DE4303178A1 - Determining parameters of materials using interfering light beams - detecting reflected light directed onto material, applying interfering light, and evaluating by Fast Fourier Analysis - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen von Parametern von Stoffen mit Hilfe von interferie­ renden Strahlen.

Solche Verfahren und Vorrichtungen sind bereits bekannt. Sie arbeiten nach einem Prinzip wonach ein Sender/Empfänger in den betreffenden Stoff eingetaucht wird und der Sender interferie­ rende Lichtstrahlen an den Stoff abgibt und diese gleichen durch den Stoff reflektierten oder durch den Stoff übertragene Lichtstrahlen vom Empfänger wieder aufgenommen werden.

Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß eine solche Mes­ sung oder Erfassung viel Zeit braucht, da der Sender/Empfänger für die Messung zuerst in den Stoff eingetaucht werden muß und weiter eventuell sogar eine gewisse Zeit abgewartet werden muß, bis der Sender/Empfänger im Stoff stabilisiert ist oder bis, im Falle von fließenden Stoffen, die Strömung sich im Bereiche des Sender/Empfängers stabilisiert hat. Nach der Mes­ sung muß der Sender/Empfänger aus dem Stoff herausgezogen und gereinigt werden, was je nach Eigenschaften des Stoffes sehr aufwendig sein kann. Dies kann aber auch zu Ungenauigkeiten der Messung führen, da einerseits eine Beschädigung des Sensors nicht ausschließen ist, andererseits die Daten im allgemeinen praktisch in Analogform vorliegen und somit eine eindeutige Ja/Nein-Aussage schwierig wird.

Die Erfindung wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaf­ fen, mit denen die genannten Nachteile vermieden werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird dies dadurch er­ reicht, daß die Strahlen dem Stoff von außen zugeführt wer­ den, die über den Stoff empfangen und anschließend inter­ feriert werden, und daß das Resultat aus diesen Interferenzen weiteren Verarbeitungen zugeführt wird, bei denen die Resultate mit vorgegebenen Werten verglichen werden. Vorzugsweise wird dazu eine Lichtquelle außerhalb des Stoffes angeordnet. Damit verbunden sind aber weitere Maßnahmen, die für die Verarbeitung der Signale getroffen werden. Eine solche Maßnahme besteht beispielsweise darin, Speichermittel für eine größere Anzahl von Vergleichswerten bereitzustellen, denn, es gilt nun auch für einen bekannten Stoff Vergleichswerte zu­ griffsbereit zu haben, die den Abstand der Lichtquelle vom Stoff sowie das Umgebungsmedium der Lichtquelle und des Stoffes berücksichtigen. Will man dadurch aber den Bedarf an Speicher­ platz nicht ins Unendliche steigern, so ist es angezeigt, wie in dieser Erfindung vorgeschlagen, bei der Auswertung der Daten eine Methode zur Datenkompression vorzusehen. Dazu findet hier die sogenannte Fast-Fourier-Analyse eine Anwendung. Mit ihr ist es möglich, für eine beschränkte Anzahl Grundstoffe Parameter oder eben Koeffizienten für deren nach Fourier transformierte Spektren zu speichern und immer wieder zur Bildung deren Spek­ tren zu aktivieren. Aus den Koeffizienten verschiedener Stoffe lassen sich dann auch Spektren von Stoffgemischen bilden und mit gemessenen Spektren bzw. deren Einzelwerte vergleichen. Auf diese Weise läßt sich die Erfassung von Stoffparametern we­ sentlich schneller durchführen.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind in diesem Zusammenhange insbesondere darin zu sehen, daß die Parameter oder Eigenschaften eines Stoffes ohne direkten Kontakt durch Berührung einer Lichtquelle oder eines Fühlers mit dem Stoff erfaßt werden können. Damit können die Eigenschaften fließen­ der Stoffe wie auch chemisch aggressiver oder extrem schädlicher Stoffe erfaßt werden. Da keine Berührung mit dem Stoff statt­ finden muß, spielt sich die Erfassung sehr schnell ab. Es ist somit auch möglich, Stoffe, die an einer chemischen Reaktion beteiligt sind, laufend zu überwachen und festzustellen, wann beispielsweise die Reaktion abgeschlossen ist. Weiter kann somit die Erfassung von Parametern auch zum Steuern oder ander­ weitigen Beeinflussen einer beispielsweise chemischen Reaktion beitragen, wenn ein solcher Parameter als Steuergröße verwen­ det wird. Die Erfindung kann auch zur Unterscheidung zweier oder mehrerer Stoffe oder Stoffgruppen untereinander angewendet werden.

Anderseits kann eine eindeutigere Aussage durch die Maßnahmen nach den Ansprüchen 4, aber auch 9, gewonnen werden. Die Si­ cherheit und Zuverlässigkeit einer richtigen Messung wird aber auch erhöht, wenn die Merkmale des Anspruches 10 vorgesehen sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Aus­ führungsweg dargestellenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschema einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung;

Fig. 2, 3, 4, 5 und 6 je eine Ausführung eines Teils der Vor­ richtung;

Fig. 7 ein Teil eines in der erfindungsgemäßen Vor­ richtung vorgesehenen Rechners;

Fig. 8, 9, 10, 11 und 12 je eine schematische Darstellung von Parametern oder Meßwerten die bei der Erfindung anfallen.

Fig. 1 zeigt ein Prinzipschema einer Vorrichtung zum berüh­ rungsfreien Erfassen oder Ermitteln von Parametern eines Stof­ fes 1, von dem hier nur die Oberfläche 2 sichtbar ist. In einem Sensor 3 ist ein Empfänger angeordnet. Seine optische Achse ist dabei mit 3′ bezeichnet. Der Empfänger im Sensor 3 ist über eine Leitung 4, die als Lichtleiter ausgebildet ist, an eine Einheit 5 zum Auswerten von Signalen angeschlossen. Über dem Stoff 1 ist eine Lichtquelle 6 oder eine Quelle für Strahlen mit einem Reflektor 7 angeordnet. Mit 8 ist ein Strahlengang bezeichnet, wie er beispielsweise zwischen der Lichtquelle 6 und dem Empfänger 3 auftritt. Die Lichtquelle 6 sendet vorzugs­ weise Licht oder Strahlen im Bereiche des sogenannten "Nahen Infrarot" aus. Dieser Bereich enthält Wellenlängen, die zwi­ schen 800 nm und 2500 nm liegen. Der Strahlengang 8 durchquert ein Umgebungsmedium 9, das dem Stoff 1 zugeordnet ist und je nach Stoff aus Luft, Vakuum, Dämpfen des betreffenden Stoffes oder eines speziell zugeordneten Stoffes besteht, der bei­ spielsweise so gewählt sein kann, daß er die Oxydation des Stoffes verhindert. Wie ersichtlich wird die optische Achse 3′ des Sensors von den Lichtstrahlen 8 umgeben. Die Strahlen sind hier konvergierend gezeigt, jedoch ist die Anordnung gegen Abstandänderungen unempfindlicher, wenn der Spiegel im Sinne einer parallelen Ausrichtung der Strahlen ausgebildet ist.

In der Einheit 5 zum Auswerten der Signale mündet die Leitung 4 in das Gehäuse 5 und bildet zusammen mit einem nachgeschalteten Kollinatorsystem 11 den Eingang eines Interferometers 12. Ein solches Interferometer ist beispielsweise aus der Internationa­ len Anmeldung WO 90/10 191 bekannt, welche ein Polarisationsin­ terferometer zeigt. Das Interferometer 12 hat einen Ausgang 13 für Lichtstrahlen, für die nachfolgend ein Linsensystem 14 vor­ gesehen ist. Darauf folgt eine Strahlenweiche 15, die zwei Wege 16 und 17 für die Lichtstrahlen bildet. Über einen Spiegel 18 und eine Linse 19 werden beide Wege 16 und 17 wieder zusammen­ geführt und münden in einen Detektor 20. Dieser ist über eine elektrische Leitung 21 mit einem Verstärker 22 und einem Ana­ log/Digital-Wandler 23 verbunden. Eine Leitung oder ein Bus 24 verbindet diesen mit einem Rechner 25.

Fig. 2 zeigt einen fließenden Stoff 26, der beispielsweise in der Richtung eines Pfeiles 27 fließt. In den Stoff 26 taucht ein Empfänger 28, der über eine Leitung 29 mit einer Einheit 30 zum Auswerten der Signale verbunden ist, die wie die Einheit 5 aufgebaut ist. Eine Lichtquelle 31 und ein Reflektor 32 sind über dem Stoff in an sich bekannter und deshalb hier nicht näher dargestellter Weise angeordnet.

Fig. 3 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig. 2, wobei der De­ tektor 33 wie in Fig. 1 über dem Stoff 34 angeordnet ist. Etwa in einem gleichen Abstand 112 zum Stoff wie der Detektor 33 ist auch eine Distanzmeßeinrichtung 35 (vorteilhaft eine Basisent­ fernungsmeßung) angeordnet. Beide sind über Leitungen 36 und 37 mit einer Einheit 38 zum Auswerten der Signale verbunden.

Fig. 4 zeigt eine weitere Anordnung mit einer Lichtquelle 40, einem Reflektor 41, einem Detektor 42 und einer Einheit 43 zum Auswerten. Weiter ist eine optische Achse 44 für die Lichtquel­ le 40 eingezeichnet. Man erkennt, daß der Detektor 42 vorzugs­ weise sehr nahe an der optischen Achse 44 oder sogar zentral an ihr angeordnet ist. Zudem ist er in den Boden 45 eines Gefäßes 46 eingelassen, in dem ein Stoff 47 liegt oder fließt. So ge­ langt ein Lichtstrahl 48 zum Detektor 42, indem er durch den Stoff 47 übertragen wird.

Fig. 5 zeigt eine Anordnung mit zwei Lichtquellen 48 und 49 mit einer optischen Achse 44 und einem Detektor 50 mit einer opti­ schen Achse 50′, der dazwischen, nahe der optischen Achse 44 angeordnet ist. Zwischen den Lichtquellen 48 und 49 und einem Stoff 51 ist ein Verschlußsystem 52 angeordnet. Dieses besteht beispielsweise aus Schiebern 53 und 54 und deren Lagerungen 55 und 56. Der Schieber 53 ist in seiner ausgefahrenen Position, der Schieber 54 in seiner eingefahrenen Position gezeigt. Der Sinn dieses Verschlußsystems besteht darin, den Stoff vor den Einwirkungen des Lichtes wie Wärme, Strahlung usw. zu schützen und den Stoff nur dann und so lange diesen Wirkungen auszuset­ zen, wie Zeit für die Messung gebraucht wird. Deshalb sind jeweils beide Schieber entweder eingefahren oder ausgefahren und nicht wie gezeigt, nur einer ausgefahren. Wie solche Schie­ ber und deren Lagerungen ausgebildet sind, ist hier nicht näher gezeigt, weil es viele verschiedene und durch den Fachmann leicht auszuführende Möglichkeiten gibt.

Fig. 6 zeigt einen Behälter 57 für einen Stoff 58. Der Behälter 57 weist eine Markierung 59 auf, die beispielsweise als Strich­ code ausgebildet ist. Über dem Behälter 57 ist ein Detektor 60 und im Bereiche der Markierung 59 ein Lesegerät 61 angeordnet. Beide sind über Leitungen 62 und 63 mit einer Einheit 64 zum Auswerten der Signale verbunden.

Fig. 7 zeigt ein Prinzipschema eines Teiles einer solchen Ein­ heit 30, 38, 43, 64 zum Auswerten der Signale, bzw. insbesonde­ re des Rechners 25. Den Eingang bildet ein Detektor 65 mit einer Leitung 66, über die er Signale abgibt. In die Leitung 66 sind auch hier nicht gezeigte Verstärker und A/D-Wandler einge­ setzt, wie dies Fig. 1 für die Leitung 21 zeigt. Die Leitung 66 ist mit einem Speicher 67 für aktuelle Werte verbunden. Dieser ist einerseits über eine Leitung 68 mit einem ersten Eingang 69 eines Vergleichers 70 und andererseits über eine Leitung 71 mit einem Taktgenerator 72, mit einem Prüfprogrammspeicher 73 und mit einem Sollwertspeicher 74 verbunden. Dieser ist über Lei­ tungen 75 und 76 mit einem Umformer 77 und einem Entfernungs­ messer 78 verbunden. Über eine Leitung 79 ist der Umformer 77 auch mit einem Lesegerät 80 verbunden, welches beispielsweise als Strichcodeleser ausgebildet ist. Der Sollwertspeicher 74 ist über eine Leitung 81 mit dem zweiten Eingang 82 des Ver­ gleichers 70 verbunden. Dessen Ausgang 83 ist über eine Leitung 84 mit einem Integrator 85 verbunden, der wiederum über eine Leitung 86 mit einem Eingang eines Vergleichers 127 verbunden ist. Der andere Eingang des Vergleichers 127 kann über eine Leitung 88 mit einem Referenzwertgeber 87 verbunden sein, er mag aber auch selbst als Schwellwertschalter, vorzugsweise mit einstellbarem Schwellwert, ausgebildet sein. Der Ausgang 128 des Vergleichers 127 ist mit einer Anzeige 89 verbunden. Einga­ be und Bedienungsmittel 124, die beispielsweise Schalter und Dateneingabemittel umfassen, sind über Leitungen 125 und 126 mit dem Prüfprogrammspeicher 73, dem Taktgenerator 72 und dem Sollwertspeicher 74 verbunden. Die Eingabe und Bedienungsmittel weisen vorzugsweise auch eine Schaltvorrichtung zum Einschalten der Vorrichtung auf mit deren Betätigung das Prüfprogramm aus dem Prüfprogrammspeicher und anschließend auch das Meßpro­ gramm des Interferometers abrufbar ist. Es ist weiter klar, daß die beiden Vergleicher 70 und 127 auch durch einen einzi­ gen Vergleicher 70 ersetzt werden können, der dann mit Werten aus den verschiedenen Speichern in einer geeigneten Sequenz be­ aufschlagt würde. In diesem Falle wären dann auch der Integra­ tor 85 und der Schwellwertspeicher 87 an den Eingängen 69 und 82 angeschlossen.

Fig. 8 zeigt Spektren 90 und 91, die über einer horizontalen Achse 92 aufgezeichnet sind, auf der Werte für Wellenlängen aufgetragen sind. Auf einer vertikalen Achse 93 sind beispiels­ weise Werte von Amplituden oder Spannungen usw. aufgetragen.

Fig. 9 zeigt eine Darstellung von zwei verschiedenen Parame­ tern, Faktoren oder Werten, die auf einen Stoff oder eine Stoffgruppe bezogen sind. Werte des einen Parameters sind auf der horizontalen Achse 94 und Werte des anderen Parameters sind auf der vertikalen Achse 95 aufgetragen. Man erkennt zwei Gruppen 96 und 97 von Werten, die je zu einem ersten und einem zweiten Stoff gehören.

Fig. 10 zeigt eine weitere Darstellung von Werten ähnlich Fig. 9.

Fig. 11 zeigt einen Verlauf 98 beispielsweise einer chemischen Reaktion, die während einer Zeit t abläuft zu der Werte auf der horizontalen Achse 99 aufgetragen sind. Auf der vertikalen Achse 100 sind beispielsweise Werte aufgetragen, die sich auf die erzeugte Menge oder Qualität eines Stoffes beziehen, der bei der Reaktion entsteht. Damit kann verfolgt werden, wie weit die Reaktion zu einer bestimmten Zeit fortgeschritten ist und wann sie abgeschlossen ist.

Fig. 12 zeigt eine Darstellung von Werten 104 und 105 in einem dreidimensionalen Raum oder in einer Darstellung als Funktion von drei verschiedenen Parametern. Dabei ist je ein Parameter über den Achsen 101, 102 und 103 aufgetragen.

Das erfindungsgemäße Verfahren läuft etwa folgendermaßen ab: Die Lichtquelle 6 in Fig. 1 sendet Lichtstrahlen 8 aus, die vorzugsweise im sogenannten nahen Infrarotbereich liegen. Sol­ che Lichtstrahlen gelangen entweder direkt oder über den Re­ flektor 7 in das zwischen der Lichtquelle 6 und dem Stoff 1 liegende Umgebungsmedium 9, das dem Stoff zugeordnet ist und demzufolge mit diesem nicht reagiert. Von dort gelangen die Lichtstrahlen auf die Oberfläche 2 eines Stoffes 1, der zu identifizieren ist, oder von dem gewisse Eigenschaften oder Parameter ermittelt werden sollen. An der Oberfläche 2 und im Bereiche der Eindringtiefe werden die Lichtstrahlen 8 reflek­ tiert und durch das Umgebungsmedium 9 hindurch an den Detektor 3 zurückgeworfen, der diese empfängt und über den Lichtleiter in der Leitung 4 an die Einheit 5 zum Auswerten der Signale abgibt. Dort beginnt ein optischer Pfad, für den der Ausgang des Lichtleiters als Strahlenquelle 10 wirkt. Die divergieren­ den Strahlen werden in der Linse 11 parallel gerichtet und treten dann in das Interferometer 12 ein. Dieses liefert an seinem Ausgang 13 in an sich bekannter Weise Strahlen, die, da sie im Interferometer Wege verschiedener Länge zurücklegen, phasenverschoben sind und miteinander interferieren. Dabei ist der Längenunterschied der beiden Wege einstellbar und ein Signal, das diesen Längenunterschied ausdrückt wird über eine Leitung 106 an den Analog/Digital-Wandler 23 abgegeben.

Vom Ausgang 13 gelangen die Lichtstrahlen über das Linsensystem 14, die Strahlenweiche 15, den Weg 16, den Spiegel 18 und die Linse 19 zum Detektor 20, der die empfangenen Strahlen in an sich bekannter Weise in ein analoges elektrisches Signal um­ wandelt. Über die Leitung 21 wird das Signal dem Verstärker 22 zugeführt, dort verstärkt und an den Analog/Digital-Wandler 23 weitergegeben. Die dort digitalisierten Signale werden über die Leitung 24 an den Rechner 25 weitergegeben, um dort weiterver­ arbeitet zu werden.

Ein Interferogramm entsteht dadurch, daß im Interferometer 12 der eine Weg für die einen Strahlen kontinuierlich oder schrittweise verändert wird, was zur Folge hat, daß die Inter­ ferenzen, die aus den Strahlen, die den Weg einer bestimmten Länge zurücklegen und den Strahlen, die einen Weg einer anderen Länge zurücklegen, sich ebenso kontinuierlich oder schrittweise verändern. Dies ergibt entsprechende Signale in der Leitung 21, die sich ebenfalls kontinuierlich oder schrittweise verändern. Das resultierende Spektrogramm aus einer Fourier-Analyse, insbesondere einer Fast-Fourier-Analyse des Rechners 85 ist beispielsweise in Fig. 8 gezeigt. Entsprechende Wegangaben treffen in Form elektrischer Signale über die Leitungen 24 und 106 ein. Zusammen, d. h. aus einer Vielzahl solcher Werte ergibt sich die Kurve 91 in Fig. 8, bei der Wellenlängen und dazu­ gehörende Signale wie Spannungen oder Intensitäten aufgetragen sind. An einer Wellenlänge 107 ergeben sich dann die Werte 109 und 110 als IST- und SOLL-Werte, wobei durch taktmäßiges Abfragen der einzelnen Wellenlängen die Differenzen gewonnen und vorzeichenfrei im Integrator 85 aufsummiert werden.

Ein bestimmter Stoff oder eine Stoffgruppe hat jeweils minde­ stens eine charakteristische Kurve 91 oder 90, in Abhängigkeit von gewissen Parametern wie Temperatur, Meßentfernung und dergleichen sogar eine ganze Anzahl solcher Kurven. Dabei er­ gibt sich ein räumlich mehrdimensionales Achsensystem in wel­ chem Meßpunkte als sogenannte Cluster liegen. Wenn angenommen ist, daß die Kurve 90 vorgespeicherte Werte für einen bestimm­ ten Stoff angibt, so kann man eine vorliegende Kurve, wie bei­ spielsweise die Kurve 91 daran messen, d. h. damit vergleichen. Dies geschieht im Rechner 25, der die Schaltung gemäß Fig. 7 enthält. Diese Schaltung erlaubt es, die Abweichungen zwischen den Kurven 90 und 91 zu erfassen und damit eine Angabe darüber zu liefern, ob es wahrscheinlich ist, daß beide Kurven densel­ ben Stoff darstellen oder nicht. Die Intensität der Strahlung wird im Detektor 65 erfaßt, der dem Detektor 20 aus Fig. 1 entspricht. Ein entsprechendes Signal wird über die Leitung 66 an den Speicher 67 für aktuelle Werte abgegeben und dort kurz­ zeitig gespeichert. Im Sollwertspeicher 74 sind alte Werte vorgespeichert, beispielsweise werte der Kurve 90. Gesteuert durch ein Taktsignal aus dem Taktsignalgenerator 72, werden entsprechende Werte 109 und 110 (Fig. 8) aus den Speichern 67 und 74 ausgelesen und an die Eingänge 69 und 82 des Verglei­ chers 70 angelegt. Dieser erzeugt ein Differenzsignal, bei­ spielsweise entsprechend der Strecke 108, zwischen Werten 109 und 110 in Fig. 8. Das Differenzsignal verläßt den Vergleicher 70 über den Ausgang 83 und Leitung 84, gelangt in ein Filter, wo es geglättet wird und geht weiter über Leitung 86 in den Vergleicher 127, wo es mit einem Schwellwert aus dem Schwell­ wertspeicher 87 verglichen wird. Das Resultat dieses Verglei­ ches wird in der Anzeigeeinheit 89 angezeigt.

Im Sollwertspeicher 74 sind als Werte vorzugsweise nicht ganze Spektren verschiedener Stoffe gespeichert, sondern bloß eine Näherung davon, so daß dazu weniger Speicherplatz benötigt wird. Eine solche Näherung wird aus den bekannten Spektren durch Datenkompression erreicht. Damit müssen nicht mehr Werte des Spektrums an möglichst vielen Stellen, sondern nur noch bestimmte Koeffizienten gespeichert werden, die ein bestimmtes Spektrum charakterisieren. Zum Vergleichen von Sollwerten und Istwerten eines Stoffes oder einer Stoffkombination, kann dann aus den gespeicherten Koeffizienten das Spektrum wiederherge­ stellt werden, oder es kann sogar direkt ein Vergleich zwischen entsprechenden Koeffizienten stattfinden, wenn auch die IST-Werte einer Fast-Fourier-Analyse unterworfen werden.

In Fig. 1 ist ein weiterer Weg 17 angegeben, den die Strahlen nach der Strahlenweiche einschlagen können. Dieser Weg ist für Prüfmessungen vorgesehen, durch die ermittelt werden kann, ob das Gerät betriebsbereit ist, oder ob Teile davon sich mit der Zeit verändern. Dazu ist in diesem Weg 17 beispielsweise ein Prüfmedium 111 eingebaut. Die Schaltung gemäß Fig. 7 weist zu diesem Zweck einen Prüfprogrammspeicher 73 auf, der ein Prüf­ programm mit entsprechenden Werten gespeichert hat. So kann beispielsweise beim Einschalten der Vorrichtung über die Be­ dienungsmittel 124, oder zwischen zwei Messungen der Zustand der Vorrichtung überprüft werden. Dazu werden dann im Verglei­ cher 70 (Fig. 7) einerseits vorgespeicherte Werte aus dem Soll­ wertspeicher 74 und anderseits aktuelle Werte aus dem Speicher 67, die mit dem Prüfmedium gemessen werden, verglichen. Diese Prüfmessung kann automatisch beim Einschalten der Vorrichtung und auch dann immer wieder durchgeführt werden, wenn der ver­ schiebbare und eine Längenänderung des Weges für die Strahlen bewirkende Teil im Interferometer in seine Ausgangsposition zurückkehrt. Ein solches Prüfprogramm kann immer wieder akti­ viert werden. Beispielsweise kann jede Messung mit einem Prüfprozeß beginnen und durch eine entsprechende Zeitverzö­ gerung nachfolgend begonnen werden.

Hat die Vorrichtung einen Entfernungsmesser, wie er in der Fig. 3 gezeigt ist, so finden wir diesen auch in der Fig. 7 mit dem Bezugszeichen 78. Es ist möglich, daß in Abhängigkeit vom Ab­ stand 112 zwischen dem Stoff 34 und dem Detektor 33 wie er aus Fig. 3 hervorgeht, verschiedene Meßwerte oder Meßwertreihen 113, 114, 115 und 116 (Fig. 10) gemessen werden. Solche Meß­ werte können somit auch in Abhängigkeit des Abstandes 112 im Sollwertspeicher 74 vorgespeichert sein. Dann liefert das Aus­ gangssignal des Entfernungsmessers 78 (Fig. 7) über die Leitung 76 diese Angabe an den Sollwertspeicher 74, der diese Angabe als Adresse für eine andere Gruppe von Speicherplätzen verwen­ det.

Die Vorrichtung kann auch ein Lesegerät 61, 80 (Fig. 6, 7) für eine Markierung 59 aufweisen. Die Markierung 59 gibt dann bereits vor, welche Sollwerte durch die Messung zu erreichen sind. Damit werden die Signale aus dem Lesegerät 80 im Umformer 77 so umgeformt, daß sie als Adressen für den Sollwertspeicher 74 verwendet werden können. So legt dieser dann die entspre­ chenden Werte am Eingang 82 an.

Die im Rechner 25 bzw. in der Schaltung gemäß Fig. 7, über Leitung 88 anfallenden Werte können auch über die Zeit inte­ griert werden, so daß beispielsweise ein Resultat entsteht, das in der Fig. 8 gezeigt, den Flächen 117 bis 123 entspricht. Diese Flächen können mit einem Vorzeichen versehen sein, das dem Umstand Rechnung trägt, ob das vorgegebene oder das ge­ messene Signal größer ist. Aus der Summe der Abweichungen kann man Rückschlüsse darüber ziehen, ob der Stoff von dem die Sollwerte stammen, mit dem Stoff von dem die Meßwerte stammen, übereinstimmt. Auf diese Weise kann ein Stoff aufgrund dieser Meßwerte identifiziert werden. Die Differenz zwischen den Werten 110 und 109 kann auch als vorzeichenloser Betrag im Vergleicher 70 ermittelt werden, der anschließend im Integra­ tor 85 integriert wird. So entsteht ein Wert für die Größe der Flächen 117 bis 123 in Fig. 8. Dieser Wert wird über die Lei­ tung 86 an einen Eingang des Vergleichers 127 angelegt. Am anderen Eingang des Vergleichers 127 liegt ein Vergleichswert aus dem Schwellwertspeicher für die Größe solcher Flächen an. Liegt nun der Wert am Ausgang des Vergleichers 127 unterhalb einer vorgegebenen Toleranzgrenze, so gibt die Anzeige 89 an, daß Übereinstimmung der Werte herrscht, was bedeutet, daß beispielsweise ein Stoff als solcher identifiziert ist.

Aus Meßwerten und den entsprechenden Sollwerten, wie sie in der Fig. 8 dargestellt sind, lassen sich in an sich bekannter Weise auch weitere Eigenschaften oder Parameter der Stoffe ableiten, die sich im Interferogramm ausdrücken. Solche Para­ meter sind beispielsweise Dichte, Viskosität, Wassergehalt, Kohlenstoffgehalt und bei festen Stoffen auch der Zustand der Oberfläche usw.

Beispielsweise zeigt Fig. 9 eine Gruppe von Werten 96, die zwar voneinander abweichen aber trotzdem beieinander liegen, dies mindestens verglichen mit Werten einer Gruppe 97. Wenn beide Gruppen eindeutig voneinander getrennt sind, kann man auf zwei verschiedene Stoffe oder Stoffgruppen schließen Dasselbe geschieht, wenn man drei Parameter zur Beurteilung eines Stof­ fes heranzieht, wie dies aus der Fig. 12 ersichtlich ist. Hat man beispielsweise verschiedene Messungen mit unbekannten Stof­ fen gemacht, so kann man die Resultate über den Achsen für die jeweiligen Parameter auftragen. Erhält man solche Werte, die gruppenweise versammelt sind, wie dies für die Werte 104 und 105 zutrifft, so kann man annehmen, daß bei verschiedenen Messungen Gemeinsamkeiten vorliegen. Beispielsweise, wenn es sich um einen gleichen Stoff handelt, der in verschiedenen Ab­ ständen 112 gemessen wurde, oder wenn ein Stoff in verschiede­ nen Konzentrationen vorliegt. Man kann auch die Meßbedingungen soweit verändern, bis sich die Meßwerte so zu Gruppen versam­ meln, wenn das anfänglich nicht der Fall ist. So kann man Stof­ fe nach deren Eigenschaften auseinanderhalten und auch identi­ fizieren. Dies im Prinzip unabhängig von der Art und der Anord­ nung der Lichtquelle.

Claims (10)

1. Verfahren zum Erfassen von Parametern von Stoffen mit Hilfe von interferierenden Strahlen, dadurch gekennzeich­ net, daß die Strahlen dem Stoff von außen zugeführt werden, daß der Stoff davon ausgehend Strahlen reflektiert, die empfangen und anschließend interferiert werden, und daß das Resultat aus diesen Interferenzen weiteren Verarbeitungen zugeführt wird, bei denen die Resultate mit vorgegebenen Werten verglichen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlen für einen Stoff mit der Zeit laufend inter­ feriert werden, und daß die Interferenzen mit Hilfe einer Fourier Analyse, insbesondere einer Fast-Fourier-Analyse, aus­ gewertet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die von einer äußeren Lichtquelle abgegebenen Strahlen vom Stoff reflektiert und/oder übertragen werden.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Verarbeitung, Differenzen zwischen gemessenen Werten und vorgegebenen Werten gebildet werden, die anschließend integriert und mit Schwellwerten ver­ glichen werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Quelle (6), welche Strahlen (8) zum Stoff hin aussendet, durch einen Empfänger (8), der die vom Stoff abgegebenen Licht­ strahlen empfängt, durch ein Interferometer (12), in welchem die empfangenen Strahlen interferiert werden und durch eine Einheit (25) zum Auswerten von Signalen, die von den interfe­ rierenden Strahlen abgeleitet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Quelle mindestens eine optische Achse (44) auf­ weist, daß der Empfänger (50) nahe dieser optischen Achse angeordnet ist und die Quelle vorzugsweise aus mehreren Licht­ quellen (48, 49) besteht, daß der Empfänger (50) in einem Abstand zum Stoff angeordnet ist und zum Empfang reflektierter Strahlen ausgebildet ist, daß insbesondere die optische Achse (50′) des Empfängers derart angeordnet ist, daß die Strahlen der Quelle die optische Achse (50′) des Empfängers symmetrisch einfassen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen der Quelle und dem Stoff eine beweg­ liche Blende (52, 53) angeordnet ist, die nur für die Zeit einer Messung geöffnet wird und die in geschlossenem Zustand den Stoff vor Einwirkungen der Strahlen abschirmt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der Empfänger (33) mit einer Einrichtung (35) zum Messen des Abstandes (12) zum Stoff verbunden ist, welche wiederum mit der Einheit zum Auswerten von Signalen verbunden ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Lesegerät (61) für Markierungen (59), insbesondere für einen Strichcode vorgesehen ist, das mit der Einheit zum Auswerten von Signalen verbunden ist und/oder daß einem Differenzbildner (70) zur Erzeugung eines vorzei­ chenlosen Differenzwertes zwischen SOLL- und IST-Werten einer Spektralverteilungskurve ein Integrator (85) nachgeschaltet ist, und vorzugsweise an diesen ein weiterer Vergleicher (127) zum Vergleich mit einem Referenzwert.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einheit (25) zum Auswerten der Signale einen Prüfprogrammspeicher (73) enthält, der ein Prüf­ programm für die Vorrichtung enthält, der an eine Bedienungs- und Eingabeeinheit (124) angeschlossen ist, über die das Prüf­ programm aktivierbar ist, wobei die Bedienungs- und Eingabe­ einheit (124) vorzugsweise eine Schaltvorrichtung zum Einschal­ ten der Vorrichtung aufweist, nach deren Betätigung das Prüf­ programm und anschließend das Meßprogramm des Interferometers abrufbar ist.