required so that conclusions can be drawn from a measured light intensity on the concentration of trace gases in the ambient air, which is arranged in the measuring cell. In comparison to the measuring devices with geometrically fixed optical path described by way of example, measuring devices with optical resonator have the considerable advantage that due to the multiple reflections in the optical resonator even with a small size of the resonator and thus of the entire spectroscopic measuring device such a long light path can be achieved. that precise measurement of trace gas concentrations in ambient air is possible. Therefore, such spectroscopic measuring devices are also suitable for local, d. H. Spatially resolved measurements of trace gas concentrations and are also inexpensive and easy to produce.

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 (selbstverständlich wird dabei wie oben erläutert auf den mittleren Lichtweg bzw. die mittlere Aufenthaltszeit der Gesamtheit der Photonen des Lichtstrahls abgestellt), 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.The present invention relates to such described spectroscopic measuring devices with optical resonator. As explained, calibration measurements are required in such spectroscopic measuring devices, so that meaningful conclusions about the concentration of trace gases in the measuring cell can be drawn from the measured light intensity. In this case, a wavelength-dependent calibration curve is determined via a calibration measurement, which characterizes the light path of the light within the measuring cell, so that the concentration of trace gases can be calculated by means of the wavelength-dependent calibration curve from the light intensity determined at an output of the measuring cell. The calibration curve is wavelength-dependent, because the parameters determining the light path in the measuring cell are wavelength-dependent, for example the reflectivity of the mirror arrangement of the resonator and in particular the Rayleigh scattering of molecules. The calibration curve can be displayed in different ways, ie over different values, depending on the wavelength. For example, it is customary to represent the calibration curve as a function of the wavelength of the light path, or alternatively, for example, as a wavelength-dependent residence time of the light in the measuring cell (of course, as explained above, the average light path or the mean residence time of the entirety of the photons of the light beam turned off), or for example as a wavelength-dependent reflectivity of the mirror assembly. For example, in the case of spectroscopic measuring devices of the generic type, a calibration curve L given as a wavelength-dependent length of the light path is frequently converted into a calibration curve R specified as wavelength-dependent reflectivity by: L (λ) = d / 1 - R (λ), wherein it is assumed that a mirror arrangement in which two mirrors at a distance d are arranged opposite to each other.

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.Since the state of the measuring cell usually changes over time, for example due to degradation of the mirror arrangement or deposits on the mirror arrangement, a calibration measurement is preferably to be carried out before each measurement is carried out to determine concentrations of trace gases.

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 berechenbar 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.Various methods for carrying out such calibration measurements are known in the prior art. According to one method, the length of the light path in the measuring cell is determined as a calibration curve by flooding the measuring cell with helium for a first measurement and for a second measurement with normal air ("zero air"). Preferably as clean air as pure air is used, for example, ambient air, which was filtered by an aerosol filter to remove (Mie) scatterers and / or by other filters for filtering out absorbers. For example, N ₂ , O ₂ or an N ₂ -O ₂ mixture can also be used as zero air. Both measurements measure the light intensity at the output of the measuring cell. Since it can be assumed that the differences between the light intensities measured in the first and second measurement are largely based on a different Rayleigh scattering in air and helium, which in each case depends on the Rayleigh scattering cross section and thus the particle size in air or helium , the length of the light path L (λ) can be determined from:

wherein by I _air, the light intensity measured at flushing the measurement cell with zero air, I _He is given the measured light intensity for rinsing the measuring cell with helium and ε _He or ε _air of the Rayleigh-extinction coefficient, wherein the extinction coefficient of ε = σ · n calculated is , where σ indicates the Rayleigh scattering cross section known in the literature and n the particle number density, which can be calculated to a good approximation via the ideal gas law at known pressure and temperature. A major disadvantage of this method is that the implementation is complicated and always a reference gas, such as helium, must be available. Another method is to flood the measuring cell with a gas mixture containing a known concentration of a particular trace gas. From the measured light intensity and the known absorption structure of the trace gas can then be drawn directly on the length of the light path. However, with this method, only one statement can be made about the wavelength dependence of the length of the light path within the wavelength range of the absorption structure of the particular trace gas, and the procurement of a gas mixture with a known concentration of trace gas is often difficult, especially in field measurements. When using lasers as the light source for the spectroscopic measuring device, a further method for the calibration measurement is known, in which the decay constant of the light intensity is determined after the laser has been switched on or off. The decay constant can be determined by:

I (t) = I (t ₀ ) * exp [-c / L (t -t ₀ )],

where I is the measured light intensity, t ₀ a certain time (after switching off), c the Speed of light and L indicate the length of the light path.

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.The decay constant is through c / L specified. In the case of a determination of the decay constants after switching on the light source, the same function can be used, but with a positive argument of the exponential function. The length of the light path L can thus be determined directly from the exponential profile of the light intensity before or after switching on the light source. Disadvantage of this method, however, is that it is only applicable to spectroscopic measuring devices with lasers, since only a clear exponential curve of the light intensity is measurable because of the typically strong wavelength dependence of the length of the light path, from which the decay constant and thus L can be determined.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein spektroskopisches Messgerät bereitzustellen, das auf möglichst einfache Weise vor einer jeden Durchführung einer Messung kalibriert werden kann und das insbesondere zumindest einige der beschriebenen Nachteile herkömmlicher spektroskopischer Messgeräte zumindest teilweise behebt. Als eine weitere Aufgabe liegt der vorliegenden Erfindung 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 Verfahren zur Durchführung einer Messung mit einem spektroskopischen Messgerät oder zur Durchführung einer Kalibrierung eines spektroskopischen Messgeräts für die Auswertung einer mittels des Messgeräts durchgeführten Messung bereitzustellen, das eine möglichst einfache und korrekte Ermittlung von Absorbergaskonzentrationen und/oder möglichst einfache Kalibrierung eines spektroskopischen Messgeräts für die möglichst korrekte Ermittlung von Absorbergaskonzentrationen ermöglicht.The object of the present invention is to provide a spectroscopic measuring device which can be calibrated in the simplest possible way before each measurement is carried out and which, in particular, at least partially eliminates at least some of the described disadvantages of conventional spectroscopic measuring devices. A further object of the present invention is to provide a wavelength-resolved calibration system for a spectroscopic measuring device, with which calibration measurements for a spectroscopic measuring device can be carried out and which can be operated as simply as possible and inexpensively, and in particular the described disadvantages of the calibration methods in conventional spectroscopic measuring devices at least partially corrects. A further object of the present invention is to provide a method for carrying out a measurement with a spectroscopic measuring device or for carrying out a calibration of a spectroscopic measuring device for the evaluation of a measurement carried out by means of the measuring device, which determines the most simple and correct determination of absorber gas concentrations and / or or as simple as possible calibration of a spectroscopic measuring device for the most accurate determination of Absorbergaskonzentrationen possible.

Als eine erste Lösung zumindest einer der beschriebenen Aufgaben schlägt die vorliegende Erfindung ein spektroskopisches Messgerät vor, das eine spektral breitbandige Lichtquelle aufweist, 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. 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. 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 optischen Resonator auf, innerhalb dessen das Licht mehrfach reflektiert wird und der hierzu eine Spiegelanordnung aufweisen kann. 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 ein 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.As a first solution of at least one of the described objects, the present invention proposes a spectroscopic measuring device which has a spectrally broadband light source, ie a light source which emits light over a spectral width of at least 100 μm, in particular at least 1 nm, in particular at least 10 nm , In this case, the light intensity of the light emitted over the spectral width varies within the spectral width, in particular by less than 50% (calculated from the maximum value). Unlike spectroscopic devices, where a laser is used as a light source, the concentration of trace gases can be determined particularly reliable, in particular the concentration of a plurality of trace gases. As the light source, for example, an LED, a glow lamp or a xenon lamp can be used. The use of LEDs as a light source has proven to be particularly advantageous because LEDs are electronically easily controlled and have low energy consumption and also emit light over a sufficiently large spectral width in order to reliably determine the concentration of a variety of trace gases can. The measuring cell can be designed, for example, as an open measuring cell, so that gas exchange continuously takes place between the ambient air and the measuring cell. The measuring cell may be formed, for example, as a closed measuring cell with gas volume sealed by the ambient air measurement volume. As explained above, the measuring cell has an optical resonator, within which the light is reflected several times and which can have a mirror arrangement for this purpose, as explained in the preceding text, for conventional spectroscopic measuring devices to which the invention relates and whose features can be provided by the measuring device according to the invention. In this case, the light source is arranged to the measuring cell, that it emits a light beam in the on state, which enters through an input of the measuring cell in the measuring cell and in the resonator of the measuring cell. For example, the resonator for this purpose may have an at least partially partially transparent or one-sided transparent mirror, which is assigned to the input of the measuring cell and can pass through the light into the resonator and thus can be coupled into the resonator. For example, an input lens arrangement can be arranged between the light source and the input of the measuring cell, which bundles the light beam emitted by the light source onto the input of the measuring cell. The measuring cell also has an output, on which a detector is arranged. The detector is positioned relative to the measuring cell so that light exiting through the output from the measuring cell strikes the detector so that the detector can measure the light intensity of the exiting light. For example, an output lens arrangement can be arranged between the output of the measuring cell and the detector, which bundles the light emerging from the output onto the detector. By way of example, the resonator for realizing the output of the measuring cell may have a partially transmissive mirror assigned to the output, through which light can emerge from the resonator and out of the measuring cell and reach the reflector. In one embodiment, the mirror associated with the input and the mirror associated with the output of the mirror arrangement of the resonator are spatially separated from one another. The detector is placed outside the measuring cell at the output and adapted to output a wavelength-resolved measured value for a light intensity of light impinging thereon. The detector thus outputs as a measured value a value for a light intensity as a function of the wavelength. The resolution provided by the detector with respect to the wavelength may be chosen such that it outputs for the spectral range over which the light source emits light, a plurality of values for a light intensity, each associated with a particular wavelength within the spectral range is. The light source and detector are thus matched to one another such that a wavelength-dependent light intensity of the light can be output as a measured value via the detector, which emits the light source and passes from the light source through the measuring cell to the detector.

Das erfindungsgemäße spektroskopische Messgerät umfasst ferner eine Recheneinheit, die eine Speichereinheit aufweist, in der eine zu einem Kalibrationszustand gemessene wellenlängenabhängige Kalibrationskurve speicherbar ist. Die wellenlängenabhängige Kalibrationskurve kann auf herkömmliche Art und Weise ermittelt werden, beispielsweise über die obengenannten Methoden, die auf spektroskopische Messgeräte mit einer spektral breitbandigen Lichtquelle anwendbar sind. Das spektroskopische Messgerät ist mit seiner Recheneinheit so ausgebildet, dass in der Speichereinheit der Recheneinheit die zu einem Kalibrationszustand gemessene wellenlängenabhängige Kalibrationskurve abgespeichert und später wieder aufgerufen werden kann. Der Kalibrationszustand bezeichnet den Zustand des spektroskopischen Messgeräts, in dem es sich während der Ermittlung der wellenlängenabhängigen Kalibrationskurve befindet. Dabei wird angenommen, dass sich das spektroskopische Messgerät in einem konstanten Kalibrationszustand während der Ermittlung der wellenlängenabhängigen Kalibrationskurve befindet. Der Zustand des spektroskopischen Messgeräts ist durch eine Vielzahl an Parametern festgelegt, beispielsweise durch die Temperatur, Zustand des Resonators (z. B. Reflektivität der Spiegelanordnung des Resonators), Intensität der Lichtquelle und geometrische Ausrichtung der Spiegel der Spiegelanordnung.The spectroscopic measuring device according to the invention further comprises a computing unit which has a memory unit in which a wavelength-dependent calibration curve measured to a calibration state can be stored. The wavelength-dependent calibration curve can be determined in a conventional manner, for example via the abovementioned methods, which are applicable to spectroscopic measuring instruments with a spectrally broadband light source. The spectroscopic measuring device is embodied with its arithmetic unit in such a way that the wavelength-dependent calibration curve measured to a calibration state can be stored in the memory unit of the arithmetic unit and retrieved later. The calibration state indicates the state of the spectroscopic measuring device in which it is located during the determination of the wavelength-dependent calibration curve. It is assumed that the spectroscopic measuring device is in a constant state of calibration during the determination of the wavelength-dependent calibration curve. The state of the spectroscopic measuring device is determined by a multiplicity of parameters, for example by the temperature, state of the resonator (eg reflectivity of the mirror arrangement of the resonator), intensity of the light source and geometric orientation of the mirrors of the mirror arrangement.

Erfindungsgemäß umfasst das Messgerät einen Auswertedetektor und eine Filtereinheit. Der Auswertedetektor ist außerhalb der Messzelle an dem Ausgang angeordnet und zum Ausgeben eines Messwerts für eine Gesamtlichtintensität von auf ihn auftreffendem Licht ausgebildet und zeitaufgelöst auslesbar. Beispielsweise kann die oben erläuterte Ausgangslinsenanordnung auch zum Bündeln des aus dem Ausgang der Messzelle austretenden Lichts auf den Auswertedetektor ausgebildet sein.According to the invention, the measuring device comprises an evaluation detector and a filter unit. The evaluation detector is arranged outside the measuring cell at the output and designed to output a measured value for a total light intensity of light impinging on it and can be read out in a time-resolved manner. For example, the above-explained starting lens arrangement can also be designed to bundle the light emerging from the output of the measuring cell onto the evaluation detector.

In einer Ausführungsform bündelt die Ausgangslinsenanordnung in einem ersten Betriebszustand das Austreten des Lichts auf den Auswertedetektor, in einem zweiten Betriebszustand auf den Detektor. 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.In one embodiment, the output lens arrangement, in a first operating state, focuses the exit of the light onto the evaluation detector, in a second operating state onto the detector. The evaluation detector is a separate component from the detector of the measuring device. While the detector of the measuring device outputs a wavelength-resolved measured value for a light intensity, the evaluation detector outputs a total light intensity as a measured value. While the detector of the measuring instrument can only be read out slowly due to the output of a wavelength-resolved measured value, the evaluation detector is time-resolved, i. H. with a spacing of short time intervals, for example, time intervals of less than 500 microseconds, in particular less than 200 microseconds, readable. Because the readout of a total light intensity of the evaluation detector can be done much faster than the wavelength-resolved readout of the detector. In particular, the evaluation detector is designed so that no wavelength-resolved measured value for a light intensity of light incident on it can be read out of it.

Die Filtereinheit ist eine optische Filtereinheit und so ausgebildet und relativ zu dem Messgerät und zu dem Auswertedetektor angeordnet, 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 angeordnet. In jedem Fall ist die Filtereinheit so relativ zur Messzelle und zum Auswertedetektor angeordnet, 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.The filter unit is an optical filter unit and is designed and arranged relative to the measuring device and to the evaluation detector in such a way that it ensures filtering of the light component of the light beam with a predetermined wavelength dependency which impinges on the evaluation detector. The filter unit is arranged, for example, between the light source and the input of the measuring cell outside the measuring cell or between the measuring cell and the evaluation detector outside the measuring cell. In any case, the filter unit is arranged relative to the measuring cell and the evaluation detector so that light emitted by the light source must inevitably pass through the filter unit before the light can impinge on the evaluation detector. The filter unit ensures filtering of the light component of the light beam that impinges on the filter unit.

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.This filtering is wavelength dependent. Consequently, the filter unit allows light to pass through only in a certain wavelength range, which is determined by the predetermined wavelength dependence, without the light intensity is significantly reduced by the filter unit. For example, the filter unit may be formed so that its light transmission at a certain wavelength has a maximum value, wherein the light transmission at a positive and a negative deviation of the wavelength of the particular wavelength decreases sharply, for example by at least 50% with a deviation of 10 nm , For example, by at least 50% with a deviation of 5 nm. The filter unit can be assigned according to a transmittance. The transmittance is is wavelength dependent and indicates what percentage of the incident light passes through the filter unit. The wavelength-dependent transmittance thus defines the predetermined wavelength dependence of the filter unit. For example, the filter unit may be designed so that the wavelength-dependent transmittance is always associated with a specific direction of incidence of the light on the filter unit. This direction of incidence can be defined as the optical axis of the filter unit.

Erfindungsgemäß ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, aus dem Auswertedetektor Messwerte auszulesen, insbesondere zeitaufgelöst auszulesen, und aus den Messwerten einen Wert für einen Kalibrationsparameter zu ermitteln, einen zum Kalibrationszustand ermittelten Ausgangswert des Kalibrationsparameters abzuspeichern, zu einem Nachfolgezustand einen Nachfolgewert des Kalibrationsparameters zu ermitteln und auf Basis des Unterschieds zwischen dem Ausgangswert und dem Nachfolgewert eine Anpassung der Kalibrationskurve zu berechnen. Das erfindungsgemäße spektroskopische Messgerät ist somit dazu ausgebildet, aus dem Auswertedetektor Messwerte auszulesen und daraus einen Kalibrationsparameter zu ermitteln, während sich das spektroskopische Messgerät im Kalibrationszustand befindet. Der Kalibrationsparameter kann beispielsweise während der Ermittlung der wellenlängenabhängigen Kalibrationskurve oder mit einem Zeitabstand von weniger als 10 Stunden nach oder vor dem Ermitteln der wellenlängenabhängigen Kalibrationskurve ermittelt werden, wobei dann davon ausgegangen wird, dass sich das spektroskopische Messgerät in demselben Kalibrationszustand befindet. Für die Annahme desselben Kalibrationszustands ist wesentlich, dass davon ausgegangen werden kann, dass das spektroskopische Messgerät keine Veränderung erfahren hat, insbesondere keine Degradation der Spiegelanordnung des Resonators. Das spektroskopische Messgerät ist erfindungsgemäß ferner dazu ausgebildet, zu einem späteren Zeitpunkt, in dem sich das spektroskopische Messgerät in einem Nachfolgezustand befindet, bei dem nicht mehr davon ausgegangen werden kann, dass er mit dem Kalibrationszustand identisch ist, einen Nachfolgewert des Kalibrationsparameters zu ermitteln, indem in dem Nachfolgezustand des Messgeräts der Auswertedetektor ausgelesen wird und aus den ausgelesenen Messwerten ein Wert für den Kalibrationsparameter zu dem Nachfolgezustand ermittelt wird. Das Messgerät kann sich zu einem früheren oder zu einem späteren Zeitpunkt in dem Kalibrationszustand als in dem Nachfolgezustand befinden. Erfindungsgemäß ist das spektroskopische Messgerät ferner dazu ausgebildet, auf der Basis des Unterschieds zwischen dem Ausgangswert und dem Nachfolgewert des Kalibrationsparameters eine Anpassung der Kalibrationskurve zu berechnen.According to the invention, the arithmetic unit is designed to read out measured values from the evaluation detector, to determine from the measured values a value for a calibration parameter, to store an initial value of the calibration parameter determined for the calibration state, to determine a successor value of the calibration parameter for a following status and based on the difference between the initial value and the successor value to calculate an adjustment of the calibration curve. The spectroscopic measuring device according to the invention is therefore designed to read out measured values from the evaluation detector and to determine therefrom a calibration parameter while the spectroscopic measuring device is in the calibration state. The calibration parameter can be determined, for example, during the determination of the wavelength-dependent calibration curve or with a time interval of less than 10 hours after or before the determination of the wavelength-dependent calibration curve, in which case it is assumed that the spectroscopic measuring device is in the same calibration state. For the assumption of the same calibration state, it is essential that it can be assumed that the spectroscopic measuring device has not undergone any change, in particular no degradation of the mirror arrangement of the resonator. According to the invention, the spectroscopic measuring device is furthermore designed to determine a successor value of the calibration parameter at a later point in time in which the spectroscopic measuring device is in a succession state in which it can no longer be assumed that it is identical with the calibration state in the successor state of the measuring device, the evaluation detector is read out and a value for the calibration parameter for the following state is determined from the readout measured values. The meter may be at a previous or later time in the calibration state than in the follow-on state. According to the invention, the spectroscopic measuring device is furthermore designed to calculate an adaptation of the calibration curve on the basis of the difference between the initial value and the successor value of the calibration parameter.

Das erfindungsgemäße spektroskopische Messgerät bringt somit den wesentlichen Vorteil mit sich, dass eine aufwendige Kalibration über die bekannten Kalibrationsmethoden nicht vor jeder Durchführung einer spektroskopischen Messung, d. h. einer Messung von Konzentrationen von Spurengasen mit dem spektroskopische Messgerät, durchgeführt werden muss. Mit dem erfindungsgemäßen spektroskopischen Messgerät wird vielmehr ein anderer Weg beschritten. Der erfindungsgemäße Ansatz besteht darin, dass die wellenlängenabhängige Kalibrationskurve nur einmal aufwendig bestimmt wird, nämlich dann, wenn sich das Messgerät im Kalibrationszustand befindet, wohingegen vor jeder Anwendung des Messgeräts zur Messung von Konzentrationen von Spurengasen lediglich eine Nachkalibration durchgeführt wird, um den Veränderungen des Messgeräts durch Anpassung der wellenlängenabhängigen Kalibrationskurve Rechnung zu tragen. Dies erfolgt erfindungsgemäß dadurch, dass dann, wenn sich das Messgerät in einem Nachfolgezustand befindet, ein Nachfolgewert des Kalibrationsparameters über den Auswertedetektor auf identische Art und Weise bestimmt wird, auf die der Ausgangswert des Kalibrationsparameters bestimmt wurde, als sich das Messgerät im Kalibrationszustand befand. Durch einen Abgleich von Nachfolgewert und Ausgangswert kann dann eine Anpassung der Kalibrationskurve erfolgen, ohne dass eine aufwendige vollständige Durchführung einer Kalibrierung des spektroskopischen Messgeräts zur vollständigen neuen Bestimmung einer wellenlängenabhängigen Kalibrationskurve erforderlich ist.The spectroscopic measuring device according to the invention thus brings with it the significant advantage that a complex calibration via the known calibration methods does not occur before each time a spectroscopic measurement is carried out, ie. H. a measurement of concentrations of trace gases with the spectroscopic measuring device, must be performed. The spectroscopic measuring device according to the invention rather treads another path. The inventive approach is that the wavelength-dependent calibration curve is determined only once consuming, namely, when the meter is in the calibration state, whereas before each application of the meter for measuring concentrations of trace gases only a recalibration is performed to the changes of the meter by adapting the wavelength-dependent calibration curve. This is done according to the invention in that, when the measuring device is in a follow-on state, a follow-up value of the calibration parameter is determined in an identical manner via the evaluation detector to which the output value of the calibration parameter was determined when the measuring device was in the calibration state. Adjustment of the calibration curve can then be carried out by matching the follow-up value and the initial value, without the need for costly complete performance of a calibration of the spectroscopic measuring device for completely new determination of a wavelength-dependent calibration curve.

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 dem Auswertedetektor 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 Ermittlung eines Kalibrationsparameters in den aus dem Ausgang austretenden Lichtstrahl geschwenkt werden kann und somit den Lichtstrahl zum Auswertedetektor lenkt, wohingegen er nach dem Abschluss der Ermittlung des Kalibrationsparameters 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 Ermittlung eines Kalibrationsparameters ein Lichtleiter zwischen Ausgang und Auswertedetektor gekoppelt wird und nach Abschluss der Ermittlung des Kalibrationsparameters 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 Ermittlung des Kalibrationsparameters 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. 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.In one embodiment, the measuring device has an optical light extraction unit, which is arranged or can be arranged between the output of the measuring cell and the detector and is designed for coupling out a light component of the light emerging from the measuring cell to the evaluation detector. The light extraction unit may for example be designed as a permanently mountable, partially transparent mirror, which thus acts as a beam splitter between the detector and the evaluation detector. The light extraction unit can be designed, for example, as a pivotable mirror, wherein the mirror for performing a determination of a calibration parameter can be pivoted into the light beam emerging from the output and thus directs the light beam to the evaluation detector, whereas it swings out of the light beam after completion of the determination of the calibration parameter can be so that the light beam hits the detector with its entire light intensity. The light extraction unit can be designed, for example, as a distributor plug with connections for optical conductors, such as fiber optic cables, wherein an optical fiber is coupled between the output and the evaluation detector during a determination of a calibration parameter and, after completion of the calibration Determination of the calibration parameter of this light guide is disconnected and a light guide between the output of the measuring cell and the detector is coupled. The provision of a light extraction unit can ensure that both during the determination of the calibration parameter and during the actual measurement of the spectroscopic measuring instrument such a high light intensity always impinges on the evaluation detector or the detector, that a measurement that is as error-free as possible can be ensured. Depending on the configuration of the light output unit, the proportion of light can amount to 100% or less of the light emerging from the measuring cell. In the realization of the light extraction unit as a pivotable mirror, the proportion of light can be approximately 100%, for example, 99% of the light emerging from the measuring cell.

In einer Ausführungsform ist der Auswertedetektor dazu ausgebildet, in Zeitintervallen von weniger als 100 μs, insbesondere von weniger als 50 μs, insbesondere von weniger als 10 μs, insbesondere von weniger als 1 μs, insbesondere von weniger als 0,1 μs kontinuierlich ausgelesen zu werden. Der Auswertedetektor kann somit fortlaufend in Abständen von weniger als 100 μs, insbesondere von weniger als 50 μs, insbesondere von weniger als 10 μs, insbesondere von weniger als 1 μs, insbesondere von weniger als 0,1 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, insbesondere von weniger als 10 μs, insbesondere von weniger als 1 μs, insbesondere von weniger als 0,1 μs der Messwerte für die Gesamtlichtintensität möglich ist. Hierzu weist das spektroskopische Messgerät selbstverständlich eine entsprechende Ausleseelektronik auf, die mit dem Auswertedetektor dergestalt korrespondiert, dass ein entsprechend zeitlich hochaufgelöstes Auslesen des Auswertedetektors ermöglicht 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 one embodiment, the evaluation detector is designed to be continuously read out at time intervals of less than 100 μs, in particular of less than 50 μs, in particular of less than 10 μs, in particular of less than 1 μs, in particular of less than 0.1 μs , The evaluation detector can thus be continuously read out at intervals of less than 100 μs, in particular of less than 50 μs, in particular of less than 10 μs, in particular of less than 1 μs, in particular of less than 0.1 μs, so that a corresponding time-resolved Record, d. H. with a time resolution of less than 100 μs, in particular of less than 50 μs, in particular of less than 10 μs, in particular of less than 1 μs, in particular of less than 0.1 μs of the measured values for the total light intensity is possible. For this purpose, the spectroscopic measuring device of course has a corresponding read-out electronics, which corresponds to the evaluation detector in such a way that a correspondingly high-temporal read-out of the evaluation detector is made possible. In this embodiment, such a highly time-resolved measurement by the evaluation detector can be made possible so that the temporal course of the total light intensity can be represented so continuously that the decay constant of an exponential curve of the total light intensity can be determined particularly error-free when the light source is switched on or off. Particularly preferably, the evaluation detector is designed as a photomultiplier or as a photodiode. This allows a reliable determination of the total light intensity and at the same time a high time resolution in the readout of the measured values.

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 vorgegeben werden.In one embodiment, the filter unit comprises a wavelength-selective element having an optical axis, wherein the wavelength-selective element has a wavelength-dependent transmittance for light incident on the wavelength-selective element along its optical axis. The wavelength-selective element is thus associated with a transmittance which, for each wavelength, indicates what percentage of the light intensity of light impinging on the wavelength-selective element along the optical axis of the wavelength-selective element passes through the wavelength-selective element. The optical axis is a specific, the wavelength-selective element associated direction. In particular, the filter unit may be designed such that the wavelength-selective element predetermines the wavelength dependence of the filter unit. In particular, the wavelength-selective element can be designed as an interference filter or as an interference mirror. By the filter unit comprises a wavelength-selective element, the wavelength-dependence of the filter unit can be particularly easily specified by means of the wavelength-selective element.

Besonders bevorzugt weist der Transmissionsgrad des wellenlängenselektiven Elements einen wellenlängenabhängigen Verlauf auf, der eine Halbwertsbreite von weniger als 20 nm, insbesondere zwischen 3 nm und 20 nm, insbesondere zwischen 5 nm und 10 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 Ermittlung des Kalibrationsparameters durchgeführt werden kann. Dabei ist zu berücksichtigen, dass es besonders vorteilhaft sein kann, die Halbwertsbreite des Transmissionsgrads gerade nicht auf einen zu kleinen Wert, insbesondere nicht auf weniger als 3 nm, insbesondere nicht auf weniger als 5 nm zu begrenzen. Zum einen ist eine solche Beschränkung nicht zwingend erforderlich, da auch mit einer oberhalb dieser Grenzen liegenden Halbwertsbreite eine ausreichend fehlerfreie Bestimmung des Kalibrationsparameters im Kalibrationszustand und dem Nachfolgezustand realisiert werden kann, insbesondere deshalb, da bei beiden Ermittlungen des Kalibrationsparameters die identischen Gegebenheiten vorherrschen und damit auch die identische Halbwertsbreite. Darüber hinaus kann durch das Vorsehen einer nicht zu geringen Halbwertsbreite gewährleistet sein, dass eine so hohe Lichtintensität auf den Auswertedetektor auftrifft, dass das Kalibrationsparameter möglichst fehlerfrei bestimmt werden kann. Insbesondere können dank der hohen Lichtintensität auch Auswertedetektoren mit geringerer Verstärkung verwendet werden, ohne dass hiermit nennenswerte Messfehler einhergehen, was zu einer Kostenreduzierung unter Beibehaltung eines hohen Qualitätsstandards beitragen kann. Darüber hinaus kann über eine nicht zu starke Beschränkung der Halbwertsbreite gewährleistet sein, dass kostengünstige Bauteile, wie beispielsweise kostengünstige Interferenzfilter, als wellenlängenselektives Element zum Einsatz kommen können, da keine zu hohen Anforderungen an die Filtereigenschaften des wellenlängenselektiven Elements gestellt zu werden brauchen.Particularly preferably, the transmittance of the wavelength-selective element has a wavelength-dependent profile, which has a half-width of less than 20 nm, in particular between 3 nm and 20 nm, in particular between 5 nm and 10 nm at a maximum value. The half-width indicates the wavelength interval between the two values surrounding the maximum value for the wavelength at which the transmittance has fallen to half of the maximum value. By providing a correspondingly low half-width of the transmittance, it can be ensured that a specific wavelength can be assigned to a specific wavelength dependence of the filter unit, so that determination of the calibration parameter can be carried out without relevant errors. It should be noted that it may be particularly advantageous to limit the half-width of the transmittance just not too small, in particular not less than 3 nm, in particular not less than 5 nm. On the one hand, such a restriction is not absolutely necessary, since even with a half width lying above these limits, a sufficiently error-free determination of the calibration parameter in the calibration state and the successor state can be realized, in particular because the same conditions prevail in both determinations of the calibration parameter and thus also the identical half width. In addition, can be ensured by the provision of a not too small half width, that such a high light intensity impinges on the evaluation detector that the calibration parameter can be determined as accurate as possible. In particular, thanks to the high light intensity, lower-gain evaluation detectors can also be used without significant measurement errors being involved, which can contribute to a cost reduction while maintaining a high quality standard. In addition, can be ensured over a not too strong limitation of the half width that cost-effective components, such as cost interference filters can be used as a wavelength-selective element, since no too high demands on the filter properties of the wavelength-selective element need to be made.

In einer Ausführungsform umfasst die Messzelle mehrere Spiegel, zwischen denen das Licht in der Messzelle während einer Messung propagiert, wobei das Maximum des Transmissionsgrads des wellenlängenselektiven Elements innerhalb einer Halbwertsbreite einer wellenlängenabhängigen Reflektivitätskurve der Spiegel liegt. Die Messzelle weist bei dieser Ausführungsform somit eine Spiegelanordnung mit mehreren Spiegeln auf. Durch das Vorsehen des Maximum des Transmissionsgrads des wellenlängenselektiven Elements in Abhängigkeit von der wellenlängenabhängigen Reflektivitätskurve der Spiegelanordnung, nämlich innerhalb der Halbwertsbreite der Reflektivitätskurve, kann besonders gut sichergestellt sein, dass eine möglichst hohe Intensität auf den Auswertedetektor auftrifft, so dass eine möglichst fehlerfreie Ermittlung eines Kalibrationsparameters gewährleistet sein kann.In one embodiment, the measuring cell comprises a plurality of mirrors, between which propagates the light in the measuring cell during a measurement, wherein the maximum of the transmittance of the wavelength-selective element is within a half-width of a wavelength-dependent reflectivity curve of the mirror. The measuring cell in this embodiment thus has a mirror arrangement with a plurality of mirrors. By providing the maximum of the transmittance of the wavelength-selective element as a function of the wavelength-dependent reflectivity curve of the mirror arrangement, namely within the half-width of the reflectivity curve, it can be particularly well ensured that the highest possible intensity impinges on the evaluation detector, so that the determination of a calibration parameter is as error-free as possible can be guaranteed.

In einer Ausführungsform ist das Messgerät 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 ein 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 Messgerät dazu ausgebildet, als Kalibrationsparameter einen Wert für eine Länge des Lichtwegs zu ermitteln, den das Licht in der Messzelle durchläuft. Anhand eines solchen Kalibrationsparameters kann eine Anpassung einer wellenlängenabhängigen Kalibrationskurve besonders einfach durchgeführt werden.In one embodiment, the measuring device is designed for time-resolved reading of the evaluation detector and for determining and storing a time-dependent intensity profile of the light striking the evaluation detector. This can be particularly advantageous, since a calibration parameter, such as a decay constant of the time curve of the total light intensity and thus a length of the light path in the measuring cell, can be determined particularly easily from the time-dependent intensity profile. Particularly preferably, the measuring device is designed to determine as a calibration parameter a value for a length of the light path that passes through the light in the measuring cell. On the basis of such a calibration parameter, an adaptation of a wavelength-dependent calibration curve can be carried out particularly easily.

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 in die Messzelle mit einer Minimalintensität 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 one embodiment, the measuring device is designed to carry out the emission of the light beam into the measuring cell in temporal pulses and to read out and record the measured values from the evaluation detector in chronologically correlated chronological order. The emission of the light beam in temporal pulses can be realized for example by the provision of a chopper, wherein the rotational frequency of the chopper together with the design of the chopper determines the length and the time interval of the light pulses. The emission of the light beam can be carried out, for example, by electronic control of the light source in time pulses. The emission of the light beam in temporal pulses can for example be carried out by performing and complete interruption of the emission or for example by temporally pulsed reducing and again increasing the light intensity of the emitted light beam, for example by temporally pulsed variation of the light intensity between minimum and maximum value, the maximum value, for example more than three times the noise of the measured value output by the evaluation detector for the intensity exceeds the minimum value, for example at least twice, in particular three times, in particular ten times, of the minimum value. The temporal correlation between the reading out and recording of the measured values and the temporal pulses of the emission of the light beam can be effected, for example, by recording the measured values continuously over time and by assigning the chronological course of the measured values to the temporal pulses. The correlation can take place, for example, in that measured values are only recorded if they are recorded at time intervals whose beginning in each case is associated with a pulse, for example, lies within a specific time interval before or after the beginning of a pulse. Particularly preferably, the measuring device is designed so that in the temporal pulses of the emission of the light beam always a change between a Aussendeintervall in which the light beam is emitted into the measuring cell with a maximum intensity, and an interruption interval in which the light beam into the measuring cell with a In particular, the measured values are determined during time intervals which are each temporally adjacent to such a change. The maximum intensity, in one embodiment, is at least twice, in one embodiment at least ten times, in one embodiment at least 100 times the minimum intensity. The minimum intensity can also be zero, so that no light beam is emitted into the measuring cell during the interruption interval. The temporal discrepancy may, for example, be a defined time interval, for example 1 μs. The determination of the measured values correlated in time to the pulses can bring about the particular advantage that an average can be formed over a large number of measured values, since these measured values represent identical situations due to the temporal correlation with the temporal pulses. In addition, the temporal correlation can allow a particularly error-free determination of calibration parameters from the time course of the measured values, since it is already known due to the correlation in which state of the light source the measured values were recorded.

Besonders bevorzugt ist der Auswertedetektor dazu ausgebildet, als Messwert eine Gesamtlichtintensität für das auf ihn fallende Licht auszugeben, wobei das Messgerät dazu ausgebildet ist, aus einem ermittelten zeitabhängigen Intensitätsverlauf den Kalibrationsparameter zu ermitteln über eine Gleichung, die einen Intensitätsabfall nach einem Ausschalten der Lichtquelle oder einen Intensitätsanstieg nach einem Einschalten der Lichtquelle mathematisch darstellt, insbesondere über die Gleichung: I(t) = I(t₀)·exp(–^t/_τ) oder I(t) = I(t₀)·exp(–^t/_τ), wobei I(t) den Intensitätsverlauf, I(t₀) die Intensität zum Zeitpunkt t₀ und τ eine den Kalibrationsparameter bestimmende Konstante darstellt. Je nachdem, ob es sich um ein Einschalten oder Ausschalten der Lichtquelle handelt und somit um einen Intensitätsanstieg oder Intensitätsabfall kann das Argument der Exponentialfunktion positiv oder negativ gewählt werden. Die Erfinder haben erkannt, dass sich über den zeitabhängigen Intensitätsverlauf nach dem Einschalten oder Ausschalten der Lichtquelle eine besonders zuverlässige Aussage über den Zustand der Messzelle machen lässt, so dass hierüber auf besonders sinnvolle Art und Weise ein Kalibrationsparameter bestimmt werden kann, der den Zustand der Messzelle charakterisiert, so dass über einen Vergleich der Werte des Kalibrationsparameters zum Kalibrationszustand und zum Nachfolgezustand eine Anpassung der wellenlängenabhängigen Kalibrationskurve besonders passend erfolgen kann. Dabei hat sich insbesondere herausgestellt, dass die angegebene Exponentialfunktion den zeitabhängigen Intensitätsverlauf besonders gut beschreibt, so dass über die Konstante τ besonders gut ein Kalibrationsparameter definiert werden kann, über den die erläuterte Nachkalibration des Messgeräts besonders gut möglich ist. Particularly preferably, the evaluation detector is designed to output a total light intensity for the light incident on it as a measured value, wherein the measuring device is designed to determine the calibration parameter from a determined time-dependent intensity profile via an equation which indicates a drop in intensity after the light source has been switched off Represents an increase in intensity after switching on the light source mathematically, in particular via the equation: I (t) = I (t ₀ ) · exp ( ^-t / _τ ) or I (t) = I (t ₀ ) · exp ( ^-t / _τ ), where I (t) represents the intensity profile, I (t ₀ ) the intensity at time t ₀ and τ represents a constant determining the calibration parameter. Depending on whether the light source is switched on or off, and thus on an increase in intensity or a drop in intensity, the argument of the exponential function can be chosen to be positive or negative. The inventors have recognized that it is possible to make a particularly reliable statement about the state of the measuring cell via the time-dependent intensity curve after switching on or switching off the light source so that a calibration parameter can be determined in a particularly meaningful way, which determines the state of the measuring cell characterized in that a comparison of the values of the calibration parameter to the calibration state and the successor state, an adaptation of the wavelength-dependent calibration curve can be made particularly suitable. In particular, it has been found that the specified exponential function describes the time-dependent intensity profile particularly well, so that a calibration parameter can be defined particularly well via the constant τ, via which the described recalibration of the measuring device is particularly well possible.

Besonders bevorzugt ist das Messgerät dazu ausgebildet, als Kalibrationskurve einen von der Wellenlänge abhängigen Verlauf einer die Messzelle charakterisierenden Länge des Lichtwegs L₀(λ) abzuspeichern und die Anpassung durch Bestimmung des Ausgangswertes τ₀, des Nachfolgewerts τ und Berechnung einer angepassten Kalibrationskurve L'(λ) über

durchzuführen. Bei dieser besonders bevorzugten Ausführungsform kann durch die angegebene besonders einfache Gleichung eine umfassende Nachkalibration der wellenlängenabhängigen Kalibrationskurve erfolgen. Die beschriebene Ausführungsform ermöglicht somit ein besonders einfaches und zuverlässiges Nachkalibrieren eines spektroskopischen Messgeräts.Particularly preferably, the measuring device is designed to store as a calibration curve a wavelength-dependent course of the measuring cell characterizing length of the light path L ₀ (λ) and the adaptation by determining the output value τ ₀ , the successor value τ and calculation of a fitted calibration curve L '( λ) over

perform. In this particularly preferred embodiment, a comprehensive recalibration of the wavelength-dependent calibration curve can be carried out by the specified particularly simple equation. The described embodiment thus enables a particularly simple and reliable recalibration of a spectroscopic measuring device.

Als eine zweite Lösung zumindest einer der Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben schlägt die Erfindung ferner ein spektroskopisches Messgerät vor, das eine spektral breitbandige Lichtquelle, eine Messzelle mit einem optischen Resonator, eine Recheneinheit und einen Auswertedetektor umfasst. Die spektral breitbandige Lichtquelle, die Messzelle mit dem optischen Resonator, die Recheneinheit und der Auswertedetektor können wie zu der ersten von der Erfindung vorgeschlagenen Lösung erläutert ausgebildet sein. Der Auswertedetektor ist relativ zur Messzelle so angeordnet oder anordenbar, dass Licht, das durch den Ausgang 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. Wie zu der ersten von der Erfindung vorgeschlagenen Lösung erläutert kann zwischen dem Ausgang der Messzelle und dem Auswertedetektor eine Ausgangslinsenanordnung angeordnet sein, die das aus dem Ausgang austretende Licht auf den Auswertedetektor bündelt. Beispielsweise kann hierzu eine wie zu der ersten von der Erfindung vorgeschlagenen Lösung erläuterte optische Lichtauskoppeleinheit vorgesehen sein. Bei dieser zweiten von der Erfindung vorgeschlagenen Lösung umfasst das Messgerät nicht zwingend, jedoch bevorzugt einen Detektor, wobei der Detektor wie zu der ersten von der Erfindung vorgeschlagenen Lösung erläutert ausgebildet sein kann. Die zweite von der Erfindung vorgeschlagenen Lösung unterscheidet sich von der ersten von der Erfindung vorgeschlagenen Lösung darüber hinaus dadurch, dass nur in besonders bevorzugten Ausführungsformen die Recheneinheit eine Speichereinheit aufweist, in der eine zu einem Kalibrationszustand gemessene wellenlängenabhängige Kalibrationskurve speicherbar ist, und dass nur in besonders bevorzugten Ausführungsformen die Recheneinheit dazu ausgebildet ist, aus den aus dem Auswertedetektor ausgelesenen Messwerten einen Wert für einen Kalibrationsparameter zu ermitteln, einen zum Kalibrationszustand ermittelten Ausgangswert des Kalibrationsparameters abzuspeichern, zu einem Nachfolgezustand einen Nachfolgewert des Kalibrationsparameters zu ermitteln und auf Basis des Unterschieds zwischen dem Ausgangswert und dem Nachfolgewert eine Anpassung der Kalibrationskurve zu berechnen. Die zweite von der Erfindung vorgeschlagene Lösung beschreitet vielmehr einen anderen Weg, um die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe zu lösen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Kombination der beiden gemäß ersten und zweiten Lösung vorgeschlagenen Messgeräte. Dabei kann vorgesehen sein, dass zum Kalibrationszustand mehrere Ausgangswerte des Kalibrationsparameters gemäß einer vorgegebenen Wellenlängenabhängigkeit ermittelt und abgespeichert werden, woraus sich ein von der wellenlängenabhängiger Verlauf des Ausgangswertes ergibt, und dass zu dem Nachfolgezustand mehrere Nachfolgewerte des Kalibrationsparameters gemäß derselben vorgegebenen Wellenlängenabhängigkeit ermittelt werden, wobei die Anpassung der Kalibrationskurve auf Basis des Unterschieds zwischen dem wellenlängenabhängigen Verlauf des Ausgangswerts und dem wellenlängenabhängigen Verlauf des Nachfolgewerts berechnet wird. Allgemein kann das Messgerät gemäß zweiter Lösung Merkmale aufweisen, die oben im Zusammenhang mit dem ersten Messgerät angegeben sind, und allgemein kann das Messgerät gemäß erster Lösung Merkmale aufweisen, die vorliegend im Zusammenhang mit der ersten Lösung beschrieben sind.As a second solution of at least one of the objects underlying the invention, the invention further proposes a spectroscopic measuring device which comprises a spectrally broadband light source, a measuring cell with an optical resonator, a computing unit and an evaluation detector. The spectrally broadband light source, the measuring cell with the optical resonator, the arithmetic unit and the evaluation detector can be designed as described for the first solution proposed by the invention. The evaluation detector is arranged or can be arranged relative to the measuring cell in such a way that light which exits through the output of the measuring cell and possibly is directed onto it by a light extraction unit strikes the evaluation detector, so that the evaluation detector can measure the light intensity of the emergent light. As explained for the first solution proposed by the invention, an output lens arrangement can be arranged between the output of the measuring cell and the evaluation detector, which bundles the light emerging from the output onto the evaluation detector. For example, this can be provided as described for the first solution proposed by the invention optical Lichtauskoppeleinheit. In this second solution proposed by the invention, the measuring device does not necessarily comprise, but preferably a detector, wherein the detector can be designed as described for the first solution proposed by the invention. The second solution proposed by the invention also differs from the first solution proposed by the invention in that only in particularly preferred embodiments, the computing unit has a memory unit in which a wavelength-dependent calibration curve measured to a calibration state can be stored, and that only in particular According to a preferred embodiment, the arithmetic unit is designed to determine a value for a calibration parameter from the measured values read from the evaluation detector, to store an initial value of the calibration parameter determined for the calibration state, to determine a successor value of the calibration parameter for a successor state and based on the difference between the initial value and to calculate an adjustment of the calibration curve for the successor value. The second solution proposed by the invention rather treads another way to solve the problem underlying the invention. In a particularly preferred embodiment, the invention relates to a combination of the two proposed according to the first and second solution measuring instruments. It can be provided that for the calibration state a plurality of output values of the calibration parameter are determined and stored according to a predetermined wavelength dependence, resulting in a wavelength-dependent course of the output value, and that the succession state, a plurality of successor values of the calibration parameter are determined according to the same predetermined wavelength dependence, the adaptation of the calibration curve being calculated on the basis of the difference between the wavelength-dependent profile of the output value and the wavelength-dependent profile of the successor value. Generally, according to the second solution, the meter according to the invention may have features which are mentioned above in connection with the first meter, and in general the meter according to the first solution may have features which are described herein in connection with the first solution.

Das spektroskopische Messgerät gemäß der zweiten erfindungsgemäßen Lösung 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. Besonders bevorzugt umfasst die Filtereinheit zumindest 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, wobei insbesondere das wellenlängenselektive Element die Wellenlängenabhängigkeit der Filtereinheit vorgibt und/oder das wellenlängenselektive Element als Interferenzfilter oder Interferenzspiegel ausgebildet ist, wobei 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. 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 entsprechend geringen Halbwertsbreite ist besonders für die zweite von der Erfindung vorgeschlagene Lösung besonders vorteilhaft. 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.The spectroscopic measuring device according to the second solution according to the invention makes it possible in a simple and reliable manner to determine concentrations of trace gases, without requiring complex calibration of the spectroscopic measuring device for this purpose. For the spectroscopic measuring device according to the invention makes it possible with the evaluation detector to determine the total light intensity of light in a wavelength range which is determined by the predetermined wavelength dependence of the filter unit. In some embodiments, determination of a wavelength-dependent calibration curve can be avoided. Since a spectrally broadband light source is used in the measuring device according to the invention, by setting the filter unit or selecting the filter unit to specify a specific predetermined wavelength dependence, a measurement can be carried out in a wavelength range which is specifically aimed at the trace gas, from which the concentration is determined shall be. Particularly preferably, the spectroscopic measuring device can be designed so that different predetermined wavelength dependencies of the filter unit can be set, so that a plurality of measurements can be carried out for respectively different predetermined wavelength dependencies. By means of the extensive information obtained therefrom, conclusions can be drawn particularly reliably and simply on concentrations of trace gases, in particular on concentrations of different trace gases. Particularly preferably, the filter unit comprises at least one wavelength-selective element with an optical axis, wherein the wavelength-selective element has a wavelength-dependent transmittance for light incident along its optical axis on the wavelength-selective element, wherein in particular the wavelength-selective element dictates the wavelength dependence of the filter unit and / or the Wavelength-selective element is designed as an interference filter or interference mirror, wherein the transmittance has a wavelength-dependent profile having a half-width of less than 10 nm, in particular less than 5 nm, in particular less than 3 nm, in particular between 0.5 nm and 2 nm at a maximum value , By providing a correspondingly low half-width of the transmittance, it can be ensured that a specific wavelength can be assigned to a specific wavelength dependence of the filter unit, so that a calibration measurement for a specific, assigned wavelength can be carried out without relevant errors, after which several calibration measurements are taken different wavelength dependencies in particular a largely error-free wavelength-dependent course of a calibration curve can be determined. The provision of a correspondingly low half width is particularly advantageous for the second solution proposed by the invention. The provision of a still sufficiently large half-width, for example of at least 0.5 nm, ensures that a sufficiently high light intensity can still pass through the wavelength-selective element.

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.A determination of the concentration of a trace gas can, for example, be made by first reading out the total light intensity from the evaluation detector during an output measurement for a wavelength dependence predetermined by the filter unit, while the measuring cell is flooded with zero air (eg pure air, N ₂ ,. ..), after which the total light intensity is read out of the evaluation detector during the actual measurement, while the measuring cell is flooded with the ambient air to be examined. By comparing the measured total intensities, the concentration of the trace gas can be determined via the known absorption behavior of a specific trace gas in the wavelength range determined by the predetermined wavelength dependence.

Das spektroskopische Messgerät gemäß der zweiten von der Erfindung vorgeschlagenen Lösung kann besonders vorteilhafte weitere Merkmale aufweisen, die oben im Zusammenhang mit besonders vorteilhaften Ausführungsformen der ersten von der Erfindung vorgeschlagenen Lösung bereits ausführlich erläutert wurden. Für den Fachmann ist ersichtlich, dass zumindest einige Merkmale, die im Zusammenhang mit der ersten von der Erfindung vorgeschlagenen Lösung als vorzugsweise vorzusehenden Merkmale beschrieben wurden, auch im Zusammenhang mit der zweiten von der Erfindung vorgeschlagenen Lösung entsprechende Vorteile mit sich bringen können. 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.The spectroscopic measuring device according to the second solution proposed by the invention may have particularly advantageous further features, which have already been explained in detail above in connection with particularly advantageous embodiments of the first solution proposed by the invention. It will be apparent to those skilled in the art that at least some of the features described in connection with the first solution proposed by the invention as features to be provided are advantageous in connection with the second solution proposed by the invention. In one embodiment, the spectroscopic measuring device comprises a detector. In this embodiment, the spectroscopic measuring device is designed so that the actual, wavelength-resolved measurement of the light takes place via the detector, which results from the output of the light source Measuring cell emerges. By contrast, the evaluation detector is provided for carrying out a calibration measurement, via which a calibration parameter or a wavelength-dependent calibration curve can be determined. While in this embodiment, the evaluation detector is designed so that it is time-resolved readable, being read as a measured value, the total intensity incident on it time-resolved, the detector is designed so that it can be read only at very large time intervals, where he measured as the intensity incident to it resolved by wavelength. For example, the time intervals in which the detector can be read out can amount to at least ten times the time intervals in which the evaluation detector can be read out. The detector is located outside the measuring cell at the output and configured to output a wavelength-resolved measured value for a light intensity of light impinging thereon. The detector is positioned relative to the measuring cell so that light exiting through the output from the measuring cell strikes the detector so that the detector can measure the light intensity of the exiting light. For example, an output lens arrangement can be arranged between the output of the measuring cell and the detector, which bundles the light emerging from the output onto the detector. The detector outputs as a measured value a value for a light intensity as a function of the wavelength. The resolution provided by the detector with respect to the wavelength may be chosen such that it outputs for the spectral range over which the light source emits light, a plurality of values for a light intensity, each associated with a particular wavelength within the spectral range is. The light source and detector are thus matched to one another such that a wavelength-dependent light intensity of the light can be output as a measured value via the detector, which emits the light source and passes from the light source through the measuring cell to the detector.

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 one embodiment, the evaluation detector is designed so that it can be read out in a time-resolved manner. The measuring device is designed to carry out the emission of the light beam into the measuring cell in temporal pulses and to read out and record the measured values from the evaluation detector in temporal correlations in a temporally correlated manner, as will be explained in more detail below in connection with further exemplary embodiments. In this embodiment, the arithmetic unit is designed to determine a time-dependent intensity profile of the light impinging on the evaluation detector for a specific wavelength dependence, which is predetermined by the filter unit. In particular, the arithmetic unit can be designed to record the specific wavelength dependence and to store the time-dependent intensity profile of the specific wavelength dependency. The arithmetic unit is furthermore designed to convert from the time-dependent intensity profile associated with a specific wavelength dependence λ 'a decay constant κ (λ') according to the equation I (t, λ ') = I (t ₀ , λ') exp (-κ (λ '). ) · T). The concentration of trace gases in the ambient air to be examined, which is arranged in the measuring cell, can then be determined from this decay constant κ by mathematical formulations and compensation calculations. For example, it can be assumed that the decay constant κ can be formulated as

where c is the speed of light, L the light path of the light in the measuring cell and ε _i the extinction coefficients of the i absorbing gases. The extinction coefficients ε _i can be formulated, for example, as ε _i = x _i · σ _i , where x _{i denotes} the concentration and σ _i the absorption effect cross section of the respective absorbing gases. In the described embodiment, the arithmetic unit may be configured to calculate from the time-dependent intensity curve of a measurement, the Abklingkonstante, store and allocate the measurement, the meter may be configured to perform several measurements to which the arithmetic unit each calculates the decay constant and records wherein the arithmetic unit is configured to calculate concentrations of trace gases from the different decay constants. By way of example, the concentrations can be determined by avoiding a separate calibration measurement for determining a calibration parameter of the measuring device in that a first measurement is carried out while the zero air is arranged in the measuring cell, and a second measurement while the ambient air to be investigated in the measuring cell is arranged , The concentrations from the difference of the decay constants, which were determined in the two measurements, as described, can be determined mathematically or by compensation calculation. For example, the measuring device may be designed so that different predetermined wavelength dependencies of the filter unit can be adjusted, wherein for determining the concentrations of trace gases measurements are performed at different predetermined wavelength dependencies each with zero air as well as with the ambient air to be examined in the measuring cell, wherein by subtraction between the decay constants for each wavelength dependence, an equation for determining the concentrations from which the calibration parameter is eliminated can be defined, with the set of equations giving a particularly low-error and comprehensive compensation calculation can be carried out to determine the concentrations of trace gases. Such an embodiment may be particularly advantageous if it is to be assumed that the calibration parameter characterizing the measuring device is strongly wavelength-dependent, in particular if it can be assumed that concentrations of trace gases whose absorption structure varies less strongly with the wavelength are to be determined as the calibration parameter of the meter. In another embodiment, the concentrations may be determined by taking measurements at different wavelength dependencies of the filter unit, while in the measuring cell the ambient air to be examined is arranged without additional measurements being taken, during which zero air is arranged in the measuring cell. The concentrations can then be determined from the decay constants that were obtained for the different measurements with the respective different wavelength dependencies. This embodiment is particularly advantageous if it is to be assumed that the calibration parameter of the measuring device is substantially constant at least over the wavelength range of the absorption structure of the trace gases whose concentrations are to be determined. For example, then a first measurement to a wavelength range (by specifying a wavelength dependence of the filter unit) can be performed, which is outside the absorption structure of a trace gas, and a second measurement to a wavelength range, which is in the absorption structure of the trace gas, it can be assumed in that the calibration parameter is substantially identical in both measurements. The named embodiment, in which measurements are carried out for different wavelength dependencies of the filter unit, while the ambient air to be examined is arranged in the measuring cell, without additional measurements being carried out during which zero air is arranged in the measuring cell, can also be advantageous, for example It can be assumed that, in a defined wavelength range, the absorption structures of the trace gases to be examined vary more than twice as much as a function of the wavelength as a percentage of the wavelength as the calibration parameter. For example, several measurements in the defined wavelength range can then be carried out by specifying different wavelength dependencies, each of which ensures that the filter unit transmits only light within the defined wavelength range. As explained, the decay constant κ can then be determined for each of the different measurements, each time for a specific wavelength dependence, from which a wavelength-dependent representation of κ can be made by equating the different wavelength dependencies with concrete wavelengths. From the wavelength-dependent representation of κ can then over

the calibration parameter can be eliminated by performing a compensation calculation under the assumption that the calibration parameter L, but not the extinction coefficients ε _{i of} the trace gases, can be approximated by a second-order polynomial. Such a compensation calculation can be carried out, for example, via a DOAS evaluation known to the person skilled in the art. Accordingly, the extinction coefficients ε _i and thus the concentrations x _i can then be determined from the compensation calculation.

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 one embodiment, the measuring device is designed to carry out the emission of the light beam into the measuring cell in temporal pulses and to read out and record the measured values from the evaluation detector in chronologically correlated chronological order. The emission of the light beam in temporal pulses can be realized for example by the provision of a chopper, wherein the rotational frequency of the chopper together with the design of the chopper determines the length and the time interval of the light pulses. The emission of the light beam can be carried out, for example, by electronic control of the light source in time pulses. The emission of the light beam in temporal pulses can for example be carried out by performing and complete interruption of the emission or for example by temporally pulsed reducing and again increasing the light intensity of the emitted light beam, for example by temporally pulsed variation of the light intensity between minimum and maximum value, the maximum value, for example more than three times the noise of the measured value output by the evaluation detector for the intensity exceeds the minimum value, for example at least twice, in particular three times, in particular ten times, of the minimum value. The temporal correlation between the reading out and recording of the measured values and the temporal pulses of the emission of the light beam can be effected, for example, by recording the measured values continuously over time and by assigning the chronological course of the measured values to the temporal pulses. The correlation can take place, for example, in that measured values are only recorded if they are recorded at time intervals whose beginning is in each case associated with a pulse, for example in a specific time Time interval before or after the beginning of a pulse is. Particularly preferably, the measuring device is designed so that in the temporal pulses of the emission of the light beam always a change between a Aussendeintervall in which the light beam is emitted into the measuring cell with a maximum intensity, and an interruption interval in which the light beam with a minimum intensity in the In particular, the measured values are determined during time intervals, each of which is temporally adjacent to such a change. The maximum intensity, in one embodiment, is at least twice, in one embodiment at least ten times, in one embodiment at least 100 times the minimum intensity. The minimum intensity can also be zero, so that no light beam is emitted into the measuring cell during the interruption interval. The temporal discrepancy may, for example, be a defined time interval, for example 1 μs. The determination of the measured values correlated in time to the pulses can bring about the particular advantage that an average can be formed over a large number of measured values, since these measured values represent identical situations due to the temporal correlation with the temporal pulses. In addition, the temporal correlation can allow a particularly error-free determination of calibration parameters from the time course of the measured values, since it is already known due to the correlation in which state of the light source the measured values were recorded.

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 one embodiment, the arithmetic unit is designed to detect a specific wavelength dependency of the filter unit, wherein the measuring device is designed to determine a time-dependent intensity profile of the light impinging on the evaluation detector for different specific wavelength dependencies and to store it in an assigned manner to the respective specific wavelength dependency. Detecting the specific wavelength dependence can be done for example by manual input or automatically, especially when, as explained above for the calibration system according to the invention, the wavelength dependence of the filter unit is electronically adjustable, for example by rotating a wavelength-selective element. Particularly preferably, the measuring device is designed to determine a calibration parameter from the time-dependent intensity profile determined for a specific wavelength dependence, wherein the measuring device can also be designed to determine a dependence of the calibration parameter on the wavelength dependence. In the described embodiment, it is essential that the measuring device determines a time-dependent intensity profile as the measured value of the evaluation detector for different specific wavelength dependencies. As explained, a calibration parameter, such as a decay constant or a length of the light path of the light in the measuring cell, can be determined from this time-dependent intensity profile. By determining the dependence of the calibration parameter on the wavelength dependence, it is possible to determine a wavelength-dependent calibration curve which, as explained, can enable as accurate a determination as possible of concentrations of trace gases with the measuring instrument.

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 one embodiment, the arithmetic unit is designed to generate a decay constant κ (λ ') according to the equation I (t, λ') = I (t ₀ , λ ') exp (-κ () from the time-dependent intensity profile assigned to a specific wavelength dependence λ'. λ ') · t), and in particular from the equation L (λ ') = c / κ (λ') to determine an optical path length L (λ ') as a calibration parameter, where c is the speed of light. Particularly preferably, the arithmetic unit can also be designed to equate the particular wavelength dependence with a specific wavelength and to determine therefrom a progression of the decay constants as a function of the wavelength. In the described embodiment, the measuring device ensures a determination of a wavelength-dependent calibration curve, by means of which the measured values of the detector can be evaluated as accurately as possible for determining concentrations of trace gases. In this case, the determination of a wavelength-dependent course of the decay constants and in particular the determination of a wavelength-dependent profile of the length of the light path of the light in the measuring cell allow a particularly simple evaluation.

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.In one embodiment, the measuring device is designed to automatically set predetermined specific wavelength dependencies upon initialization, to determine an assigned calibration parameter for each particular wavelength dependence, to determine and store therefrom a wavelength-dependent course of the calibration parameter, and during subsequent measurements this course of the calibration parameter to evaluate the measured values read from the detector. The predefined wavelength dependencies can be stored, for example, in the arithmetic unit. For example, these can be entered into the arithmetic unit and stored there. In the described embodiment, the measuring device is suitable for automatically performing a calibration measurement upon initialization and thereby determining a wavelength-dependent calibration curve, namely the wavelength-dependent course of a calibration parameter, and this calibration curve for evaluating the calibration curve To use measured values directly. The embodiment described thus makes possible a realization of a spectroscopic measuring device that is particularly easy to handle and evaluate, and is therefore particularly suitable for use by personnel who are not scientifically trained to do so in a particular way.

Das erfindungsgemäße spektroskopische Messgerät kann weitere Vorteile und Eigenschaften aufweisen, die weiter oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen optischen Kalibrationssystem beschrieben sind.The spectroscopic measuring device according to the invention can have further advantages and properties which are described above in connection with the optical calibration system according to the invention.

Wie aus der obigen Beschreibung zu den vorteilhaften Ausführungsformen des von der Erfindung als zweite Lösung vorgeschlagenen Messgeräts ersichtlich, ermöglicht dieses gemäß der zweiten Lösung der Erfindung vorgeschlagene Messgerät in einigen Ausführungsformen das Ermitteln einer wellenlängenabhängigen Kalibrationskurve, mittels derer ausgehend von aus dem Detektor des Messgeräts ausgelesenen Messwerten korrekt auf Konzentrationen von Spurengasen in der Messzelle zurückgerechnet werden kann. Besonders bevorzugt weist das Messgerät dabei ein erfindungsgemäßes Kalibrationssystem auf, das nachfolgend mit seinen Merkmalen, Vorteilen und bevorzugten Ausführungsformen näher beschrieben wird.As can be seen from the above description of the advantageous embodiments of the measuring device proposed by the invention as a second solution, this measuring device proposed according to the second solution of the invention makes it possible, in some embodiments, to determine a wavelength-dependent calibration curve, by means of which, starting from measured values read from the detector of the measuring device can be correctly calculated back to concentrations of trace gases in the measuring cell. In this case, the measuring device particularly preferably has a calibration system according to the invention, which is described in more detail below with its features, advantages and preferred embodiments.

Als eine Lösung zumindest einer der beschriebenen Aufgaben schlägt die vorliegende Erfindung ferner ein wellenlängenaufgelöstes Kalibrationssystem vor, das für ein spektroskopisches Messgerät geeignet ist, das eine spektral breitbandige Lichtquelle, eine Messzelle mit einem Resonator und insbesondere einen Detektor umfasst. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Kalibrationssystem für eines der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Messgeräte geeignet. Die spektral breitbandige Lichtquelle, die Messzelle mit Resonator und der Detektor können wie zu einem der beschriebenen erfindungsgemäßen Messgeräte oben erläutert ausgebildet sein.As a solution to at least one of the described objects, the present invention further proposes a wavelength-resolved calibration system suitable for a spectroscopic measuring device comprising a spectrally broadband light source, a measuring cell with a resonator and in particular a detector. In particular, the calibration system according to the invention is suitable for one of the measuring devices according to the invention described above. The spectrally broadband light source, the measuring cell with resonator and the detector can be designed as explained above for one of the described measuring devices according to the invention.

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, insbesondere von weniger als 10 μs, insbesondere von weniger als 1 μs, insbesondere von weniger als 0,1 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.According to the invention, the calibration system comprises an evaluation detector and a filter unit. The evaluation detector can be arranged outside the measuring cell at the output and designed to output a measured value for a total light intensity of light impinging on it and can be read out in a time-resolved manner. The evaluation detector is a separate component from the detector of the measuring device. While the detector of the measuring device outputs a wavelength-resolved measured value for a light intensity, the evaluation detector outputs a total light intensity as a measured value. While the detector of the measuring instrument can only be read out slowly due to the output of a wavelength-resolved measured value, the evaluation detector is time-resolved, i. H. at a distance of short time intervals, for example, time intervals of less than 500 microseconds, in particular less than 200 microseconds, in particular of less than 10 microseconds, in particular of less than 1 microseconds, in particular of less than 0.1 microseconds read out. Because the readout of a total light intensity of the evaluation detector can be done much faster than the wavelength-resolved readout of the detector. In particular, the evaluation detector is designed so that no wavelength-resolved measured value for a light intensity of light incident on it can be read out of it.

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.The filter unit is designed and can be arranged relative to the measuring device and to the evaluation detector in such a way that it ensures filtering of the light component of the light beam with a predetermined wavelength dependency which impinges on the evaluation detector. The filter unit can be arranged, for example, between the light source and the input of the measuring cell outside the measuring cell or between the measuring cell and the evaluation detector outside the measuring cell. In any case, the filter unit can be arranged relative to the measuring device and to the evaluation detector such that light emitted by the light source must inevitably pass through the filter unit before the light can strike the evaluation detector. The filter unit ensures filtering of the light component of the light beam that impinges on the filter unit. This filtering is wavelength dependent. Consequently, the filter unit allows light to pass through only in a certain wavelength range, which is determined by the predetermined wavelength dependence, without the light intensity is significantly reduced by the filter unit. For example, the filter unit may be formed so that its light transmission at a certain wavelength has a maximum value, wherein the light transmission at a positive and a negative deviation of the wavelength of the particular wavelength decreases sharply, for example by at least 50% with a deviation of 10 nm , For example, by at least 50% with a deviation of 5 nm. The filter unit can be assigned according to a transmittance. The transmittance is wavelength dependent and indicates what percentage of the incident light passes through the filter unit. The wavelength-dependent transmittance thus defines the predetermined wavelength dependence of the filter unit. For example, the filter unit may be designed so that the wavelength-dependent transmittance is always associated with a specific direction of incidence of the light on the filter unit. This direction of incidence can be defined as the optical axis of the filter unit.

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.The calibration system according to the invention brings significant advantages compared to the state the technology with it. Since it is ensured by the provision of the filter unit that only light within a certain wavelength range with a significant light intensity impinges on the evaluation detector, it can be assumed in the evaluation of the evaluation detector or the total light intensity output by it that the total light intensity only of light of a certain Wavelength or a specific wavelength range is derived. Accordingly, by providing the filter unit, a calibration measurement for a specific wavelength or a specific wavelength range can be carried out. This can greatly simplify the performance of the calibration measurement in general. In particular, the calibration system according to the invention can also be used to determine a decay constant, as explained above, when using a measuring device with a spectrally broadband light source, based on which the length of the light path through which the light passes in the measuring cell corresponds to the wavelength predetermined by the filter unit the predetermined by the filter unit wavelength range can be determined.

In einer Ausführungsform ist der Auswertedetektor dazu ausgebildet, in Zeitintervallen von weniger als 100 μs, insbesondere von weniger als 50 μs, insbesondere von weniger als 10 μs, insbesondere von weniger als 1 μs, insbesondere von weniger als 0,1 μs kontinuierlich ausgelesen zu werden. Der Auswertedetektor kann somit fortlaufend in Abständen von weniger als 100 μs, insbesondere von weniger als 50 μs, insbesondere von weniger als 10 μs, insbesondere von weniger als 1 μs, insbesondere von weniger als 0,1 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, insbesondere von weniger als 10 μs, insbesondere von weniger als 1 μs, insbesondere von weniger als 0,1 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 one embodiment, the evaluation detector is designed to be continuously read out at time intervals of less than 100 μs, in particular of less than 50 μs, in particular of less than 10 μs, in particular of less than 1 μs, in particular of less than 0.1 μs , The evaluation detector can thus be continuously read out at intervals of less than 100 μs, in particular of less than 50 μs, in particular of less than 10 μs, in particular of less than 1 μs, in particular of less than 0.1 μs, so that a corresponding time-resolved Record, d. H. with a time resolution of less than 100 μs, in particular of less than 50 μs, in particular of less than 10 μs, in particular of less than 1 μs, in particular of less than 0.1 μs, the measured values for the total light intensity is possible. In this embodiment, such a highly time-resolved measurement by the evaluation detector can be made possible so that the temporal course of the total light intensity can be represented so continuously that the decay constant of an exponential curve of the total light intensity can be determined particularly error-free when the light source is switched on or off. Particularly preferably, the evaluation detector is designed as a photomultiplier or as a photodiode. This allows a reliable determination of the total light intensity and at the same time a high time resolution in the readout of the measured values.

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 one embodiment, the calibration system is configured to specify different wavelength dependencies of the filter unit. The calibration system is thus designed so that a first predetermined wavelength dependence and at least one second predetermined wavelength dependence can be set for the filter unit. Depending on the preset wavelength dependence set, the filter unit allows light to pass through in a different wavelength range. Thus, the described embodiment may be adapted to perform a plurality of calibration measurements for different predetermined wavelength dependencies of the filter unit, wherein during each calibration measurement a calibration parameter, such as the length of the light path in the measurement cell, may be determined, after which the calibration curve may be determined from the calibration measurements , Particularly preferably, the calibration system is designed to equate each particular wavelength dependence with a specific assigned wavelength. In this embodiment, the calibration system can be used to determine a wavelength-dependent calibration curve, by means of which conclusions can be drawn reliably from the measured values of the spectroscopic measuring device to concentrations of trace gases.

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.In one embodiment, the filter unit comprises a wavelength-selective element having an optical axis, wherein the wavelength-selective element has a wavelength-dependent transmittance for light incident on the wavelength-selective element along its optical axis. The wavelength-selective element is thus associated with a transmittance which, for each wavelength, indicates what percentage of the light intensity of light impinging on the wavelength-selective element along the optical axis of the wavelength-selective element passes through the wavelength-selective element. The optical axis is a specific, the wavelength-selective element associated direction. In particular, the filter unit may be designed such that the wavelength-selective element predetermines the wavelength dependence of the filter unit. In particular, the wavelength-selective element can be designed as an interference filter or as an interference mirror. By virtue of the filter unit comprising a wavelength-selective element, the wavelength-dependence of the filter unit can be specified particularly simply and variably by means of the wavelength-selective element. For example, the wavelength-selective element of the filter unit can be exchangeable, so that a different wavelength dependence of the filter unit can be provided by inserting different wavelength-selective elements, whereby calibration measurements can be made at different wavelength dependencies of the filter unit, whereby a wavelength-dependent calibration curve can be determined.

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. Particularly preferably, the transmittance of the wavelength-selective element on a wavelength-dependent course, which has a half-width of less than 10 nm, in particular less than 5 nm, in particular less than 3 nm, in particular between 0.5 and 2 nm at a maximum value. The half-width indicates the wavelength interval between the two values surrounding the maximum value for the wavelength at which the transmittance has fallen to half of the maximum value. By providing a correspondingly low half-width of the transmittance, it can be ensured that a specific wavelength can be assigned to a specific wavelength dependence of the filter unit, so that a calibration measurement for a specific, assigned wavelength can be carried out without relevant errors, after which several calibration measurements are taken different wavelength dependencies in particular a largely error-free wavelength-dependent course of a calibration curve can be determined. The provision of a still sufficiently large half-width, for example of at least 0.5 nm, ensures that a sufficiently high light intensity can still pass through the wavelength-selective element.

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.Particularly preferably, the filter unit is designed such that an angle of rotation which forms a propagation direction of an incident on the at least one wavelength-selective element portion of the light beam with the optical axis of the wavelength-selective element is adjustable or adjusted, wherein the setting of the rotation angle, the wavelength dependence of the filter unit can be specified. With a corresponding configuration of the wavelength-selective element and the filter unit, the predetermined wavelength dependency of the filter unit can thus be selected very simply by adjusting the angle of rotation between the propagation direction of the light incident on the wavelength-selective element and the optical axis of the wavelength-selective light. Accordingly, a plurality of calibration measurements can be carried out in a particularly simple manner, in each case a different angle of rotation between the optical axis of the wavelength-selective element and the propagation direction of the light is provided, so that in each case a different wavelength dependence of the filter unit is ensured and thus by a plurality of calibration measurements Wavelength-dependent calibration curve can be determined. Particularly preferably, the wavelength-selective element is designed for this purpose as an interference filter or interference mirror. Such an embodiment according to the invention can be realized in various ways. By way of example, the filter unit may comprise a plurality of wavelength-selective elements, wherein the filter unit has an optical device via which the angle of rotation is adjustable or adjusted for each wavelength-selective element, the direction of propagation of the portion of the light beam incident on the respective wavelength-selective element with the optical axis of the respective wavelength-selective one Elements forms. In this realization option, the angle of rotation is predetermined for each wavelength-selective element via the optical device. For this purpose, the optical device can be realized by optical arrangements which are well known to the person skilled in the art, for example a partially transparent mirror and / or lens arrangements. For example, the optical device can be designed such that it divides a light beam emerging from the measuring cell and impinging on the filter unit into different partial beams, wherein it directs each partial beam to a respective wavelength-selective element with a predetermined angle of rotation. For example, the optical device can be designed such that it directs the light beam emerging from the measuring cell and impinging on the filter unit successively, in each case at different angles of rotation, onto the different wavelength-selective elements. For example, a further optical device can be provided, via which all the light emerging from the different wavelength-selective elements is directed onto the detector, which is designed as a single detector with only one continuous sensor surface. By way of example, the detector may comprise a plurality of individual detectors, wherein a single detector is in each case assigned to a wavelength-selective element and measures the light intensity of light which has passed through the respective wavelength-selective element. The mentioned realization possibility can bring the advantage that different calibration measurements can be carried out at different wavelength dependencies of the filter unit at the same time. In another possible embodiment, the filter unit has an optical device, via which a plurality of different angles of rotation are adjustable, which forms the propagation direction of the incident on the wavelength-selective element portion of the light beam with the optical axis of the wavelength-selective element. With this realization option, different angles of rotation can be predetermined for a specific wavelength-selective element by the optical device, which can be realized from optical arrangements familiar to the person skilled in the art. In another possible embodiment, the wavelength-selective element is held rotatably in the filter unit, wherein the angle of rotation, which forms the direction of propagation of the incident on the wavelength-selective element portion of the light beam to the optical axis of the wavelength-selective element, is adjustable. In this realization possibility of the Angle of rotation can thus be changed by turning the wavelength-selective element. The aforementioned implementation options can also be combined with each other.

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.In one embodiment, the calibration system is designed for time-resolved reading of the evaluation detector and for determining and storing a time-dependent intensity profile of the light striking the evaluation detector. This can be particularly advantageous because from the time-dependent intensity curve particularly simple calibration parameters, such as a Abklingkonstante the time course of the total light intensity and thus a length of the light path can be determined in the measuring cell.

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.Particularly preferably, the calibration system is designed to determine a calibration parameter from the time-dependent intensity profile determined for a specific wavelength dependence of the filter unit. In this case, the calibration system can be designed, in particular, to determine an assigned calibration parameter for different wavelength dependencies and, in particular, to determine therefrom a course of the calibration parameter as a function of the wavelength dependence and, in particular, a wavelength-dependent calibration curve. The wavelength-dependent calibration curve can be defined as the course of the calibration parameter as a function of the predetermined wavelength dependence. Accordingly, the calibration system of this embodiment can directly output a wavelength-dependent calibration curve which can be used in the spectroscopic measuring device in order to be able to determine concentrations of trace gases directly from measurement values of the measuring device as error-free as possible.

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.Particularly preferably, the calibration system is designed such that it ascertains as a calibration parameter a value for a path length of the light path which the light passes through in the measuring cell.

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.In one embodiment, the calibration system has an optical light extraction unit, which can be arranged at the output of the measuring cell and is designed for coupling out a light component of the exiting light. The light extraction unit may for example be designed as a permanently mountable, partially transparent mirror, which thus acts as a beam splitter between the detector and the evaluation detector. The light extraction unit may for example be designed as a pivotable mirror, wherein the mirror can be pivoted to perform a calibration measurement in the exiting the light beam and thus directs the light beam to the evaluation, whereas it can be swung out of the light beam after completion of the calibration measurement, so that the light beam strikes the detector with its entire light intensity. The light extraction unit can be designed, for example, as a distributor plug with connections for optical conductors, such as fiber optic cables, wherein a light guide is coupled between the output and the evaluation detector during a calibration measurement and this light guide is decoupled after completion of the calibration measurement and an optical fiber is coupled between the output of the measuring cell and the detector becomes. The provision of a light extraction unit can ensure that both during the calibration measurement and during the actual measurement of the spectroscopic measuring instrument such a high light intensity always impinges on the evaluation detector or the detector, that a measurement that is as error-free as possible can be ensured.

Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines erfindungsgemäßen Messgeräts gemäß der ersten von der Erfindung vorgeschlagenen Lösung zum Durchführen von spektroskopischen Messungen, wobei zu dem Kalibrationszustand die Kalibrationskurve und der Ausgangswert bestimmt und abgespeichert werden, wobei zu dem Nachfolgezustand der Nachfolgewert bestimmt und abgespeichert wird und die angepasste Kalibrationskurve berechnet und abgespeichert wird und die angepasste Kalibrationskurve berechnet und abgespeichert wird, wonach dann eine spektroskopische Messung durchgeführt wird, bei der die angepasste Kalibrationskurve zum Auswerten der aus dem Detektor ausgelesenen Messwerte verwendet wird. Besonders bevorzugt befindet sich das spektroskopische Messgerät bei der Verwendung während der spektroskopischen Messung in dem Nachfolgezustand. Die erfindungsgemäße Verwendung ermöglicht auf einfache Art und Weise die Durchführung von möglichst fehlerfreien spektroskopischen Messungen, da vor jeder spektroskopischen Messung, in der sich das Messgerät in einem bestimmten Nachfolgezustand befindet, eine einfache Nachkalibration durchgeführt werden kann, über die die Kalibrationskurve so angepasst werden kann, dass eine möglichst fehlerfreie Auswertung der aus dem Detektor ausgelesenen Messwerte ermöglicht ist.The invention further relates to the use of a measuring device according to the invention according to the first solution proposed by the invention for performing spectroscopic measurements, wherein the calibration curve and the output value are determined and stored for the calibration state, wherein the successor value is determined and stored for the following state and the adapted Calibration curve is calculated and stored and the adjusted calibration curve is calculated and stored, after which a spectroscopic measurement is performed in which the adjusted calibration curve is used to evaluate the measured values read from the detector. Particularly preferably, the spectroscopic measuring device is in the follow-on state during use during the spectroscopic measurement. The use according to the invention makes it possible in a simple manner to carry out spectroscopic measurements which are as error-free as possible, since a simple recalibration can be carried out before each spectroscopic measurement in which the measuring device is in a specific successor state, via which the calibration curve can be adapted. a possible error-free evaluation of the measured values read out from the detector is made possible.

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.The invention further relates to the use of a calibration system according to the invention for calibrating a spectroscopic measuring device, in particular for determining a calibration parameter for the measuring device. The measuring device can in particular be designed as a spectroscopic measuring device according to the invention. In the case of the use according to the invention, in particular an evaluation detector can be arranged at the output of the measuring cell and a filter unit can be arranged between the light source and the evaluation detector, after which the calibration as well described can be performed. In particular, in the use according to the invention, a light extraction unit can be arranged between the output of the measuring cell and the evaluation detector such that a light component of the light emerging from the measuring cell is coupled out to the evaluation detector. The use according to the invention may have further features which are apparent in connection with the above-described inventive calibration system and the above-described spectroscopic measuring device according to the invention. In particular, in the case of the use according to the invention for a plurality of different wavelength dependencies, an assigned calibration parameter can be respectively determined and recorded, from which the course of the calibration parameter can be determined as a function of a wavelength.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Durchführung einer Messung mit einem spektroskopischen Messgerät oder zur Durchführung einer Kalibrierung eines spektroskopischen Messgeräts für die Auswertung einer mittels des Messgeräts durchgeführten Messung. Dabei wird mit einer spektral breitbandigen Lichtquelle ein Lichtstrahl durch einen Eingang einer Messzelle des Messgeräts in die Messzelle ausgesendet. Zumindest ein Lichtanteil dieses Lichtstrahls wird mit einer vorgegebenen Wellenlängenabhängigkeit gefiltert, und die Gesamtlichtintensität dieses Lichtstrahls wird nach dem Austreten des Lichtstrahls aus einem Ausgang der Messzelle ermittelt. In der Messzelle ist bevorzugt Umgebungsluft angeordnet. Die Messung dient der Untersuchung der Umgebungsluft, insbesondere der Bestimmung von Konzentrationen von Spurengasen in der Umgebungsluft. Bevorzugt wird mittels eines Auswertedetektors die Gesamtlichtintensität des Lichtanteils des Lichtstrahls ermittelt, der aus dem Ausgang der Messzelle austritt und auf den Auswertedetektor trifft. Erfindungsgemäß wird 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.The invention further relates to a method for carrying out a measurement with a spectroscopic measuring device or for carrying out a calibration of a spectroscopic measuring device for the evaluation of a measurement carried out by means of the measuring device. In this case, a light beam is emitted through an input of a measuring cell of the measuring device into the measuring cell with a spectrally broadband light source. At least one light component of this light beam is filtered with a predetermined wavelength dependence, and the total light intensity of this light beam is determined after the light beam emerges from an output of the measuring cell. In the measuring cell ambient air is preferably arranged. The measurement is used to study the ambient air, in particular the determination of concentrations of trace gases in the ambient air. Preferably, the total light intensity of the light component of the light beam is determined by means of an evaluation detector, which emerges from the output of the measuring cell and impinges on the evaluation detector. According to the invention, a filtering of the light component is carried out with a predetermined wavelength dependence. The filtering can be done before or after the measuring cell. The method according to the invention has the decisive advantage that a combination of spectrally broadband light source, an evaluation detector for outputting a measured value for a total light intensity and the filtering of the light component which strikes the evaluation detector, by a very simple and inexpensive means a light intensity measurement for a can be performed by the predetermined wavelength dependence defined wavelength range, which can allow for the determination of the concentrations of trace gases having an absorption structure in this wavelength range. In addition, the method according to the invention makes it possible to carry out a measurement for different wavelength ranges, ie. H. in a filtering with different predetermined wavelength dependence, so that the inventive method is not only particularly inexpensive and easy to carry out, but at the same time allows the gaining of extensive information. The method according to the invention can have further features and advantages, which can be seen from the description of the wavelength-resolved calibration system according to the invention and the spectroscopic measuring device according to the invention.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Durchführung einer Kalibrierung eines spektroskopischen Messgeräts, mittels derer eine korrekte Auswertung einer mittels des Messgeräts durchgeführten Messung ermöglicht wird. In einem ersten Verfahrensschritt, während dessen sich das Messgerät in einem Kalibrationszustand befindet, wird eine Kalibrationskurve gemessen und gespeichert. Sowohl in dem ersten Verfahrensschritt als auch in einem zweiten Verfahrensschritt, während dessen sich das Messgerät in einem Nachfolgezustand befindet und die Messung durchgeführt wird, wobei der Nachfolgezustand zeitlich vor oder nach dem Kalibrationszustand liegt, wird mit einer spektral breitbandigen Lichtquelle ein Lichtstrahl durch einen Eingang einer Messzelle des Messgeräts in die Messzelle ausgesendet, wobei zumindest ein Lichtanteil dieses Lichtstrahls mit einer vorgegebenen Wellenlängenabhängigkeit gefiltert wird und die Gesamtlichtintensität dieses Lichtanteils nach dem Austreten des Lichtanteils aus einem Ausgang der Messzelle ermittelt wird, wobei aus der gemessenen Gesamtlichtintensität ein Kalibrationsparameter ermittelt und abgespeichert wird. In dem ersten Verfahrensschritt wird ein Ausgangswert des Kalibrationsparameters ermittelt. In dem zweiten Verfahrensschritt wird ein Nachfolgewert des Kalibrationsparameters ermittelt. Auf Basis des Unterschieds zwischen dem Ausgangswert und dem Nachfolgewert wird eine Anpassung der Kalibrationskurve vorgenommen und eine angepasste Kalibrationskurve berechnet, wobei die Kalibrierung des Messgeräts mittels der angepassten Kalibrationskurve durchgeführt wird. Die Vorteile dieses erfindungsgemäßen Verfahrens sowie weitere vorteilhafte Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens sind für den Fachmann insbesondere aus der obigen Beschreibung betreffend das gemäß der ersten Lösung der Erfindung vorgeschlagene Messgerät ersichtlich.The invention further relates to a method for carrying out a calibration of a spectroscopic measuring device, by means of which a correct evaluation of a measurement carried out by means of the measuring device is made possible. In a first method step, during which the measuring device is in a calibration state, a calibration curve is measured and stored. Both in the first method step and in a second method step, during which the measuring device is in a follow-up state and the measurement is carried out, the follow-up state being before or after the calibration state, a light beam is transmitted through an input of a spectrally broadband light source At least one light component of this light beam is filtered with a predetermined wavelength dependence and the total light intensity of this light component is determined after the leakage of the light component from an output of the measuring cell, wherein from the measured total light intensity, a calibration parameter is determined and stored. In the first method step, an initial value of the calibration parameter is determined. In the second method step, a successor value of the calibration parameter is determined. On the basis of the difference between the initial value and the successor value, an adjustment of the calibration curve is made and an adapted calibration curve is calculated, wherein the calibration of the measuring device is carried out by means of the adapted calibration curve. The advantages of this method according to the invention as well as further advantageous features of the method according to the invention are apparent to the person skilled in the art, in particular from the above description regarding the measuring device proposed according to the first solution of the invention.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf sechs Figuren näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to six figures.

Es zeigen:Show it:

1: in einer schematischen Prinzipdarstellung ein gattungsgemäßes spektroskopisches Messgerät; 1 in a schematic diagram of a generic spectroscopic measuring device;

2: in einer schematischen Prinzipdarstellung ein Beispiel für einen Grundaufbau eines erfindungsgemäßen spektroskopischen Messgeräts; 2 in a schematic schematic representation of an example of a basic structure of a spectroscopic measuring device according to the invention;

3: in einer Prinzipdarstellung ein weiteres Beispiel für einen Grundaufbau eines erfindungsgemäßen spektroskopischen Messgeräts; 3 in a schematic representation of another example of a basic structure of a spectroscopic measuring device according to the invention;

4: verschiedene Wellenlängenabhängigkeiten der Filtereinheit einer auf dem Grundaufbau gemäß 3 beruhenden erfindungsgemäßen Ausführungsform; 4 : different wavelength dependencies of the filter unit one based on the basic construction 3 based embodiment of the invention;

5: einen zeitabhängigen Verlauf der von dem Auswertedetektor einer auf 3 beruhenden erfindungsgemäßen Ausführungsform ausgegebenen Messwerte in einem Zeitintervall. 5 : a time-dependent course of the evaluation of the on 3 based on the inventive embodiment output measured values in a time interval.

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. Zur möglichst fehlerfreien Durchführung von spektroskopischen Messungen muss die Kalibrationskurve vor jedem Einsatz des spektroskopischen Messgeräts 1 neu bestimmt werden. 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 1 is a spectroscopic measuring device 1 represented according to the prior art. The spectroscopic measuring device 1 includes a light source 2 , which in the present case is designed as an LED, and a measuring cell 3 , a detector 4 and a computing unit 5 , At the spectroscopic measuring device 1 according to 1 are light source 2 , Arithmetic unit 5 and detector 4 electrically connected to each other, resulting in 1 is shown by the solid lines. Furthermore, in 1 the course of a light beam from the light source 2 to the detector 4 purely schematically represented by a dashed line. Out 1 becomes the basic principle of generic spectroscopic instruments 1 clearly: a light source 2 emits a beam of light through an entrance into the measuring cell 3 of the spectroscopic measuring device 1 enters, in the measuring cell 3 passes through an optical light path and out of the output of the measuring cell 3 exits, from where he points to a detector 4 arrives. With the detector 4 Thus, the light intensity of the light is measured, that of the light source 2 was sent out and through the measuring cell 3 has passed through. The arithmetic unit 5 ensures an electronic coupling between the light source 2 and the detector 4 , Furthermore, in the illustrated spectroscopic measuring device 1 Calibration measurements performed in the arithmetic unit 5 be stored and in the arithmetic unit 5 be used to determine a wavelength-dependent calibration curve, ie the wavelength-dependent course of a calibration parameter. On the basis of this wavelength-dependent calibration curve, the measured values are then taken from the detector 4 by means of the arithmetic unit 5 read out, evaluated to determine concentrations of trace gases in the measuring cell 3 , To perform spectroscopic measurements as accurately as possible, the calibration curve must be read before each use of the spectroscopic instrument 1 be redetermined. In the arithmetic unit 5 In addition, literature absorption absorption cross sections of various trace gases are stored, which are used to determine the concentrations of trace gases in the measuring cell 3 out of the detector 4 measured values taking into account the wavelength-dependent calibration curve.

In 2 ist eine schematische Darstellung analog zu 1 wiedergegeben. Allerdings ist in 2 ein Beispiel für einen Grundaufbau eines erfindungsgemäßen spektroskopischen Messgeräts 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.In 2 is a schematic representation analogous to 1 played. However, in 2 an example of a basic structure of a spectroscopic measuring device according to the invention 1 shown. From a generic spectroscopic measuring device 1 differs the spectroscopic measuring device according to the invention 1 already in that a light extraction unit 8th at the output of the measuring cell 3 is provided. The light extraction unit 8th includes a semitransparent mirror that contains a portion of the light from the measuring cell 3 emanating light beam and to an evaluation detector 7 directs that in a generic spectroscopic measuring device 1 also not included. Between light extraction unit 8th and evaluation detector 7 is also in the spectroscopic measuring device according to the invention 1 a filter unit 6 arranged. Light coming from the light source 2 into the measuring cell 3 is sent, thus reaches the evaluation detector 7 only after the filter unit 6 happened. The arithmetic unit 5 is electronic not only with the light source 2 and the detector 4 , but also with the light extraction unit 8th , the filter unit 6 and the evaluation detector 7 connected.

In einer Ausführungsform, die auf dem beispielhaft beschriebenen Grundaufbau basiert, umfasst die Recheneinheit 5 eine Speichereinheit, die in 2 nicht dargestellt ist. In der Speichereinheit wird eine Kalibrationskurve abgespeichert, die über eine herkömmliche Kalibrationsmethode aufgenommen wird, während sich das spektroskopische Messgerät 1 in einem Kalibrationszustand befindet. Ferner ist die Recheneinheit 5 dazu ausgebildet, nach dem Abspeichern der Kalibrationskurve selbsttätig die Bestimmung eines Kalibrationsparameters mit Hilfe des Auswertedetektors 7 durchzuführen und den dabei gewonnen Wert des Kalibrationsparameters als Ausgangswert abzuspeichern. Das beschriebene Ausführungsbeispiel ist so ausgebildet, dass auf eine Initialisierung hin die Recheneinheit 5 selbsttätig die Ermittlung eines Kalibrationsparameters zu einem späteren Zeitpunkt durchführt, zu dem sich das spektroskopische Messgerät 1 in einem Nachfolgezustand befindet, und selbsttätig eine Anpassung der abgespeicherten Kalibrationskurve durch einen Vergleich zwischen Ausgangswert und Nachfolgewert des Kalibrationsparameters durchführt. Über die Recheneinheit 5 ist somit die Wellenlängenabhängigkeit der Filtereinheit 6 einstellbar. In einer anderen Ausführungsform, die auf dem beispielhaft beschriebenen Grundprinzip beruht, ist die Filtereinheit 6 so ausgebildet, dass verschiedene Wellenlängenabhängigkeiten vorgegebenen werden können. Dies erfolgt vorliegend automatisch durch die Recheneinheit 5. Dieses 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 einer weiteren Ausführungsform sind die beiden zuvor beschriebenen Ausführungsformen kombiniert.In an embodiment based on the basic structure described by way of example, the computing unit comprises 5 a storage unit that is in 2 not shown. A calibration curve is stored in the memory unit, which is recorded by a conventional calibration method while the spectroscopic measuring device 1 is in a calibration state. Furthermore, the arithmetic unit 5 adapted to automatically after the storage of the calibration curve, the determination of a calibration parameter with the aid of the evaluation detector 7 perform and save the value of the calibration parameter obtained as the output value. The described embodiment is designed such that upon initialization, the arithmetic unit 5 automatically performs the determination of a calibration parameter at a later time, to which the spectroscopic measuring device 1 is in a successor state, and automatically performs an adjustment of the stored calibration curve by a comparison between the initial value and the subsequent value of the calibration parameter. About the arithmetic unit 5 is thus the wavelength dependence of the filter unit 6 adjustable. In another embodiment based on the basic principle described by way of example, the filter unit is 6 so designed so that different wavelength dependencies can be specified. In the present case, this is done automatically by the arithmetic unit 5 , This embodiment is designed such that upon initialization, the arithmetic unit 5 automatically setting different wavelength dependencies of the filter unit 6 performs and the light extraction unit 8th for decoupling a portion of the light from the measuring cell 3 emerging light beam to the evaluation detector 7 Towards. In a further embodiment, the two embodiments described above are combined.

In 3 ist ein weiteres Beispiel für einen Grundaufbau 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.In 3 is another example of a basic structure of a spectroscopic measuring device according to the invention 1 shown. In the presentation according to 3 is also the course of the light beam from the light source 2 to the measuring cell 3 , inside the measuring cell 3 , from the measuring cell 3 to the detector 4 and from the measuring cell 3 to the evaluation detector 7 shown schematically. The spectroscopic measuring device 1 according to 3 includes a light source 2 , which is designed in the present case as an LED. The light source 2 emits light to an entrance lens 10 that's from the light source 2 Aligned light so that it acts as a light beam perpendicular to the input side of a first mirror 31 the measuring cell 3 meets. The input side of the first mirror 31 at the same time forms the input of the measuring cell 3 , In the measuring cell 3 this will be in the measuring cell 3 coupled light between the first mirror 31 and a second mirror 32 reflected several times. The mirror 31 . 32 form a mirror assembly, which is the resonator of the measuring cell 3 forms. The second mirror 32 has an output side and is configured to receive a portion of the light incident thereon perpendicular to its output side from the measuring cell 3 couples out. The output side of the second mirror 32 forms the output of the measuring cell 3 , From the exit side of the second mirror 32 the light comes from the measuring cell 3 on an exit lens 11 putting the light on a light guide 9 which focuses the light on a detector 4 passes. From the schematic structure according to 3 it can be seen that over the detector 4 the light intensity of the out of the measuring cell 3 exiting light can be measured.

Die Ausführungsform des Grundaufbaus 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 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.The embodiment of the basic structure according to 3 further comprises a filter unit 6 which is arranged pivotally. The pivoting is indicated schematically by an arrow. Furthermore, the embodiment according to 3 a light extraction unit 8th , which is also pivotable (also indicated schematically by an arrow) is arranged. All electronically controllable or readable components are, as in the embodiment according to 2 shown schematically on a computing unit 5 connected. In a calibration measurement, the filter unit 6 between entrance lens 10 and first mirror 31 pivoted into the light beam, and the light extraction unit 8th will be between exit lens 11 and light guides 9 swung into the light beam. The light extraction unit 8th In the present case, it is designed as a reflecting mirror, which approximately completely matches the light impinging on it to the evaluation detector 7 directs. With a calibration measurement, light thus passes from the light source 2 only to the evaluation detector 7 after passing the filter unit 6 has happened, and almost all the light coming out of the measuring cell 3 exit, becomes the evaluation detector 7 directed.

In 4 ist die Funktionsweise der Filtereinheit 6 einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Messgeräts 1 ersichtlich, die auf dem in 3 dargestellten Grundaufbau beruht. Bei dieser Ausführungsform wird über Kalibrationsmessungen ein wellenlängenabhängiger Kalibrationsparameter bestimmt. Die Filtereinheit 6 umfasst einen Interferenzfilter als wellenlängenselektives Element. Durch die Verschwenkbarkeit der Filtereinheit 6 ist gleichzeitig eine Verdrehbarkeit des wellenlängenselektiven Elements relativ zur Propagationsrichtung des Lichtstrahls gewährleistet. 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 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 4 is the operation of the filter unit 6 an embodiment of a measuring device according to the invention 1 apparent on the in 3 based basic structure is based. In this embodiment, a wavelength-dependent calibration parameter is determined via calibration measurements. The filter unit 6 comprises an interference filter as a wavelength-selective element. Due to the pivotability of the filter unit 6 At the same time a twistability of the wavelength-selective element is ensured relative to the propagation direction of the light beam. In 4 is the transmittance of the filter unit 6 depending on the angle of rotation of the wavelength-selective element, ie the interference filter, wherein the angle of rotation indicates the angle between the optical axis of the wavelength-selective element and the propagation direction of the light with which the light falls on the wavelength-selective element. The transmittance of the wavelength-selective element, ie the interference filter, is in 4 shown as a solid line (in this measurement, the angle of rotation is 0 °). Out 4 It can be seen that the transmittance of the wavelength-selective element, ie the interference filter, has a half-value width of less than 2 nm. Furthermore, it is off 4 recognizable that the maximum of the transmittance of the filter unit 6 changes when the wavelength-selective element is twisted by changing the twist angle. In 4 are the transmittances, ie the wavelength dependencies of the filter unit 6 at angles of rotation of 0 ° to 30 °, in 5 ° increments relative to the direction of the incident light on him. From the synopsis of 3 and 4 It can be seen that, depending on the orientation of the wavelength-selective element of the filter unit 6 Light from a different wavelength range on the evaluation detector 7 so that for different wavelength ranges, ie different wavelength dependencies of the filter unit 6 , separately from each other calibration measurements can be carried out. By determining a calibration parameter for each calibration measurement, it is then possible, on the basis of the different calibration measurements, to determine different wavelength dependencies of the filter unit 6 a wavelength-dependent course of the calibration parameter and thus a wavelength-dependent calibration curve are determined. Here is the spectroscopic measuring device 1 designed so that is determined as the specific wavelength at which a calibration measurement, the maximum of the transmittance, the filter unit 6 in the calibration measurement has.

In 5 ist der zeitabhängige Verlauf der Intensität dargestellt, die mit dem Auswertedetektor 7 während eines Zeitintervalls während der Kalibrationsmessung bei einer auf dem Grundaufbau nach 3 beruhenden Ausführungsform eines spektroskopischen Messgeräts 1 ermittelt werden kann. 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.In 5 is the time-dependent course of the intensity shown with the evaluation detector 7 during a time interval during the calibration measurement at one on the basic structure 3 based embodiment of a spectroscopic measuring device 1 can be determined. In this embodiment, the readout of the evaluation detector takes place 7 temporally correlated to the temporal pulses in which the light source 2 is controlled. In 5 is the course of the evaluation detector 7 measured intensity in a time interval in which the light source 2 is switched off and thus takes place a change from an Aussendeintervall into an interruption interval. The intensity describes an exponential declining course.

Bei einer ersten solchen Ausführungsform kann aus diesem exponentiellen Verlauf beispielsweise gemäß der Gleichung I(t) = I(t₀)·exp(–^t/_τ) die Konstante τ ermittelt werden, die als Kalibrationsparameter dient. Bei dieser Ausführungsform kann über die Ermittlung des zeitabhängigen Verlaufs der Intensität am Auswertedetektor im Kalibrationszustand und im Nachfolgezustand sowohl die Konstante τ₀ im Kalibrationszustand als auch die Konstante τ im Nachfolgezustand ermittelt werden, woraus dann eine Anpassung einer abgespeicherten Kalibrationskurve L(λ) erfolgen kann über die Gleichung zur Bestimmung der angepassten Kalibrationskurve:

In a first such embodiment, the constant τ, which serves as a calibration parameter, can be determined from this exponential curve, for example according to the equation I (t) = I (t ₀ ) · exp ( ^-t / _τ ). In this embodiment, the determination of the time-dependent progression of the intensity at the evaluation detector in the calibration state and in the following state can determine both the constant τ ₀ in the calibration state and the constant τ in the successor state, from which an adaptation of a stored calibration curve L (λ) can then take place the equation for determining the adjusted calibration curve:

Bei einer zweiten solchen Ausführungsform, insbesondere bei der im Zusammenhang mit 4 beschriebenen Ausführungsform, kann aus diesem exponentiell abfallenden Verlauf beispielsweise 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 dieser Ausführungsform kann somit beispielsweise als Kalibrationsparameter die Länge des Lichtwegs des Lichts in der Messzelle 3 ermittelt werden. Diese Ermittlung kann für verschiedene Wellenlängenabhängigkeiten erfolgen, woraus dann, wie zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 erläutert, ein wellenlängenabhängiger Verlauf des Kalibrationsparameters L(λ) ermittelt wird, über den die aus dem Detektor 4 bei einer anschließenden Messung gewonnene Messwerte ausgewertet werden.In a second such embodiment, in particular in connection with 4 described embodiment, can from this exponential decaying curve, for example according to the equation I (t, λ ') = I (t ₀ , λ') exp (-κ (λ ') · t) the decay constant k (λ') are determined and from this the length of the light path, the light in the measuring cell 3 travels according to L (λ ') = c / κ (λ'). At the spectroscopic measuring device 1 This embodiment can thus, for example, as a calibration parameter, the length of the light path of the light in the measuring cell 3 be determined. This determination can be made for different wavelength dependencies, from which then, as in the embodiment according to 4 explains, a wavelength-dependent course of the calibration parameter L (λ) is determined, via which the from the detector 4 measured values obtained during a subsequent measurement are evaluated.

In 5 ist für eine auf dem in 3 dargestellten Grundprinzip beruhende Ausführungsform der zeitabhängige Verlauf der Intensität dargestellt, die mit dem Auswertedetektor 7 während eines Zeitintervalls während der Ermittlung des Kalibrationsparameters bei dem spektroskopischen Messgerät 1 gemäß dieser Ausführungsform 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.In 5 is for one on the in 3 illustrated basic embodiment based on the time-dependent course of the intensity shown with the evaluation detector 7 during a time interval during the determination of the calibration parameter in the spectroscopic measuring device 1 is determined according to this embodiment. In this embodiment, the readout of the evaluation detector takes place 7 temporally correlated to the temporal pulses in which the light source 2 is controlled. In 5 is the course of the evaluation detector 7 measured intensity in a time interval in which the light source 2 is switched off and thus takes place a change from an Aussendeintervall into an interruption interval. The intensity describes an exponential declining course.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: spektroskopisches Messgerätspectroscopic measuring device
22: Lichtquellelight source
33: Messzellecell
44: Detektordetector
55: Recheneinheitcomputer unit
66: Filtereinheitfilter unit
77: AuswertedetektorAuswertedetektor
88th: LichtauskoppeleinheitLichtauskoppeleinheit
99: Lichtleiteroptical fiber
1010: Eingangslinseinput lens
1111: Ausgangslinseexit lens
3131: erster Spiegelfirst mirror
3232: zweiter Spiegelsecond mirror

Claims

Spectroscopic measuring device ( 1 ) comprising a spectrally broadband light source ( 2 ), a measuring cell ( 3 ) with an optical resonator, an evaluation detector ( 7 ) as well as a computing unit ( 5 ), the light source ( 2 ) is configured to emit a light beam that passes along an optical path through an input into a measuring cell ( 3 ) and through an output from the measuring cell ( 3 ), wherein the evaluation detector ( 7 ) outside the measuring cell ( 3 ), characterized in that the measuring device ( 1 ) a filter unit ( 6 ), which is arranged such that it ensures filtering of the light component of the light beam with a predetermined wavelength dependency, which is transmitted to the evaluation detector (FIG. 7 ), wherein the arithmetic unit ( 5 ) is adapted from the evaluation detector ( 7 ) Read out measured values for a total light intensity of light incident on it, in particular the measuring device ( 1 ) a detector ( 4 ) outside the measuring cell ( 3 ) is arranged at the output and for issuing a Wavelength-resolved measured value for a light intensity of incident light is formed.

Measuring device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the measuring device ( 1 ) is adapted to transmit the light beam into the measuring cell ( 3 ) in time pulses and the measured values from the evaluation detector ( 7 ) to read out and record in time correlations with the temporal pulses, wherein in particular always a change between an emission interval in which the light beam enters the measuring cell ( 3 ) is emitted with a maximum intensity, and an interruption interval, in which the light beam in the measuring cell ( 3 ) is emitted with a minimum intensity is carried out, in particular, the measured values are determined during time intervals which are each temporally adjacent to such a change.

Measuring device ( 1 ) according to one of claims 1 or 2, characterized in that the arithmetic unit ( 5 ) for detecting a specific wavelength dependence of the filter unit ( 6 ), the measuring device ( 1 ) is designed for each of a number of specific wavelength dependencies a time-dependent intensity profile of the on the evaluation detector ( 7 ) and to store the respective specific wavelength dependence assigned to the measuring device ( 1 ) is in particular designed to determine a calibration parameter from the time-dependent intensity profile determined for a specific wavelength dependency, wherein the measuring device ( 1 ) is in particular designed to determine a dependence of the calibration parameter on the wavelength dependence.

Measuring device ( 1 ) according to claims 2 and 3, characterized in that the arithmetic unit ( 5 ) is designed to generate a decay constant κ (λ ') according to the equation I (t, λ') = I (t ₀ , λ ') exp (-κ (λ') · from the time-dependent intensity profile associated with a specific wavelength dependence λ '. t), and in particular from the equation

L (λ ') = c / κ (λ')

to determine a length of an optical path L (λ ') as a calibration parameter, where c is the speed of light.

Measuring device ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the arithmetic unit ( 5 ) is designed to equate the particular wavelength dependence with a specific wavelength and to determine therefrom a progression of the decay constants as a function of the wavelength.

Measuring device ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the measuring device ( 1 ) is configured to set automatically predetermined predetermined wavelength dependencies upon initialization, to determine an assigned calibration parameter for each particular wavelength dependence, to determine and store therefrom a wavelength dependent course of the calibration parameter, and during subsequent measurements this course of the calibration parameter to evaluate the detector ( 4 ) used readings.

Measuring device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring device ( 1 ) an optical light extraction unit ( 8th ) between the output of the measuring cell ( 3 ) and the detector ( 4 ) is arranged or can be arranged and for decoupling a light portion of the from the measuring cell ( 3 ) exiting light to the evaluation detector ( 7 ) is trained.

Measuring device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation detector ( 7 ) is designed to be continuously read at time intervals of less than 100 μs, in particular less than 50 μs, wherein the evaluation detector ( 7 ) is designed in particular as a photomultiplier or as a photodiode.

Measuring device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the filter unit ( 6 ) comprises at least one wavelength-selective element with an optical axis, wherein the wavelength-selective element has a wavelength-dependent transmittance for light incident along its optical axis on the wavelength-selective element, wherein in particular the wavelength-selective element, the wavelength dependence of the filter unit ( 6 ) and / or the wavelength-selective element is designed as an interference filter or interference mirror.

Measuring device ( 1 ) according to claim 9, characterized in that the transmittance has a wavelength-dependent profile having a half-width of less than 20 nm, in particular between 3 nm and 20 nm, in particular between 5 nm and 10 nm at a maximum value.

Measuring device ( 1 ) according to claim 10, characterized in that the measuring cell ( 3 ) several mirrors ( 31 . 32 ), between which the light in the measuring cell ( 3 propagated during a measurement, wherein the maximum of the transmittance within a half-width of a wavelength-dependent reflectivity curve of the mirror ( 31 . 32 ) lies.

Measuring device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring device ( 1 ) for the time-resolved readout of the Evaluation detector ( 7 ) and for determining and storing a time-dependent intensity profile of the on the evaluation detector ( 7 ) incident light is formed.

Measuring device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring device ( 1 ) is designed to determine as a calibration parameter a value for a length of the light path that the light in the measuring cell ( 3 ) goes through.

Wavelength-resolved calibration system for a spectroscopic measuring device ( 1 ), in particular for a spectroscopic measuring device ( 1 ) according to one of the preceding claims, comprising a spectrally broadband light source ( 2 ) and a measuring cell ( 3 ) comprising an optical resonator, the light source ( 2 ) is designed to emit a light beam through an input into the measuring cell ( 3 ) and through an output from the measuring cell ( 3 ), characterized in that the calibration system is an evaluation detector ( 7 ) and a filter unit ( 6 ), wherein the evaluation detector ( 7 ) outside the measuring cell ( 3 ) can be arranged at the output and for outputting a measured value for a total light intensity of light incident thereon and can be read out in a time-resolved manner, wherein the filter unit ( 6 ) is formed and relative to the measuring device ( 1 ) and to the evaluation detector ( 7 ) can be arranged, that it ensures a filtering of the light component of the light beam with a predetermined wavelength dependence, which is on the evaluation detector ( 7 ).

Calibration system according to claim 14, characterized in that the evaluation detector ( 7 ) is designed to be continuously read at time intervals of less than 100 μs, in particular of less than 50 μs, wherein the evaluation detector ( 7 ) is designed in particular as a photomultiplier or as a photodiode.

Calibration system according to one of claims 14 or 15, characterized in that the calibration system for specifying different wavelength dependencies of the filter unit ( 6 In particular, the calibration system is designed to equate each specific wavelength dependence with a specific assigned wavelength.

Calibration system according to one of claims 14 to 16, characterized in that the filter unit ( 6 ) comprises at least one wavelength-selective element with an optical axis, wherein the wavelength-selective element has a wavelength-dependent transmittance for light incident along its optical axis on the wavelength-selective element, wherein in particular the wavelength-selective element, the wavelength dependence of the filter unit ( 6 ) and / or the wavelength-selective element is designed as an interference filter or interference mirror.

Calibration system according to claim 17, characterized in that the transmittance has a wavelength-dependent profile having a half-width of less than 10 nm, in particular less than 5 nm, in particular less than 3 nm, in particular between 0.5 nm and 2 nm at a maximum value.

Calibration system according to one of claims 17 or 18, characterized in that an angle of rotation, which forms a propagation direction of an incident on the at least one wavelength-selective element portion of the light beam with the optical axis of the wavelength-selective element, is adjustable or adjusted, wherein the setting of the angle of rotation the wavelength dependence of the filter unit ( 6 ), wherein in particular a) the filter unit ( 6 ) comprises a plurality of wavelength-selective elements, wherein the filter unit ( 6 ) has an optical device, via which the angle of rotation is set or set for each wavelength-selective element, which forms the propagation direction of the incident on the respective wavelength-selective element portion of the light beam with the optical axis of the respective wavelength-selective element, b) the filter unit ( 6 ) comprises an optical device, via which a plurality of different angles of rotation are adjustable, which forms the propagation direction of the portion of the light beam impinging on the wavelength-selective element with the optical axis of the wavelength-selective element, and / or c) the wavelength-selective element in the filter unit ( 6 ) is rotatable, wherein the angle of rotation, which forms the direction of propagation of the incident on the wavelength-selective element portion of the light beam to the optical axis of the wavelength-selective element, is adjustable.

Calibration system according to one of claims 14 to 19, characterized in that the calibration system for time-resolved reading of the evaluation detector ( 7 ) and for determining and storing a time-dependent intensity profile of the on the evaluation detector ( 7 ) incident light is formed.

Calibration system according to one of claims 14 to 20, characterized in that the calibration system is adapted to the for a certain wavelength dependence of the Filter unit ( 6 In particular, the calibration system is designed to determine an assigned calibration parameter for different wavelength dependencies and, in particular, to determine therefrom a course of the calibration parameter as a function of the wavelength dependence.

Calibration system according to any one of claims 14 to 21, characterized in that the calibration system is adapted to determine calibration parameters as a value for a path length of the light path, the light in the measurement cell ( 3 ) goes through.

Calibration system according to one of claims 14 to 22, characterized in that the calibration system, an optical light extraction unit ( 8th ), which at the output of the measuring cell ( 3 ) can be arranged and is designed for coupling out a light portion of the exiting light.