WO2022266693A1 - Measuring unit for measuring a gaseous or solid material in a measurement volume - Google Patents

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WO2022266693A1
WO2022266693A1 PCT/AT2022/060219 AT2022060219W WO2022266693A1 WO 2022266693 A1 WO2022266693 A1 WO 2022266693A1 AT 2022060219 W AT2022060219 W AT 2022060219W WO 2022266693 A1 WO2022266693 A1 WO 2022266693A1
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light
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Gerald Steiner
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Definitions

  • the third reflection unit is designed with a divided third reflection plane and/or the fourth reflection unit with a divided fourth reflection plane, with at least two reflections of the light beam (4') or return beam being provided on a divided section of a divided third and/or fourth reflection plane are.
  • the third mirroring unit is designed with a third mirroring plane divided into two or more sections and/or the fourth mirroring unit is designed with a fourth mirroring plane divided into two or more sections, the mirroring planes or their sections being designed such that when used as intended at least two reflections of the light beam or return beam take place.
  • the third reflection plane of the third reflection unit and/or the fourth reflection plane of the fourth reflection unit are preferably arranged coplanar at least in sections.
  • emissions can be measured in chimneys, which can have diameters of a few meters.
  • the measurement volume 7 would be formed in the chimney.
  • the second light beam 4' is thus reflected multiple times between a double mirror system with a third reflection unit 3' and a fourth reflection unit 5' with corresponding reflection planes 3.1', 5.1', as described above, and the plurality n'>1 of the reflections (those not must agree with the above-mentioned plurality n) can be controlled or set via the preferably adjustable second angle a'.
  • the distance d2 between the third reflection unit 3' and a fourth reflection unit 5' of the second light emitter unit 2' does not have to be the same as the distance di in the first light emitter unit 2. There is thus a gap between the third reflection unit 3' and the fourth reflection unit 5' another, second measurement volume 7'.
  • the two light emitter units 2, 2' are arranged one behind the other on a surface 8, for example in the direction of travel of a street. In this way, for example, the course over time of an exhaust gas cloud 31, 31' from a single emission source, such as a vehicle, can be determined.
  • the light emitter units 2, 2' are arranged next to one another. In this way, different surfaces 8, such as multi-lane roads, can be measured at the same time.
  • the secondary primary beam 12 can be directed in a suitable manner from the light emitter unit 2 to the further light emitter unit 2'.

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Abstract

According to the invention, for sensitive and flexible measurement of a gaseous or solid material in an exhaust gas cloud, a light beam (4) is reflected multiple times between two reflection units (3, 5) or the light beam (4) is reflected by a deflecting mirror (11) to form a return beam (14) and the return beam (14) performs a plurality of additional reflections between the reflection units (3, 5) and passes through the measurement volume (7) multiple times in the process, wherein the plurality n of reflections of the light beam (4) is adjusted by variation of the first angle (α) in order to set the plurality n of reflections between the first reflection unit (3) and the second reflection unit (5). After the reflections, the return beam (14) is sensed by the at least one detector (21), and a light property of the return beam (14) is measured, the light property characterizing the at least one gaseous or solid material.

Description

Messeinheit zur Messung eines gasförmigen oder festen Stoffes in einem Measuring unit for measuring a gaseous or solid substance in one
Messvolumen measurement volume
Die gegenständliche Erfindung betrifft eine Messeinheit zur Messung zumindest eines gasförmigen oder festen Stoffes in zumindest einem Messvolumen an einer stationären Messstelle, wobei in der Messeinheit eine erste Spiegelungseinheit mit einer ersten Spiegelungsebene und eine zweite Spiegelungseinheit mit einer zweiten Spiegelungsebene vorgesehen sind, wobei die erste Spiegelungseinheit und die zweite Spiegelungseinheit beabstandet voneinander und mit einander zugewandten Spiegelungsebenen angeordnet sind, und das Messvolumen zwischen der ersten Spiegelungseinheit und der zweiten Spiegelungseinheit ausgebildet ist, wobei in der Messeinheit eine Lichtemittereinheit vorgesehen ist, die einen Lichtstrahl in Richtung der ersten Spiegelungseinheit und in einem von einer Normalen auf die erste Spiegelungsebene und/oder von einer Normalen auf die zweite Spiegelungsebene abweichenden ersten Winkel abstrahlt, wobei die erste Spiegelungseinheit ausgebildet ist, den Lichtstrahl zur zweiten Spiegelungseinheit zu reflektieren und die zweite Spiegelungseinheit ausgebildet ist, den Lichtstrahl wieder zur ersten Spiegelungseinheit zu reflektieren, sodass der Lichtstrahl in einer Mehrzahl an Reflexionen zwischen der ersten Spiegelungseinheit und der zweiten Spiegelungseinheit hin- und herläuft. The present invention relates to a measuring unit for measuring at least one gaseous or solid substance in at least one measuring volume at a stationary measuring point, with a first reflection unit having a first reflection plane and a second reflection unit having a second reflection plane being provided in the measurement unit, the first reflection unit and the second reflection unit is arranged at a distance from one another and with reflection planes facing one another, and the measurement volume is formed between the first reflection unit and the second reflection unit, a light emitter unit being provided in the measurement unit, which emits a light beam in the direction of the first reflection unit and in one of a normal onto the first reflection plane and/or from a first angle deviating from a normal to the second reflection plane, wherein the first reflection unit is designed to emit the light beam to the second mirror elution unit to reflect and the second mirroring unit is designed to reflect the light beam back to the first mirroring unit, so that the light beam travels back and forth in a plurality of reflections between the first mirroring unit and the second mirroring unit.
Die Erfindung betrifft außerdem ein entsprechendes Verfahren zur Messung zumindest eines gasförmigen oder festen Stoffes in zumindest einem Messvolumen. The invention also relates to a corresponding method for measuring at least one gaseous or solid substance in at least one measuring volume.
Emissionen von Stoffen in Abgasen, speziell im Individualverkehr, sind durch die steigende Anzahl speziell an Fahrzeugen nicht nur im Zuge der Klimaerwärmung, sondern auch im Zuge der gesundheitlichen Belastung für den Menschen durch Stickoxide, teilverbrannte Kraftstoffbestandteile und Feinstaubpartikel ein vieldiskutiertes Thema. Entwicklungen der letzten Jahrzehnte zielten auf der einen Seite im Zuge des verpflichtenden Katalysatoreinbaus in Ottomotoren auf Vermeidung des Ausstoßes von teilverbrannten Verbindungen, und bei Katalysatoren in Dieselmotoren auf der anderen Seite auf Vermeidung des Ausstoßes von Stickoxiden. Die zulässigen Werte von emittierten Stoffen sind oftmals über nationale und supranationale Normen bestimmt. Emissions of substances in exhaust gases, especially in private transport, are a much-discussed topic due to the increasing number of vehicles, not only in the course of global warming, but also in the course of the health burden on people from nitrogen oxides, partially burned fuel components and fine dust particles. Developments in recent decades have aimed on the one hand at avoiding the emission of partially burned compounds in the course of the mandatory installation of catalytic converters in Otto engines, and on the other hand at avoiding the emission of nitrogen oxides in the case of catalytic converters in diesel engines. The permissible values of emitted substances are often determined by national and supranational standards.
Nichtsdestotrotz sind heutzutage noch immer Fahrzeuge im öffentlichen Raum im Einsatz, welche zwar zum Zeitpunkt ihrer Zulassung die gesetzlichen Normen zur Abgasreduktion erfüllt haben, bei der Verwendung über einen längeren Zeitraum aber als hohe Emittenten angesehen werden. Der Grund dafür kann beispielsweise das fehlende Nachrüsten eines Katalysators sein oder fehlende Wartung, wenn beispielsweise bei einem Dieselkatalysator das Nachfüllen von Harnstoff unterbleibt und eine ordnungsgemäße Funktion eines SCR (selektive katalytische Reduktion) Katalysators nicht mehr gegeben ist. Unter anderem kann das auch auf fehlendes Wissen bezüglich der (Nicht)-Funktionalität von eben diesen Bestandteilen während der Fahrt zurückzuführen sein. Nevertheless, there are still vehicles in public use today which, although they met the legal standards for reducing exhaust emissions at the time of their approval, are regarded as high emitters when used over a longer period of time. The reason for this can be, for example, the failure to retrofit a catalytic converter or a lack of maintenance, for example if a diesel catalytic converter is not refilled with urea and a proper function of an SCR (selective catalytic reduction) catalytic converter is no longer given. Among other things, can This can also be attributed to a lack of knowledge regarding the (non) functionality of these components while driving.
Abgasmessungen sind großteils auf Systeme limitiert, welche im Fahrzeug selbst, beispielsweise im oder nach dem Auspuff, Stoffe im Abgas, wie gasförmige Stoffe oder Partikel messen. Diese Systeme sind jedoch auf eine geringe Anzahl an Testfahrzeugen beschränkt und können daher kein repräsentatives Abbild von einer Vielzahl an verschiedenen Fahrzeugen im Realbetrieb geben. Abgasmessungen im Rahmen der regelmäßigen Überprüfung des Fahrzeugs in einer Werkstatt ist ebensowenig repräsentativ, weil solche Überprüfungen nur in großen Zeitabständen durchgeführt werden. Daher wird versucht, Abgasmessungen von Fahrzeugen im Realbetrieb im öffentlichen Raum zu ermöglichen. Dieses sogenannte „Remote Sensing“, auch im Sinne von „real driving emissions“ (RDE) Messungen erfolgt an einer stationären Messstelle und kann beispielsweise an vorteilhaft vorinstallierter Infrastruktur, wie Mautstellen, Straßenlaternen, Brücken, oder auch Gebäudefassaden in der Stadt und ähnlichem angebracht werden. Das könnte beispielsweise dazu benutzt werden, Fahrzeughalter von Fahrzeugen mit hohen Emissionen zu benachrichtigen und/oder verpflichtende Wartungen vorzusehen. Man muss jedoch bei der Aufstellung der Geräte auf eine geeignete Messstelle achten, um repräsentative Ergebnisse zu erhalten. Generell sollten Kreuzungsbereiche mit Ampeln und damit potentiellem Stillstand der Fahrzeuge vermieden werden. Weiters hat sich gezeigt, dass eine leichte Steigung der Straße an der Messstelle dafür geeignet ist, eine positive Motorlast zu erzeugen. Exhaust gas measurements are largely limited to systems that measure substances in the exhaust gas, such as gaseous substances or particles, in the vehicle itself, for example in or after the exhaust. However, these systems are limited to a small number of test vehicles and therefore cannot provide a representative image of a large number of different vehicles in real operation. Emission measurements as part of the regular inspection of the vehicle in a workshop are also unrepresentative because such inspections are only carried out at long intervals. Attempts are therefore being made to enable exhaust gas measurements from vehicles in real operation in public spaces. This so-called "remote sensing", also in the sense of "real driving emissions" (RDE) measurements, takes place at a stationary measuring point and can, for example, be attached to advantageously pre-installed infrastructure such as toll booths, street lamps, bridges or building facades in the city and the like . This could be used, for example, to notify vehicle owners of high-emission vehicles and/or schedule mandatory maintenance. However, when setting up the devices, you have to make sure that there is a suitable measuring point in order to obtain representative results. In general, crossing areas with traffic lights and the resulting potential standstill of vehicles should be avoided. Furthermore, it has been shown that a slight incline on the road at the measuring point is suitable for generating a positive engine load.
Bei Remote Sensing wird oftmals eine Lichtquelle verwendet, welche eine charakteristische Wellenlänge oder Wellenlängenbereich(e) emittiert, um einen gasförmigen Stoff, wie Kohlenmonoxid oder Stickoxide, nachzuweisen. Ein Detektor ermöglicht beispielsweise eine Messung der Abschwächung des Lichts, das durch die Abgaswolke gesendet wird. Es kann aber auch vorgesehen sein, Partikel, wie Rußpartikel, als Stoff zu messen. Das kann dann beispielsweise über Lichtstreuung oder über die Messung der Abschwächung des Rückstrahls im Verhältnis zum eingestrahlten Licht realisiert werden. Remote sensing often uses a light source that emits a characteristic wavelength or wavelength range(s) to detect a gaseous substance such as carbon monoxide or nitrogen oxides. A detector allows, for example, a measurement of the attenuation of the light that is sent through the exhaust plume. However, it can also be provided to measure particles, such as soot particles, as a substance. This can then be realized, for example, via light scattering or by measuring the attenuation of the return beam in relation to the incident light.
Die verlässliche Messung solcher Stoffe in Abgaswolken kann jedoch zu unterschiedlichen Schwierigkeiten führen. Einerseits sind die Emissionen von Stoffen von unterschiedlichen Motoren oder auch anderen Energiesystemen, wie Brennstoffzellen, durchwegs unterschiedlich und müssen mit dem gleichen System messbar sein. Weiters schwankt der zu messende Konzentrationsbereich sehr stark und ist von der zu messenden Fahrzeugklasse (z.B. LKWvs. Motorrad) abhängig. Speziell geringe Konzentrationen bereiten bei der Auswertung Probleme. Auch Unterschiede in der Betriebstemperatur eines Motors können Unterschiede in den zu messenden Stoffen nach sich ziehen. Man könnte eine Mehrzahl von oben genannten Quereinflüsse und Ungenauigkeiten durch eine Mehrfachmessung von Stoffen in einer Abgaswolke beheben. Dabei kann es möglich sein eine Abgaswolke mehrmals hintereinander zu messen, oder auch eine Abgaswolke an mehreren Stellen zu messen. However, the reliable measurement of such substances in exhaust clouds can lead to various difficulties. On the one hand, the emissions of substances from different engines or other energy systems, such as fuel cells, are consistently different and must be measurable with the same system. Furthermore, the concentration range to be measured varies greatly and depends on the vehicle class to be measured (e.g. truck vs. motorcycle). Especially low concentrations cause problems in the evaluation. Differences in the operating temperature of an engine can also result in differences in the substances to be measured. A number of the cross-influences and inaccuracies mentioned above could be remedied by multiple measurements of substances in an exhaust gas cloud. It may be possible to measure an exhaust gas cloud several times in succession, or to measure an exhaust gas cloud at several points.
US 2002/010554 A1 offenbart ein System zur Messung von Abgaswolken aus kleinen Fahrzeugen, wie Motorfahrrädern. Die Vorrichtung enthält eine Lichtquelle, einen Detektor und ein Doppelspiegelsystem, wobei der Strahlengang im Doppelspiegelsystem fixiert ist. Da das Licht im Doppelspiegelsystem mehrfach reflektiert wird und damit die Abgaswolke mehrfach durchstrahlt, kann die Sensitivität der Messung erhöht werden. Auch US 4,924,095 A offenbart eine Messung von Abgaswolken mit einem Doppelspiegelsystem mit festem Strahlengang. Mit solchen Messanordnungen können insbesondere auch niederemittierende Fahrzeuge vermessen werden. Allerdings sind die Strahlengänge vorgegeben, sodass nicht oder nur sehr schwer auf sich ändernde Anforderungen reagiert werden kann. US 2002/010554 A1 discloses a system for measuring exhaust clouds from small vehicles such as motorbikes. The device contains a light source, a detector and a double mirror system, the beam path being fixed in the double mirror system. Since the light is reflected several times in the double mirror system and thus shines through the exhaust gas cloud several times, the sensitivity of the measurement can be increased. US Pat. No. 4,924,095 A also discloses a measurement of exhaust gas clouds using a double mirror system with a fixed beam path. In particular, low-emission vehicles can also be measured with such measuring arrangements. However, the beam paths are predetermined so that it is very difficult or impossible to react to changing requirements.
Die CN 208224072 U offenbart einen Messaufbau, welcher eine Lichtemittereinheit zur Abgabe eines Lichtstrahls aufweist, dessen Winkel bezogen auf eine Spiegelungseinheit über das Verstellsystem verstellbar ist. Der Lichtstrahl wird von einem Detektor eingefangen und analysiert. Der Messaufbau enthält zwei Spiegelungseinheiten an der Oberfläche und weiters eine Spiegelungseinheit am Remote Sensing Aufbau über der Oberfläche. Somit sind in der Offenbarung zumindest drei Spiegelungseinheiten vorhanden. Die Anzahl der Reflexionen des Lichtstrahls ist daher im Messaufbau durch die Anzahl der Spiegelungseinheiten festgelegt und kann nicht verändert werden. CN 208224072 U discloses a measurement setup which has a light emitter unit for emitting a light beam, the angle of which can be adjusted in relation to a reflection unit via the adjustment system. The light beam is captured and analyzed by a detector. The measurement setup contains two reflection units on the surface and one reflection unit on the remote sensing setup above the surface. Thus, there are at least three mirroring units in the disclosure. The number of reflections of the light beam is therefore determined in the measurement setup by the number of reflection units and cannot be changed.
Die CN 109211795 A zeigt einen ähnlichen Aufbau wie die CN 208224072 U jedoch ohne ein Verstellsystem. In der Offenbarung kann die Anzahl an Reflexionen manuell verändert werden. CN 109211795 A shows a structure similar to CN 208224072 U but without an adjustment system. In the disclosure, the number of reflections can be changed manually.
Die Aufgabe der gegenständlichen Erfindung ist es daher, eine sensitive Remote Sensing Messung für Stoffe in einem Messvolumen bereitzustellen, die eine flexible Anpassung auf verschiedene Anwendungen und Anforderung der Sensitivität der Messung ermöglicht.The object of the present invention is therefore to provide a sensitive remote sensing measurement for substances in a measurement volume, which allows flexible adaptation to different applications and requirements of the sensitivity of the measurement.
Diese Aufgabe wird durch eine eingangs genannte Messeinheit erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in der Messeinheit zumindest ein Detektor vorgesehen ist, der entweder den zumindest einen Lichtstrahl nach der Mehrzahl an Reflexionen als zumindest einen Rückstrahl erfasst, oder zumindest eine Umlenkeinheit vorgesehen ist, die den Lichtstrahl nach der Mehrzahl an Reflexionen in entgegengesetzter Richtung zum Lichtstrahl zu zumindest einem Rückstrahl umlenkt und der zumindest eine Rückstrahl dabei eine Anzahl an Reflexionen zwischen erster Spiegelungseinheit und zweiter Spiegelungseinheit durchführt und der zumindest eine Detektor den zumindest einen Rückstrahl nach der Anzahl an Reflexionen erfasst, dass der erste Winkel des zumindest einen von der Lichtemittereinheit abgegebenen Lichtstrahls verstellbar ist und damit die Mehrzahl an Reflexionen des zumindest einen Lichtstrahls im Messvolumen zwischen erster Spiegelungseinheit und zweiter Spiegelungseinheit einstellbar ist und dass der zumindest eine Detektor vorgesehen ist, eine den zumindest einen gasförmigen oder festen Stoff charakterisierende Lichteigenschaft des zumindest einen Rückstrahls zu messen. This object is achieved according to the invention by a measuring unit mentioned at the outset in that at least one detector is provided in the measuring unit, which either detects the at least one light beam after the plurality of reflections as at least one return beam, or at least one deflection unit is provided, which detects the light beam after of the plurality of reflections in the opposite direction to the light beam to at least one return beam and the at least one return beam carries out a number of reflections between the first reflection unit and the second reflection unit and the at least one detector detects the at least one return beam according to the number of reflections that the first angle of at least one of the The light beam emitted by the light emitter unit can be adjusted and thus the plurality of reflections of the at least one light beam in the measurement volume between the first reflection unit and the second reflection unit can be adjusted and that the at least one detector is provided to measure a light property of the at least one return beam that characterizes the at least one gaseous or solid substance .
Das ist vorteilhaft, da die Auswahl der Mehrzahl an Reflexionen verwendet werden kann, um die Sensitivität der Messung zu beeinflussen, indem die Gesamtdurchtrittsstrecke des Lichtstrahls durch eine Abgaswolke im Messvolumen variiert wird und anwendungsbezogen angepasst wird, insbesondere erhöht oder verringert wird. Damit kann die Messung beispielsweise einfach auf eine bestimmte Emissionsquelle, beispielsweise eine niederemittierende oder hochemittierende Emissionsquelle angepasst werden. Damit kann der Winkel so eingestellt werden, dass in einem niedrigen Konzentrationsbereich das Messvolumen möglichst oft durchleuchtet wird und im hohen Konzentrationsbereich weniger oft. Die Doppelspiegelanordnung in Kombination mit der Verstellbarkeit des Winkels erlaubt damit eine Ausdehnung des Messbereichs der analytischen Methode durch eine Variation der Sensitivität. This is advantageous because the selection of the plurality of reflections can be used to influence the sensitivity of the measurement by varying the total passage distance of the light beam through an exhaust gas cloud in the measurement volume and adapting it to the application, in particular increasing or decreasing it. In this way, the measurement can, for example, be easily adapted to a specific emission source, for example a low-emission or high-emission emission source. The angle can thus be adjusted in such a way that the measurement volume is screened as often as possible in a low concentration range and less often in the high concentration range. The double mirror arrangement in combination with the adjustability of the angle thus allows an extension of the measuring range of the analytical method by varying the sensitivity.
Beispielsweise benötigt die Messung der Emission eines Motorrads eine weitaus höhere Sensitivität verglichen mit den Emissionen eines LKWs. Außerdem können damit auch Abgaswolken mit sehr kleiner Ausdehnung gemessen werden, da durch die Reflexionen ein „Lichtvorhang“ ausgebildet wird, der das gesamte Messvolumen abdeckt. Das ermöglicht einen flexiblen Einsatz der erfindungsgemäßen Messeinheit bei unterschiedlichsten Anwendungen. For example, measuring the emissions from a motorcycle requires a much higher level of sensitivity compared to emissions from a truck. In addition, exhaust gas clouds with a very small extent can also be measured with it, since the reflections form a "light curtain" that covers the entire measurement volume. This enables the measuring unit according to the invention to be used flexibly in a wide variety of applications.
Vorteilhaft ist in der Messeinheit eine Lichtquelle vorgesehen, die einen Hauptprimärstrahl erzeugt, aus dem die Lichtemittereinheit den Lichtstrahl erzeugt. Mit anderen Worten ist eine Lichtquelle vorgesehen, die einen Hauptprimärstrahl erzeugt, der zur Lichtemittereinheit geleitet wird, wo aus dem Hauptprimärstrahl der Lichtstrahl erzeugbar ist. Die Lichtquelle kann dann beliebig in der Messeinheit angeordnet werden und könnte sogar anwendungsbezogen gewählt werden. A light source is advantageously provided in the measuring unit, which generates a main primary beam from which the light emitter unit generates the light beam. In other words, a light source is provided that generates a main primary beam that is guided to the light emitter unit, where the light beam can be generated from the main primary beam. The light source can then be arranged anywhere in the measuring unit and could even be selected based on the application.
Die Anordnung des zumindest einen Detektors kann sehr flexibel und unabhängig vom Rest der Messeinheit gewählt werden und kann an der ersten Spiegelungseinheit oder an der zweiten Spiegelungseinheit oder in der Lichtemittereinheit oder örtlich getrennt von diesen Einheiten angeordnet sein. The arrangement of the at least one detector can be chosen very flexibly and independently of the rest of the measuring unit and can be arranged on the first reflection unit or on the second reflection unit or in the light emitter unit or locally separate from these units.
In einer besonders kompakten und einfachen Ausführung ist der zumindest eine Detektor mit der Lichtquelle in einem Gehäuse verbaut. In einer Variante der Erfindung ist die erste Spiegelungsebene der ersten Spiegelungseinheit und/oder die zweite Spiegelungsebene der zweiten Spiegelungseinheit durchgängig und/oder einstückig ausgebildet. In a particularly compact and simple design, the at least one detector is built into a housing with the light source. In one variant of the invention, the first reflection plane of the first reflection unit and/or the second reflection plane of the second reflection unit is designed to be continuous and/or in one piece.
In einerweiteren Variante der Erfindung ist die erste Spiegelungseinheit mit einer geteilten ersten Spiegelungsebene und/oder die zweite Spiegelungseinheit mit einer geteilten zweiten Spiegelungsebene ausgeführt, wobei an einem geteilten Abschnitt einer geteilten ersten und/oder zweiten Spiegelungsebene zumindest zwei Reflexionen des Lichtstrahls oder Rückstrahls vorgesehen sind. Mit anderen Worten ist die erste Spiegelungseinheit mit einer in zwei oder mehr Abschnitte geteilten ersten Spiegelungsebene und/oder die zweite Spiegelungseinheit mit einer in zwei oder mehr Abschnitte geteilten zweiten Spiegelungsebene ausgeführt, wobei die Spiegelungsebenen bzw. deren Abschnitte so ausgeführt sind, dass bei bestimmungsgemäßer Verwendung zumindest zwei Reflexionen des Lichtstrahls oder Rückstrahls stattfinden. In a further variant of the invention, the first reflection unit is designed with a divided first reflection plane and/or the second reflection unit with a divided second reflection plane, with at least two reflections of the light beam or reflected beam being provided on a divided section of a divided first and/or second reflection plane. In other words, the first mirroring unit is designed with a first mirroring plane divided into two or more sections and/or the second mirroring unit is designed with a second mirroring plane divided into two or more sections, the mirroring planes or their sections being designed such that when used as intended at least two reflections of the light beam or return beam take place.
Vorzugsweise sind die erste Spiegelungsebene der ersten Spiegelungseinheit und/oder die zweite Spiegelungsebene der zweiten Spiegelungseinheit zumindest abschnittsweise koplanar angeordnet. The first reflection plane of the first reflection unit and/or the second reflection plane of the second reflection unit are preferably arranged coplanar at least in sections.
In weiteren Ausführungsformen sind die erste Spiegelungsebene der ersten Spiegelungseinheit und/oder die zweite Spiegelungsebene der zweiten Spiegelungseinheit zumindest abschnittsweise planar oder gewölbt oder strukturiert ausgebildet. In further embodiments, the first reflection plane of the first reflection unit and/or the second reflection plane of the second reflection unit are designed to be planar or curved or structured, at least in sections.
Um die Anzahl der Messstellen zum Messen zumindest eines gasförmigen oder festen Stoffes auf einfache Weise zu erhöhen, ist gemäß einer Variante der Erfindung in der Lichtemittereinheit einem Strahlenteiler angeordnet, der den Hauptprimärstrahl in den zumindest einen Lichtstrahl und zumindest einen Nebenprimärstrahl aufteilt, wobei der zumindest eine Lichtstrahl und der zumindest eine Nebenprimärstrahl in unterschiedliche Richtungen orientiert sind. Der Nebenprimärstrahl kann dann benutzt werden, um eine weitere Messstelle auszubilden bzw. einer solchen weiteren Messstelle zugeführt werden.In order to easily increase the number of measuring points for measuring at least one gaseous or solid substance, according to one variant of the invention, a beam splitter is arranged in the light emitter unit, which splits the main primary beam into at least one light beam and at least one secondary primary beam, the at least one Light beam and the at least one secondary primary beam are oriented in different directions. The secondary primary beam can then be used to form a further measuring point or be fed to such a further measuring point.
Dazu sind vorzugsweise in der Messeinheit eine zweite Lichtemittereinheit und ein zweites Messvolumen vorgesehen, wobei die zweite Lichtemittereinheit den Nebenprimärstrahl erhält und aus dem Nebenprimärstrahl einen zweiten Lichtstrahl erzeugt, der durch das zweite Messvolumen zum Detektor oder zu einem zweiten Detektor gesendet wird. In einer weiteren Variante der Erfindung ist in der Messeinheit eine dritte Spiegelungseinheit mit einer dritten Spiegelungsebene vorgesehen, und die dritte Spiegelungsebene reflektiert den zweiten Lichtstrahl der zweiten Lichtemittereinheit als zweiten Rückstrahl und sendet den zweiten Rückstrahl zum Detektor oder zum zweiten Detektor. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die zweite Lichtemittereinheit wie die zumindest eine erste Lichtemittereinheit als Doppelspiegel mit Mehrfachreflexionen ausgeführt. Insbesondere sind in der Messeinheit eine dritte Spiegelungseinheit mit einer dritten Spiegelungsebene und eine vierte Spiegelungseinheit mit einer vierten Spiegelungsebene vorgesehen, wobei die dritte Spiegelungseinheit und die vierte Spiegelungseinheit beabstandet voneinander und mit einander zugewandten Spiegelungsebenen angeordnet sind, und das zweite Messvolumen zwischen der dritte Spiegelungseinheit und der zweiten Spiegelungseinheit ausgebildet ist, wobei die zweite Lichtemittereinheit den zweiten Lichtstrahl in Richtung der dritten Spiegelungseinheit und in einem von einer Normalen auf die dritte Spiegelungsebene abweichenden zweiten Winkel abstrahlt, wobei die dritte Spiegelungsebene der dritten Spiegelungseinheit ausgebildet ist, den zweiten Lichtstrahl zur vierten Spiegelungseinheit zu reflektieren und die vierte Spiegelungsebene der vierten Spiegelungseinheit ausgebildet ist, den zweiten Lichtstrahl wieder zur dritten Spiegelungseinheit zu reflektieren, sodass der zweite Lichtstrahl in einer Mehrzahl an Reflexionen zwischen der dritten Spiegelungseinheit und der vierten Spiegelungseinheit hin und her läuft, und dass der Detektor oder der zweite Detektor vorgesehen ist, den zweiten Lichtstrahl nach der Mehrzahl an Reflexionen als zweiten Rückstrahl zu erfassen, oder eine zweite Umlenkeinheit vorgesehen ist, die den zweiten Lichtstrahl nach der Mehrzahl an Reflexionen in entgegengesetzter Richtung zum Lichtstrahl zu einem zweiten Rückstrahl umlenkt und der zweite Rückstrahl dabei eine Anzahl an Reflexionen zwischen dritter Spiegelungseinheit und vierter Spiegelungseinheit durchführt und der Detektor oder der zweite Detektor den zumindest einen Rückstrahl nach der Anzahl an Reflexionen erfasst.For this purpose, a second light emitter unit and a second measurement volume are preferably provided in the measurement unit, with the second light emitter unit receiving the secondary primary beam and generating a second light beam from the secondary primary beam, which is sent through the second measurement volume to the detector or to a second detector. In a further variant of the invention, a third reflection unit with a third reflection plane is provided in the measuring unit, and the third reflection plane reflects the second light beam of the second light emitter unit as a second return beam and sends the second return beam to the detector or to the second detector. In a particularly advantageous embodiment, the second light emitter unit, like the at least one first light emitter unit, is designed as a double mirror with multiple reflections. In particular, a third reflection unit with a third reflection plane and a fourth reflection unit with a fourth reflection plane are provided in the measuring unit, the third reflection unit and the fourth reflection unit being arranged at a distance from one another and with reflection planes facing one another, and the second measurement volume between the third reflection unit and the second reflection unit, wherein the second light emitter unit emits the second light beam in the direction of the third reflection unit and at a second angle deviating from a normal to the third reflection plane, wherein the third reflection plane of the third reflection unit is configured to reflect the second light beam to the fourth reflection unit and the fourth reflection plane of the fourth reflection unit is designed to reflect the second light beam back to the third reflection unit, so that the second Li The light beam runs back and forth in a plurality of reflections between the third reflection unit and the fourth reflection unit, and that the detector or the second detector is provided to detect the second light beam as a second return beam after the plurality of reflections, or a second deflection unit is provided , which deflects the second light beam after the plurality of reflections in the opposite direction to the light beam to form a second return beam and the second return beam carries out a number of reflections between the third reflection unit and the fourth reflection unit and the detector or the second detector detects the at least one return beam according to the number detected by reflections.
Günstigerweise ist dabei der zweite Winkel des zweiten Lichtstrahls verstellbar. In this case, the second angle of the second light beam is advantageously adjustable.
In einer Variante der Erfindung ist die dritte Spiegelungsebene der dritten Spiegelungseinheit und/oder die vierte Spiegelungsebene der vierten Spiegelungseinheit durchgängig und/oder einstückig ausgebildet. In a variant of the invention, the third reflection plane of the third reflection unit and/or the fourth reflection plane of the fourth reflection unit is designed to be continuous and/or in one piece.
In einerweiteren Variante ist die dritte Spiegelungseinheit mit einer geteilten dritten Spiegelungsebene und/oder die vierte Spiegelungseinheit mit einer geteilten vierten Spiegelungsebene ausgeführt, wobei an einem geteilten Abschnitt einer geteilten dritten und/oder vierten Spiegelungsebene zumindest zwei Reflexionen des Lichtstrahls (4‘) oder Rückstrahls vorgesehen sind. Mit anderen Worten ist die dritte Spiegelungseinheit mit einer in zwei oder mehr Abschnitte geteilten dritten Spiegelungsebene und/oder die vierte Spiegelungseinheit mit einer in zwei oder mehr Abschnitte geteilten vierten Spiegelungsebene ausgeführt, wobei die Spiegelungsebenen bzw. deren Abschnitte so ausgeführt sind, dass bei bestimmungsgemäßer Verwendung zumindest zwei Reflexionen des Lichtstrahls oder Rückstrahls stattfinden. Vorzugsweise sind die dritte Spiegelungsebene der dritten Spiegelungseinheit und/oder die vierte Spiegelungsebene der vierten Spiegelungseinheit zumindest abschnittsweise koplanar angeordnet. In a further variant, the third reflection unit is designed with a divided third reflection plane and/or the fourth reflection unit with a divided fourth reflection plane, with at least two reflections of the light beam (4') or return beam being provided on a divided section of a divided third and/or fourth reflection plane are. In other words, the third mirroring unit is designed with a third mirroring plane divided into two or more sections and/or the fourth mirroring unit is designed with a fourth mirroring plane divided into two or more sections, the mirroring planes or their sections being designed such that when used as intended at least two reflections of the light beam or return beam take place. The third reflection plane of the third reflection unit and/or the fourth reflection plane of the fourth reflection unit are preferably arranged coplanar at least in sections.
In weiteren Ausführungsformen sind die dritte Spiegelungsebene der dritten Spiegelungseinheit und/oder die vierte Spiegelungsebene der vierten Spiegelungseinheit zumindest abschnittsweise planar oder gewölbt oder strukturiert ausgebildet. In further embodiments, the third reflection plane of the third reflection unit and/or the fourth reflection plane of the fourth reflection unit are designed to be planar or curved or structured, at least in sections.
In einer weiteren Variante der Erfindung ist in der Messeinheit zumindest eine Modulationseinheit vorgesehen, um den zumindest einen Lichtstrahl und/oder den zweiten Lichtstrahl und/oder den zumindest einen Rückstrahl und/oder den Hauptprimärstrahl und/oder einen Nebenprimärstrahl in einzelne Lichtpakete aufzuteilen. Mit anderen Worten ist zumindest eine Modulationseinheit vorgesehen, mit der kontinuierliche Lichtstrahlen in eine Vielzahl von separaten, voneinander getrennten Lichtpaketen aufteilbar sind. Wenn der zumindest eine Lichtstrahl und/oder der zweiten Lichtstrahl und/oder der zumindest einen Rückstrahl und/oder der Hauptprimärstrahl und/oder der Nebenprimärstrahl durch eine Modulationseinheit in einzelne Lichtpakete aufgeteilt wird, kann die Erfassung der Rückstrahlen im Detektor vereinfacht werden. Wenn die Lichtpakete zusätzlich zeitversetzt moduliert sind, können die zeitversetzten Lichtpakete vom Detektor erfasst werden, so dass eine Zeitdimension ermittelbar ist. Vorzugsweise sind daher zumindest zwei Lichtpakete zeitlich versetzt. So kann beispielsweise auf einfache Weise mittels eines Detektors ortsaufgelöst gemessen werden, wenn dieser zu einem Zeitpunkt immer nur ein Lichtpaket erhält. In a further variant of the invention, at least one modulation unit is provided in the measuring unit in order to split the at least one light beam and/or the second light beam and/or the at least one return beam and/or the main primary beam and/or a secondary primary beam into individual light packets. In other words, at least one modulation unit is provided, with which continuous light beams can be divided into a large number of separate light packets that are separate from one another. If the at least one light beam and/or the second light beam and/or the at least one return beam and/or the main primary beam and/or the secondary primary beam is divided into individual light packets by a modulation unit, the detection of the return beams in the detector can be simplified. If the light packets are additionally modulated with a time offset, the time-offset light packets can be detected by the detector, so that a time dimension can be determined. At least two packets of light are therefore preferably offset in time. For example, spatially resolved measurements can be carried out in a simple manner by means of a detector if it only ever receives one light packet at a time.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist in der Messeinheit zumindest eine Bildeinheit vorgesehen, um bei Vorhandensein einer Abgaswolke im Messvolumen zumindest einen Teil der Abgaswolke aus unterschiedlichen Richtungen aufzunehmen, wobei eine Auswerteeinheit vorhanden ist, um die mit der Bildeinheit aufgenommenen Abbildungen zu einem Abbild des zumindest einen Teils der Abgaswolke zu rekonstruieren und aus dem Abbild des zumindest einen Teils der Abgaswolke eine Gesamtdurchtrittsstrecke des Lichtstrahls und/oder des Rückstrahls durch die Abgaswolke im Messvolumen zu bestimmen, wobei der zumindest eine Detektor, der den Rückstrahl erfasst, eine Intensitätsabnahme des Rückstrahls aufgrund des zumindest einen gasförmigen oder festen Stoffes erfasst und die Auswerteeinheit vorgesehen ist, aus der Intensitätsabnahme und der ermittelten Gesamtdurchtrittsstrecke eine Konzentration des zumindest einen gasförmigen oder festen Stoffes im Messvolumen zu ermitteln. Das ermöglicht eine genauere Bestimmung einer Konzentration eines gasförmigen oder festen Stoffes im Messvolumen.In a particularly advantageous embodiment, at least one imaging unit is provided in the measuring unit in order to record at least part of the exhaust gas cloud from different directions when an exhaust gas cloud is present in the measuring volume, with an evaluation unit being present to convert the images recorded with the imaging unit into an image of the at least one to reconstruct part of the exhaust gas cloud and to determine a total passage distance of the light beam and/or the return beam through the exhaust gas cloud in the measurement volume from the image of at least part of the exhaust gas cloud, with the at least one detector that detects the return beam detecting a decrease in intensity of the return beam on the basis of the at least a gaseous or solid substance is detected and the evaluation unit is provided to determine a concentration of the at least one gaseous or solid substance in the measurement volume from the decrease in intensity and the determined total passage distance. This enables a more precise determination of a concentration of a gaseous or solid substance in the measurement volume.
Als Bildeinheit kann vorteilhaft eine Mehrzahl von Kameras und/oder eine oder mehrere Lidareinheiten verwendet werden. Die Mehrzahl der Kameras und/oder die eine oder mehrere Lidareinheiten sind dabei vorzugsweise an unterschiedlichen Positionen angeordnet. Mit anderen Worten sind die Mehrzahl der Kameras und/oder die eine oder mehrere Lidareinheiten auf eine Weise angeordnet, dass der Teil der Abgaswolke aus unterschiedlichen Raumrichtungen abbildbar ist. Auf diese Weise können sie den Teil der Abgaswolke aus unterschiedlichen Richtungen abbilden. A plurality of cameras and/or one or more lidar units can advantageously be used as the imaging unit. The majority of the cameras and/or the one or more lidar units are preferably in different positions arranged. In other words, the plurality of cameras and/or the one or more lidar units are arranged in such a way that the part of the exhaust gas cloud can be imaged from different spatial directions. In this way, they can image part of the exhaust cloud from different directions.
Um empfindliche Spiegelungsebenen der Spiegelungseinheiten vor Verschmutzung oder Beschädigung zu schützen, ist vorteilhafterweise eine Schutzfolie austauschbar über einer Spiegelungsebene einer Spiegelungseinheit angeordnet. Damit können notwendige Wartungsintervalle reduziert werden. In order to protect sensitive reflection planes of the reflection units from dirt or damage, a protective film is advantageously arranged in an exchangeable manner over a reflection plane of a reflection unit. This means that necessary maintenance intervals can be reduced.
Die Aufgabe der Erfindung wird außerdem durch ein eingangs genanntes Verfahren gelöst, bei dem ein Lichtstrahl durch eine Lichtemittereinheit in Richtung einer ersten Spiegelungsebene einer ersten Spiegelungseinheit und in einem von einer Normalen auf die erste Spiegelungsebene abweichenden ersten Winkel abgestrahlt wird, wobei der Lichtstrahl von der ersten Spiegelungseinheit zu einer beabstandeten zweiten Spiegelungseinheit mit einer zweiten Spiegelungsebene reflektiert wird und danach der Lichtstrahl von der zweiten Spiegelungseinheit wieder zur ersten Spiegelungseinheit reflektiert wird, und der Lichtstrahl eine Mehrzahl an Reflexionen im Messvolumen zwischen erster Spiegelungseinheit und zweiter Spiegelungseinheit durchführt und dabei das Messvolumen zwischen der ersten Spiegelungseinheit und der zweiten Spiegelungseinheit mehrfach durchdringt. Erfindungsgemäß wird der Lichtstrahl nach der Mehrzahl an Reflexionen von zumindest einem Detektor als Rückstrahl erfasst oder der Lichtstrahl wird an einem Umlenkspiegel zu einem Rückstrahl reflektiert und der Rückstrahl führt eine Anzahl an Reflexionen zwischen erster Spiegelungseinheit und zweiter Spiegelungseinheit durch und durchdringt dabei das Messvolumen mehrfach und der Rückstrahl wird nach der Anzahl an Reflexionen von dem zumindest einen Detektor erfasst, wobei die Mehrzahl an Reflexionen des Lichtstrahls durch Variieren des ersten Winkels verstellt wird, um die Mehrzahl an Reflexionen zwischen erster Spiegelungseinheit und zweiter Spiegelungseinheit einzustellen, wobei mit dem zumindest einen Detektor eine den zumindest einen gasförmigen oder festen Stoff charakterisierende Lichteigenschaft des Rückstrahls gemessen wird. The object of the invention is also achieved by a method mentioned at the outset, in which a light beam is emitted by a light emitter unit in the direction of a first reflection plane of a first reflection unit and at a first angle deviating from a normal to the first reflection plane, the light beam being emitted from the first reflection unit is reflected to a second reflection unit at a distance with a second reflection plane and then the light beam is reflected from the second reflection unit back to the first reflection unit, and the light beam carries out a plurality of reflections in the measurement volume between the first reflection unit and the second reflection unit and thereby the measurement volume between the first Mirroring unit and the second mirroring unit penetrates multiple times. According to the invention, after the plurality of reflections, the light beam is detected by at least one detector as a return beam, or the light beam is reflected on a deflection mirror to form a return beam and the return beam carries out a number of reflections between the first reflection unit and the second reflection unit, penetrating the measurement volume several times and the The return beam is detected by the at least one detector according to the number of reflections, with the plurality of reflections of the light beam being adjusted by varying the first angle in order to set the plurality of reflections between the first reflection unit and the second reflection unit, with the at least one detector being used to at least one gaseous or solid substance characterizing light property of the return beam is measured.
Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 7 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt The present invention is explained in more detail below with reference to FIGS. 1 to 7, which show advantageous configurations of the invention by way of example, schematically and not restrictively. while showing
Fig.1 das erfindungsgemäße Doppelspiegelsystem für Remote Sensing Anwendungen,1 shows the double mirror system according to the invention for remote sensing applications,
Fig.2 eine mögliche Ausführungsform in Form einer Mehrfachmessung, 2 shows a possible embodiment in the form of a multiple measurement,
Fig.3a eine Modulationseinheit, Fig.3b ein Intensitätsdiagramm der von der Modulationseinheit gemäß Fig. 3a generierten Lichtpakete, 3a a modulation unit, 3b shows an intensity diagram of the light packets generated by the modulation unit according to FIG. 3a,
Fig.4. eine Konzentrationsmessung mit erfindungsgemäßem Doppelspiegelsystem,Fig.4. a concentration measurement with the double mirror system according to the invention,
Fig.5. eine Schutzfolieneinheit für die Spiegelungseinheit, Fig.5. a protective film unit for the mirroring unit,
Fig.6 eine Ausführung einer Spiegelungseinheit mit geteilten Abschnitten der Spiegelungsebene und mit gewölbten Spiegelungsebenen, und 6 shows an embodiment of a reflection unit with divided sections of the reflection plane and with curved reflection planes, and
Fig.7 eine Ausführung mit gewölbten Spiegelungsebenen. 7 shows an embodiment with arched reflection planes.
Fig. 1 zeigt eine Ausführung der Erfindung. Die Messeinheit 1 ist ausgelegt zur Messung eines gasförmigen oder festen Stoffes in einem Messvolumen 7, welche beispielsweise von einem Fahrzeug im öffentlichen Raum mit einer Abgaswolke 31 ausgestoßen wird. Im Messvolumen 7 können verschiedenste gasförmige und feste (z.B. Partikel) Bestandteile Vorkommen. Beispielsweise kann in dem Messvolumen 7 eine Abgaswolke 31 eines Autos vorhanden sein. Die gasförmigen oder festen Stoffe im Messvolumen 7 können von jeder Art von Emissionsquelle, beispielsweise auf einer Oberfläche 8, stammen. Die Emissionsquelle kann ein Fahrzeug wie ein Personenkraftwagen (PKWs), Lastkraftwagen (LKWs), aber auch ein einspuriges Fahrzeug wie ein Motorrad, Motorfahrrad und ähnliches sein, welches einen Verbrennungsmotor aufweist. Emissionen einer anderen Emissionsquelle, wie Brennstoffzellen, welche im Regelfall nur Wasserdampf und keine Schadstoffe emittieren, können ebenfalls über eine solche Messeinheit 1 gemessen werden. Die Erfassung solcher Emissionsquellen 15 kann hilfreich sein, um beispielsweise den Anteil an Fahrzeugen mit niedrigen oder hohen Emissionswerten im Straßenverkehr zu ermitteln. Die Messung kann beispielsweise an einer Oberfläche 8 erfolgen, beispielsweise einer Straße, vorteilhafterweise in einem gewissen Abstand d über einer Oberfläche 8. Es ist aber auch vorstellbar, dass die Messeinheit 1 seitlich eines Messvolumens 7 angeordnet ist und die Messung parallel zur Oberfläche 8 erfolgt, oder dass die Messeinheit 1 auch in der Oberfläche 8 selbst verbaut ist. Auch Kombinationen von Messungen von mehreren Seiten sind vorstellbar. 1 shows an embodiment of the invention. The measuring unit 1 is designed to measure a gaseous or solid substance in a measuring volume 7, which is emitted, for example, by a vehicle in a public space with an exhaust gas cloud 31. A wide variety of gaseous and solid (e.g. particles) components can occur in the measurement volume 7 . For example, an exhaust gas cloud 31 of a car can be present in the measurement volume 7 . The gaseous or solid substances in the measurement volume 7 can come from any type of emission source, for example on a surface 8 . The emission source can be a vehicle such as passenger cars (cars), trucks (trucks), but also a single-track vehicle such as a motorcycle, moped and the like that has an internal combustion engine. Emissions from another emission source, such as fuel cells, which as a rule only emit water vapor and no pollutants, can also be measured using such a measuring unit 1 . The detection of such emission sources 15 can be helpful, for example to determine the proportion of vehicles with low or high emission values in road traffic. The measurement can be carried out, for example, on a surface 8, for example a street, advantageously at a certain distance d above a surface 8. However, it is also conceivable that the measuring unit 1 is arranged to the side of a measuring volume 7 and the measurement is carried out parallel to the surface 8, or that the measuring unit 1 is also built into the surface 8 itself. Combinations of measurements from several sides are also conceivable.
Neben der Anwendung in der Automobilindustrie, sind auch andere Anwendungen, in denen Abgaswolken 31 mit gasförmigen oder festen Stoffen als Emissionen entstehen, denkbar, beispielsweise in der Prozessindustrie. Hierbei können beispielsweise Emissionen in Schornsteinen gemessen werden, die Durchmesser von einigen Metern aufweisen können. Das Messvolumen 7 wäre dabei im Schornstein ausgebildet. In addition to use in the automobile industry, other applications in which exhaust gas clouds 31 with gaseous or solid substances are emitted as emissions are also conceivable, for example in the process industry. Here, for example, emissions can be measured in chimneys, which can have diameters of a few meters. The measurement volume 7 would be formed in the chimney.
Die Messeinheit 1 kann das Messvolumen 7 beispielsweise auch an anderen Orten abseits einer Oberfläche 8 messen, welche beispielsweise abstehend von einer Oberfläche oder auch vertieft zu einer Oberfläche angeordnet sind. Es ist vorstellbar, dass eine Messeinheit 1 in einem Messvolumen eine Abgaswolke eines Flugzeugs bei Start oder Landung auf einer Landepiste auf einem Flughafen misst. Auch ist es denkbar, dass eine Abgaswolke von einem Schiff, beispielsweise in einem Hafenbecken oder in einer Schleuse, gemessen wird. Die Erfindung ist nicht auf oben genannte Anwendungen limitiert, sondern alle Einsatzmöglichkeiten, die sich dem Fachmann erschließen, sind vorstellbar. The measuring unit 1 can, for example, also measure the measuring volume 7 at other locations away from a surface 8, which are arranged, for example, protruding from a surface or also recessed into a surface. It is conceivable that a measuring unit 1 measures an exhaust gas cloud from an aircraft during take-off or landing on a runway at an airport in a measuring volume. It is also conceivable that an exhaust gas cloud from a ship, for example in a harbor basin or in a lock, is measured. The invention is not limited to the applications mentioned above, but rather all possible uses that become apparent to a person skilled in the art are conceivable.
Die Abgaswolke 31 im Messvolumen 7 muss auch nicht zwingend von einem Fahrzeug stammen, sondern kann prinzipiell von jeglicher Emissionsquelle herrühren. Ein Beispiel ist eine Abgaswolke aus einem Industrieprozess, die beispielsweise an einem Schornstein abgegeben wird. The exhaust gas cloud 31 in the measuring volume 7 does not necessarily have to come from a vehicle either, but can in principle come from any emission source. An example is an exhaust cloud from an industrial process, which is discharged at a chimney, for example.
Die Stoffe im Messvolumen 7 können gasförmige Stoffe, wie Kohlendioxid (CO2), Kohlenmonoxid (CO), Stickoxide (NOx), Schwefeldioxid (SO2), gasförmige polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) und ähnliches sein. Es ist aber auch denkbar, Feststoffpartikel im Messvolumen 7, wie Rußpartikel, zu messen. Die Stoffe und deren Konzentrationen im Messvolumen 7 sind üblicherweise abhängig vom Typ des Kraftstoffes, vom Verbrennungsmotor, vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors und vom Status eines Katalysators oder Abgasnachbehandlungssystems (sofern vorhanden) oder auch von der Art des Industrieprozesses. Beispielsweise emittiert ein Verbrennungsmotor, der noch nicht auf Betriebstemperatur ist, oftmals eine höhere Konzentration an teilverbrannten Stoffen, wie polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, als bei normaler Betriebstemperatur. Ebenso werden bei unterschiedlichen Betriebszuständen (z.B. gegeben durch aktuelle Drehzahl und aktuelles Drehmoment) unterschiedliche Stoffe emittiert. The substances in the measuring volume 7 can be gaseous substances such as carbon dioxide (CO2), carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NOx), sulfur dioxide (SO2), gaseous polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) and the like. However, it is also conceivable to measure solid particles in the measuring volume 7, such as soot particles. The substances and their concentrations in the measuring volume 7 are usually dependent on the type of fuel, the internal combustion engine, the operating state of the internal combustion engine and the status of a catalytic converter or exhaust gas aftertreatment system (if present) or the type of industrial process. For example, an internal combustion engine that is not yet up to operating temperature often emits a higher concentration of partially combusted substances, such as polycyclic aromatic hydrocarbons, than at normal operating temperature. Likewise, different substances are emitted in different operating states (e.g. given by current speed and current torque).
Diese gasförmigen oder festen Stoffe im Messvolumen 7 sollen erfindungsgemäß gemessen werden. „Messen eines Stoffes“ kann dabei das Erkennen des Vorhandenseins des Stoffes im Messvolumen 7 bedeuten, aber auch das Messen einer Menge oder Konzentration des gasförmigen oder festen Stoffes im Messvolumen 7. According to the invention, these gaseous or solid substances in the measuring volume 7 are to be measured. "Measuring a substance" can mean detecting the presence of the substance in the measuring volume 7, but also measuring a quantity or concentration of the gaseous or solid substance in the measuring volume 7.
Eine Lichtemittereinheit 2 der Messeinheit 1 stellt erfindungsgemäß einen Lichtstrahl 4 mit vorgegebener Lichtintensität bereit. Die Lichtemittereinheit 2 kann den Lichtstrahl 4 selbst erzeugen, beispielsweise durch eine Lichtquelle 22 in der Lichtemittereinheit 2 (wie in Fig.1 ).According to the invention, a light emitter unit 2 of the measuring unit 1 provides a light beam 4 with a predetermined light intensity. The light emitter unit 2 can generate the light beam 4 itself, for example by a light source 22 in the light emitter unit 2 (as in FIG. 1).
Der Lichtstrahl 4 kann der Lichtemittereinheit 2 aber auch von extern zugeführt werden, beispielsweise von einer externen Lichtquelle 22 (wie in der Ausführung nach Fig.2). Der Lichtstrahl 4 kann der Lichtemittereinheit 2 beispielsweise über ein optisches System (z.B. mit Spiegeln, Prismen usw.) oder einen Lichtwellenleiter zugeführt werden. Das kann vorteilhaft sein, wenn eine Mehrzahl an Lichtemittereinheiten 2 in der Messeinheit 1 vorhanden sind. Dadurch kann eine einzelne Lichtquelle 22 die Mehrzahl an Lichtemittereinheiten 2 mit einem Lichtstrahl 4 versorgen. In diesem Fall kann die Lichtquelle 22 einen Hauptprimärstrahl 4.1 erzeugen und an die Lichtemittereinheit 2 senden, die diesen empfängt und als Lichtstrahl 4 abgibt. Unter Umständen kann die Lichtemittereinheit 2 den Hauptprimärstrahl 4.1 vor der Abgabe als Lichtstrahl 4 auch verändern, beispielsweise mit einem Monochromator. However, the light beam 4 can also be supplied to the light emitter unit 2 from the outside, for example from an external light source 22 (as in the embodiment according to FIG. 2). The light beam 4 can be fed to the light emitter unit 2, for example, via an optical system (eg with mirrors, prisms, etc.) or an optical waveguide. This can be advantageous if there are a plurality of light emitter units 2 in the measuring unit 1 . As a result, a single light source 22 can supply the plurality of light emitter units 2 with a light beam 4 . In this case, the light source 22 can generate a main primary beam 4.1 and send it to the light emitter unit 2, which transmits it receives and emits as a light beam 4. Under certain circumstances, the light emitter unit 2 can also change the main primary beam 4.1 before it is emitted as a light beam 4, for example with a monochromator.
Die Lichtemittereinheit 2 kann parallel zur Ebene der Oberfläche 8, normal zur Ebene der Oberfläche 8, oder auch in einem Winkel zur Ebene der Oberfläche 8 montiert sein. Je nach Messaufgabe kann ein Fachmann die Anordnung und Orientierung der Lichtemittereinheit 2 geeignet wählen. The light emitter unit 2 can be mounted parallel to the plane of the surface 8, normal to the plane of the surface 8, or also at an angle to the plane of the surface 8. Depending on the measurement task, a person skilled in the art can suitably select the arrangement and orientation of the light emitter unit 2 .
Die Lichtemittereinheit 2 kann als Lichtstrahl 4 beispielsweise monochromatisches Licht abgeben, z.B. in Form von Laserlicht, welches eine definierte Wellenlänge mit vorgegebener Lichtintensität aufweist. Beispielsweise können Quanten-Kaskaden-Laser (QCL) verwendet werden, es sind aber auch andere Typen und Kombinationen von Lasern vorstellbar, um verschiedene Wellenlängenbereiche abzudecken. Es ist auch denkbar, dass die Lichtemittereinheit 2 eine polychromatisch emittierende Lampe aufweist, wie eine Lampe im Ultraviolett- (UV) oder auch im Infrarotbereich (IR). Ebenfalls ist ein Monochromator in der Lichtemittereinheit 2 oder an anderer geeigneter Stelle der Vorrichtung 1 denkbar, um gezielt Wellenlängen zu selektieren. Ein Monochromator kann beispielsweise ein Bragg-Gitter, ein Prisma, ein beweglicher Spiegel oder ein optischer Filter sein. The light emitter unit 2 can, for example, emit monochromatic light as the light beam 4, e.g. in the form of laser light, which has a defined wavelength with a predetermined light intensity. For example, quantum cascade lasers (QCL) can be used, but other types and combinations of lasers are also conceivable in order to cover different wavelength ranges. It is also conceivable that the light emitter unit 2 has a polychromatically emitting lamp, such as a lamp in the ultraviolet (UV) or also in the infrared range (IR). A monochromator in the light emitter unit 2 or at another suitable point of the device 1 is also conceivable in order to select wavelengths in a targeted manner. A monochromator can be, for example, a Bragg grating, a prism, a movable mirror or an optical filter.
Die Lichtemittereinheit 2 ist dazu eingerichtet bzw. vorgesehen, den Lichtstrahl 4 zu einer ersten Spiegelungseinheit 3 der Messeinheit 1 mit einer ersten Spiegelungsebene 3.1 zu lenken. The light emitter unit 2 is set up or provided to direct the light beam 4 to a first reflection unit 3 of the measuring unit 1 with a first reflection plane 3.1.
Die erste Spiegelungsebene 3.1 kann parallel zur Ebene der Oberfläche 8, normal zur Ebene der Oberfläche 8, oder auch in einem anderen Winkel zur Ebene der Oberfläche 8 ausgerichtet sein, und auch abhängig von der Orientierung des Lichtstrahls 4, welcher von der Lichtemittereinheit 2 abgegeben wird, angeordnet sein. In einer möglichen Ausgestaltung kann die erste Spiegelungseinheit 3 auch in einer Oberfläche 8, beispielsweise in einer Straße, angeordnet bzw. montiert sein. The first reflection plane 3.1 can be aligned parallel to the plane of the surface 8, normal to the plane of the surface 8, or also at a different angle to the plane of the surface 8, and also depending on the orientation of the light beam 4, which is emitted by the light emitter unit 2 , be arranged. In one possible configuration, the first reflection unit 3 can also be arranged or mounted in a surface 8, for example in a street.
In der Messeinheit 1 ist eine zweite Spiegelungseinheit 5 mit einer zweiten Spiegelungsebene 5.1 vorgesehen. Die zweite Spiegelungseinheit 5 ist in einem Abstand d von der ersten Spiegelungseinheit 3 beabstandet derart angeordnet, dass die erste Spiegelungsebene 3.1 und die zweite Spiegelungsebene 5.1 einander zugewandt angeordnet sind. Vorzugsweise sind die erste Spiegelungsebene 3.1 und die zweite Spiegelungseben 5.1 parallel verlaufend angeordnet. Besonders vorzugsweise sind die erste Spiegelungsebene 3.1 und die zweite Spiegelungseben 5.1 parallel verlaufend und gleich orientiert angeordnet. Gleich orientiert bedeutet hier, dass eine Längsachse der ersten Spiegelungsebene 3.1 in die gleiche Richtung verläuft wie eine Längsachse der zweiten Spiegelungsebene 5.1. Zwischen der ersten Spiegelungseinheit 3 und der zweiten Spiegelungseinheit 5 ist das Messvolumen 7 ausgebildet. A second reflection unit 5 with a second reflection plane 5.1 is provided in the measuring unit 1. The second reflection unit 5 is arranged at a distance d from the first reflection unit 3 such that the first reflection plane 3.1 and the second reflection plane 5.1 are arranged facing one another. The first reflection plane 3.1 and the second reflection plane 5.1 are preferably arranged running parallel. Particularly preferably, the first reflection plane 3.1 and the second reflection plane 5.1 are arranged running parallel and oriented in the same way. Oriented in the same way here means that a longitudinal axis of the first reflection plane 3.1 runs in the same direction as a longitudinal axis of the second reflection plane 5.1. The measurement volume 7 is formed between the first reflection unit 3 and the second reflection unit 5 .
Die Lichtemittereinheit 2 strahlt den Lichtstrahl 4 in einem definierten ersten Winkel a ab, welcher erster Wnkel a von einer Normalen auf die ersten Spiegelungsebene 3.1 der ersten Spiegelungseinheit 3 abweicht. Der Lichtstrahl 4 trifft auf der ersten Spiegelungsebene 3.1 auf und wird aufgrund des von der Normalen abweichenden Einfallswinkels von der ersten Spiegelungsebene 3.1 der ersten Spiegelungseinheit 3 in einem von der Normalen auf die erste Spiegelungsebene 3.1 abweichenden Wnkel reflektiert und zur zweiten Spiegelungsebene 5.1 der zweiten Spiegelungseinheit 5 gelenkt. An der zweiten Spiegelungsebene 5.1 wird der Lichtstrahl 4 erneut zur ersten Spiegelungsebene 3.1 reflektiert. Der Lichtstrahl 4 läuft damit zwischen der ersten Spiegelungsebene 3.1 und der zweiten Spiegelungsebene 5.1 hin und her, beispielsweise entlang deren Längsachsen.The light emitter unit 2 emits the light beam 4 at a defined first angle a, which first angle a deviates from a normal to the first reflection plane 3.1 of the first reflection unit 3. The light beam 4 strikes the first reflection plane 3.1 and, due to the angle of incidence deviating from the normal, is reflected from the first reflection plane 3.1 of the first reflection unit 3 at an angle deviating from the normal to the first reflection plane 3.1 and to the second reflection plane 5.1 of the second reflection unit 5 steered. At the second reflection plane 5.1, the light beam 4 is reflected again to the first reflection plane 3.1. The light beam 4 thus runs back and forth between the first reflection plane 3.1 and the second reflection plane 5.1, for example along their longitudinal axes.
Die erste Spiegelungseinheit 3 und die zweite Spiegelungseinheit 5 sind erfindungsgemäß so angeordnet und ausgeführt, dass eine Mehrzahl n>1 an Reflexionen zwischen der ersten Spiegelungseinheit 3 und der zweiten Spiegelungseinheit 5, konkret zwischen der ersten Spiegelungsebene 3.1 und der zweiten Spiegelungsebene 5.1, ausgeführt wird. Das kann auf einfache Weise erreicht werden, wenn die Spiegelungsebenen 3.1, 5.1 parallel zueinander angeordnet sind und die Ausdehnungen (z.B. Breite B und Länge L) der Spiegelungsebenen 3.1, 5.1 hinreichend groß sind. Die Längsachsen der Spiegelungsebenen 3.1, 5.1 erstrecken sich dabei entlang der Länge L. Eine geeignete Anordnung und Ausdehnung kann anwendungsbezogen gewählt werden und liegt im Können des Fachmanns. Damit durchwandert der Lichtstrahl 4 das Messvolumen 7 aufgrund der mehrfachen Reflexionen an den Spiegelungsebenen 3.1, 5.1 mehrfach. Mit anderen Worten durchwandert der Lichtstrahl 4 aufgrund des Eintreffens in dem von der Normalen auf die erste Spiegelungsebene 3.1 unterschiedlichen ersten Wnkel a das Messvolumen 7 mehrfach mit einem zickzackartigen Verlauf. The first mirroring unit 3 and the second mirroring unit 5 are arranged and designed according to the invention in such a way that a plurality n>1 of reflections is carried out between the first mirroring unit 3 and the second mirroring unit 5, specifically between the first mirroring plane 3.1 and the second mirroring plane 5.1. This can be achieved in a simple manner if the reflection planes 3.1, 5.1 are arranged parallel to one another and the dimensions (e.g. width B and length L) of the reflection planes 3.1, 5.1 are sufficiently large. The longitudinal axes of the planes of reflection 3.1, 5.1 extend along the length L. A suitable arrangement and extent can be selected depending on the application and is within the skill of the person skilled in the art. The light beam 4 thus travels through the measurement volume 7 several times due to the multiple reflections at the reflection planes 3.1, 5.1. In other words, the light beam 4 wanders through the measuring volume 7 several times with a zigzag course due to the arrival in the first angle a, which differs from the normal to the first reflection plane 3.1.
Die Mehrzahl n der Reflexionen wird über den durch die Lichtemittereinheit 2 eingestellten bzw. einstellbaren Wnkel a des Lichtstrahls 4 bestimmt. Je mehr sich der erste Wnkel a der Normalen auf die erste Spiegelungsebene 3.1 nähert, umso mehr Reflexionen sind möglich. Die Mehrzahl n der Reflexionen ist dabei insbesondere begrenzt durch die Länge L der Spiegelungsebenen 3.1, 5.1. The plurality n of the reflections is determined via the angle a of the light beam 4 that is set or can be set by the light emitter unit 2 . The more the first angle a approaches the normal to the first reflection plane 3.1, the more reflections are possible. The plurality n of reflections is in particular limited by the length L of the reflection planes 3.1, 5.1.
Der erste Wnkel a kann mit einer Positioniereinheit 27 in der Lichtemittereinheit 2 eingestellt werden bzw. ist durch eine solche Positioniereinheit 27 einstellbar. Eine solche Positioniereinheit 27 kann beispielsweise ein x-y Galvanometer oder auch ein mit einem Aktuator verstellbarer Spiegel (ein sogenanntes Digital Mirror Device) sein. Je nach erwarteter Abgaswolke 31 in einem Messvolumen 7 und/oder je nach angestrebter Sensitivität der Messung kann daher die Mehrzahl n der Reflexionen variabel eingestellt werden. Die Mehrzahl n der Reflexionen entspricht dann einer gesamten optischen Gesamtdurchtrittsstrecke x, welche der Lichtstrahl 4 mit der Mehrzahl n der Reflexionen durch das Messvolumen 7 zurücklegt. Das ist in Fig. 1 mit den einzelnen Durchtrittsstrecken xi bis xn angedeutet, wobei die Gesamtdurchtrittsstrecke x die Summe der einzelnen Durchtrittstrecken xi bis xn ist. Das ist vorteilhaft, da der Lichtstrahl 4 somit das Messvolumen 7 mehrfach passieren kann, und damit über die integrale Messung eine höhere Sensitivität der Messung eines gasförmigen oder festen Stoffes im Messvolumen 7 erreicht werden kann. Das kann sich auch in einer Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses niederschlagen, weil größere Messsignale möglich sind. Damit kann eine höhere Messqualität erreicht werden. The first angle a can be adjusted with a positioning unit 27 in the light emitter unit 2 or can be adjusted by such a positioning unit 27 . Such a positioning unit 27 can be, for example, an xy galvanometer or also a mirror that can be adjusted with an actuator (a so-called digital mirror device). Depending on the expected exhaust gas cloud 31 in a measurement volume 7 and/or depending on the desired sensitivity of the measurement, the plurality n of the reflections can therefore be set variably. The plurality n of reflections then corresponds to a total optical passage distance x, which the light beam 4 travels through the measurement volume 7 with the plurality n of reflections. This is indicated in FIG. 1 with the individual passage distances xi to x n , the total passage distance x being the sum of the individual passage distances xi to x n . This is advantageous because the light beam 4 can thus pass through the measurement volume 7 several times, and a higher sensitivity of the measurement of a gaseous or solid substance in the measurement volume 7 can thus be achieved via the integral measurement. This can also be reflected in an improvement in the signal-to-noise ratio because larger measurement signals are possible. A higher measurement quality can thus be achieved.
Es ist eine bevorzugte Ausführung, dass sämtliche der Mehrzahl n der Reflexionen zwischen durchgängig, einstückig ausgeführten Spiegelungsebenen 3.1, 5.1 erfolgen, wie z.B. in Fig.1 und 2 zu erkennen ist. In einer Variante der Erfindung ist zumindest eine der Spiegelungsebenen 3.1, 5.1 geteilt ausgeführt, also nicht durchgängig einstückig, wobei aber an jedem geteilten Abschnitt einer geteilt ausgeführten Spiegelungsebene 3.1, 5.1 der Lichtstrahl 4 oder der Rückstrahl 14 bei jedem Winkel a zumindest zweimal reflektiert wird. Jeder geteilte Abschnitt einer geteilt ausgeführten Spiegelungsebene 3.1, 5.1 muss daher eine entsprechende Länge aufweisen, damit die zumindest zwei Reflexionen möglich sind. Mit anderen Worten ist jede Spiegelungsebene 3.1, 5.1 einstückig oder aus zwei oder mehr Abschnitten ausgeführt, wobei auf jeder Spiegelungsebene 3.1, 5.1 bzw. jedem Abschnitt einer Spiegelungsebene 3.1, 5.1 bei bestimmungsgemäßer Verwendung der Messeinheit zumindest zwei oder mehr Reflexionen der Mehrzahl n an Reflexionen stattfinden. In a preferred embodiment, all of the plurality n of reflections take place between continuous, one-piece reflection planes 3.1, 5.1, as can be seen, for example, in FIGS. In one variant of the invention, at least one of the reflection planes 3.1, 5.1 is divided, i.e. not continuously in one piece, but the light beam 4 or the return beam 14 is reflected at least twice at each divided section of a divided reflection plane 3.1, 5.1 at each angle a. Each divided section of a divided reflection plane 3.1, 5.1 must therefore have a corresponding length so that the at least two reflections are possible. In other words, each reflection plane 3.1, 5.1 is made in one piece or from two or more sections, with at least two or more reflections of the plurality n of reflections taking place on each reflection plane 3.1, 5.1 or each section of a reflection plane 3.1, 5.1 when the measuring unit is used as intended .
Die Spiegelungsebenen 3.1, 5.1 müssen auch nicht zwingend koplanar ausgeführt sein, wie z.B. in Fig. 1, sondern können auch zumindest abschnittsweise, in einem bestimmten Wnkel zueinander angeordnet sein, um eine zusätzlich Richtwirkung der Reflexionsrichtung zu erzielen. Das gilt in gleicherweise auch für einen geteilten Abschnitt einer geteilt ausgeführten Spiegelungsebene 3.1, 5.1. The reflection planes 3.1, 5.1 do not necessarily have to be coplanar, as for example in FIG. 1, but can also be arranged at a certain angle to one another, at least in sections, in order to achieve an additional directivity of the reflection direction. This also applies in the same way to a divided section of a mirroring plane 3.1, 5.1 designed to be divided.
Eine Spiegelungsebene 3.1, 5.1 ist nicht zwingend planar ausgeführt, sondern kann, zumindest abschnittsweise, auch gewölbt sein, um das Reflexionsverhalten gezielt zu beeinflussen. Beispielsweise kann eine Spiegelungsebene 3.1 , 5.1 , oder ein Abschnitt davon, zumindest abschnittsweise konkav, konvex, sphärisch oder auch strukturiert sein.A reflection plane 3.1, 5.1 is not necessarily designed to be planar, but can also be curved, at least in sections, in order to influence the reflection behavior in a targeted manner. For example, a reflection plane 3.1, 5.1, or a section thereof, can be concave, convex, spherical or else structured, at least in sections.
Das gilt in gleicher Weise auch für einen geteilten Abschnitt einer geteilt ausgeführten Spiegelungsebene 3.1, 5.1. Beispielsweise zeigt Fig. 6 eine erste Spiegelungseinheit 3 mit einer geteilten Spiegelungsebene 3.1, die aus zwei geteilten Abschnitten 3.1a, 3.1b besteht. Die zwei geteilten Abschnitte 3.1a, 3.1b bilden konkave Spiegelelemente aus, beispielsweise in Form von nach innen gewölbten Hohlspiegeln in Form eines Rotationsparaboloids. Die zweite Spiegelungseinheit 5 weist eine durchgängige, einstückige Spiegelungsebene 5.1 auf. Auch die zweite Spiegelungsebene 5.1 ist als konkaves Spiegelelement ausgebildet, beispielsweise in Form eines nach innen gewölbten Hohlspiegels in Form eines Rotationsparaboloids. In dieser Ausführung sind die Krümmungsradien der Abschnitte 3.1a, 3.1b der ersten Spiegelungsebene 3.1 und der zweiten Spiegelungsebene 5.1 vorzugsweise gleich. In dieser Ausführung erfolgt die mehrfache Reflexion an den Abschnitten 3.1a, 3.1b der ersten Spiegelungsebene 3.1 jeweils an derselben Stelle. Der Abstand zwischen den Spiegelungsebenen 3.1 (3.1a, 3.1b), 5.1 entspricht vorzugsweise dem Krümmungsradius der gekrümmten Spiegelungsebene 5.1. Der Winkel a und damit die Anzahl der Reflexionen kann beispielsweise mit einer Positioniereinheit 27 (in Fig.6 nicht dargestellt) durch Verstellung der Ausrichtung (z.B. ein Kippwinkel) der Abschnitte 3.1a, 3.1b der ersten Spiegelungsebene 3.1 erfolgen. This also applies in the same way to a split section of a split reflection plane 3.1, 5.1. For example, FIG. 6 shows a first reflection unit 3 with a divided reflection plane 3.1, which consists of two divided sections 3.1a, 3.1b. The two divided sections 3.1a, 3.1b form concave mirror elements, for example in the form of inwardly curved concave mirrors in the form of a paraboloid of revolution. The second reflection unit 5 has a continuous, one-piece reflection plane 5.1. The second reflection plane 5.1 is also designed as a concave mirror element, for example in the form of an inwardly curved concave mirror in the form of a paraboloid of revolution. In this embodiment, the radii of curvature of the sections 3.1a, 3.1b of the first reflection plane 3.1 and the second reflection plane 5.1 are preferably the same. In this embodiment, the multiple reflections on the sections 3.1a, 3.1b of the first reflection plane 3.1 each take place at the same point. The distance between the reflection planes 3.1 (3.1a, 3.1b), 5.1 preferably corresponds to the radius of curvature of the curved reflection plane 5.1. The angle a and thus the number of reflections can take place, for example, with a positioning unit 27 (not shown in FIG. 6) by adjusting the orientation (eg a tilting angle) of the sections 3.1a, 3.1b of the first reflection plane 3.1.
In der Ausführung nach Fig. 7 sind Spiegelungseinheiten 3, 5 mit durchgängigen, einstückigen Spiegelungsebenen 3.1, 5.1 vorgesehen, wobei die Spiegelungsebenen 3.1,In the embodiment according to FIG. 7, reflective units 3, 5 are provided with continuous, one-piece reflective planes 3.1, 5.1, with the reflective planes 3.1,
5.1 sphärisch (Kugeloberfläche) geformt sind. Eine sphärische Spiegelungsebene 3.1, 5.1 ist einfacher in der Herstellung. Der Lichtstrahl 4 kann beispielsweise, wie in Fig. 7 dargestellt, durch ein Loch einer der Spiegelungsebenen 3.1, 5.1 ein- und/oder ausgekoppelt werden, könnte aber auch seitlich ein- und/oder ausgekoppelt werden. Der Wnkel a und damit die Anzahl der Reflexionen kann mit einer Positioniereinheit 27 (in Fig. 7 nicht dargestellt) beispielsweise durch Verstellung des Abstandes zwischen den beiden Spiegelungsebenen 3.1, 5.1, eingestellt werden. 5.1 spherical (spherical surface) are formed. A spherical reflection plane 3.1, 5.1 is easier to manufacture. The light beam 4 can, for example, as shown in FIG. 7, be coupled in and/or out through a hole in one of the reflection planes 3.1, 5.1, but could also be coupled in and/or out from the side. The angle a and thus the number of reflections can be adjusted with a positioning unit 27 (not shown in FIG. 7), for example by adjusting the distance between the two reflection planes 3.1, 5.1.
In der Messeinheit 1 ist ferner ein Detektor 21 angeordnet. Der Detektor 21 misst zumindest eine Lichteigenschaft eines damit erfassten Lichtstrahls, die den zu messenden gasförmigen oder festen Stoff charakterisiert. Als Lichteigenschaft kann beispielsweise eine Lichtintensität oder eine Wellenlänge oder eine beliebige andere messbare Lichteigenschaft gemessen werden. Aus der gemessenen Lichteigenschaft kann dann auf den gasförmigen oder festen Stoff geschlossen werden, beispielsweise auf ein Vorhandensein des Stoffes, eine Menge oder eine Konzentration des Stoffes. A detector 21 is also arranged in the measuring unit 1 . The detector 21 measures at least one light property of a light beam detected with it, which characterizes the gaseous or solid substance to be measured. For example, a light intensity or a wavelength or any other measurable light property can be measured as a light property. The gaseous or solid substance can then be inferred from the measured light property, for example the presence of the substance, a quantity or a concentration of the substance.
Nach der letzten der Mehrzahl n an Reflexionen kann der zwischen der ersten Spiegelungseinheit 3 und der zweiten Spiegelungseinheit 5 austretende Lichtstrahl 4 als Rückstrahl 14 zum Detektor 21 geleitet und vom Detektor 21 erfasst werden (wie in der Ausführung nach Fig.1 ), um eine Lichteigenschaft des Rückstrahls 14 zu messen. Dazu kann der Detektor 21 an geeigneter Stelle an der ersten Spiegelungseinheit 3 oder der zweiten Spiegelungseinheit 5 angeordnet sein. Der Detektor 21 kann aber auch an anderer geeigneter Stelle angeordnet sein und der Rückstrahl 14 kann entweder direkt oder über ein optisches System (beispielsweise ein Spiegelsystem oder ein Lichtwellenleiter) zum Detektor 21 geleitet werden. Es kann an der ersten Spiegelungseinheit 3 oder der zweiten Spiegelungseinheit 5 aber auch ein Umlenkeinheit 11 (z.B. ein Umlenkspiegel) angeordnet sein, um den Lichtstrahl 4 als Rückstrahl 14 zu einem Detektor 12 zu lenken, entweder direkt oder über ein optisches System. After the last of the plurality n of reflections, the light beam 4 emerging between the first reflection unit 3 and the second reflection unit 5 can be directed as a return beam 14 to the detector 21 and detected by the detector 21 (as in the embodiment according to FIG of the return beam 14 to measure. For this purpose, the detector 21 at a suitable location on the first reflection unit 3 or the second mirroring unit 5 can be arranged. However, the detector 21 can also be arranged at another suitable location and the return beam 14 can be guided to the detector 21 either directly or via an optical system (for example a mirror system or an optical waveguide). However, a deflection unit 11 (eg a deflection mirror) can also be arranged on the first reflection unit 3 or the second reflection unit 5 in order to direct the light beam 4 as a return beam 14 to a detector 12, either directly or via an optical system.
Es kann aber auch vorgesehen sein, den Lichtstrahl 4 nach der Mehrzahl n Reflexionen in Richtung der Lichtemittereinheit 2 zurückzulenken und dort in Richtung des Detektors 21 weiter zu lenken, wobei der Detektor 21 auch in der Lichtemittereinheit 2 angeordnet sein kann. Das kann beispielsweise über eine Umlenkeinheit 11 erfolgen, die in der Messeinheit 1 am gegenüberliegenden Ende der Lichtemittereinheit 2 angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Umlenkeinheit 11 so ausgeführt, dass ein eintreffender Lichtstrahl 4 entgegen seiner Einstrahlrichtung reflektiert wird. Die Orientierung des von der Umlenkeinheit 11 reflektierten Strahls fällt damit mit dem einfallenden Lichtstrahl 4 zusammen, ist aber in der entgegengesetzten Richtung orientiert. Durch die Reflexion an der Umlenkeinheit 11 wird in dieser Ausführung somit ein Rückstrahl 14 erzeugt, welcher vorzugsweise den gleichen optischen Weg wie der Lichtstrahl 4 zur Lichtemittereinheit 2 zurücknimmt. However, provision can also be made for the light beam 4 to be deflected back in the direction of the light emitter unit 2 after the plurality n reflections and to be deflected further there in the direction of the detector 21 , with the detector 21 also being able to be arranged in the light emitter unit 2 . This can be done, for example, via a deflection unit 11 that is arranged in the measuring unit 1 at the opposite end of the light emitter unit 2 . The deflection unit 11 is preferably designed in such a way that an incoming light beam 4 is reflected in the opposite direction to its direction of incidence. The orientation of the beam reflected by the deflection unit 11 thus coincides with the incident light beam 4, but is oriented in the opposite direction. In this embodiment, the reflection at the deflection unit 11 produces a return beam 14 which preferably takes the same optical path as the light beam 4 back to the light emitter unit 2 .
Der Rückstrahl 14 läuft damit ebenfalls in einer Anzahl m>1 von Reflexionen zwischen der ersten Spiegelungseinheit 3 und der zweiten Spiegelungseinheit hin und her. Es ist allerdings durchaus denkbar, dass die Anzahl m der Reflexionen des Rückstrahls 14 und die Mehrzahl n der Reflexionen des Lichtstrahls 4 unterschiedlich sind. The return beam 14 thus also travels back and forth in a number m>1 of reflections between the first reflection unit 3 and the second reflection unit. However, it is entirely conceivable that the number m of reflections of the return beam 14 and the plurality n of reflections of the light beam 4 are different.
Die Umlenkeinheit 11 kann auch variabel ausgeführt sein, um die Anzahl der Reflexionen des Rückstrahls 14 einzustellen, auch abhängig vom ersten Winkel a des Lichtstrahls 4. Es kann auch vorgesehen sein, eine Mehrzahl an Umlenkeinheiten 11 in der Messeinheit 1 vorzusehen. Damit kann je nach Mehrzahl n an Reflexionen des Lichtstrahls 2 ein anderer Umlenkspiegel 11 zur Reflexion gewählt werden, welcher passend ist. The deflection unit 11 can also be variable in order to adjust the number of reflections of the return beam 14, also depending on the first angle a of the light beam 4. Provision can also be made for a plurality of deflection units 11 to be provided in the measuring unit 1. Depending on the number n of reflections of the light beam 2, another deflection mirror 11 can be selected for reflection, which is suitable.
Es kann auch eine Mehrzahl an Detektoren 21 vorgesehen sein. Jeder Detektor 21 kann dabei passend zu einem bestimmten ersten Winkel a des Lichtstrahls 4 angeordnet sein. Damit ist jeder Detektor 21 einem bestimmten ersten Winkel a zugeordnet. Über eine Mehrzahl an Detektoren 21 können somit eine Vielzahl von verschiedenen, über den ersten Wickel a eingestellten, Lichtstrahlen 4 erfasst werden, wobei eine unterschiedliche Mehrzahl n an Reflexionen durchgeführt werden. A plurality of detectors 21 can also be provided. Each detector 21 can be arranged to match a specific first angle a of the light beam 4 . Each detector 21 is thus assigned to a specific first angle a. A multiplicity of different light beams 4 adjusted via the first winding a can thus be detected via a multiplicity of detectors 21, with a different multiplicity n of reflections being carried out.
Es ist auch denkbar, dass von der Lichtemittereinheit 2 gleichzeitig mehrere Lichtstrahlen 4 mit unterschiedlichen ersten Winkeln a abgegeben werden, die in einer Mehrzahl n von Reflexionen zwischen der ersten Spiegelungseinheit 3 oder der zweiten Spiegelungseinheit 5 hin- und herlaufen. Dazu können in der Lichtemittereinheit 2 mehrere Positioniereinheiten 27 vorgesehen sein oder eine Positioniereinheit 27, die zwischen den verschiedenen ersten Winkeln a umschaltet. Im letztgenannten Fall würde man die Lichtstrahlen 4 in Form von einzelnen Lichtpaketen aussenden. Durch die mehreren Lichtstrahlen 4 werden auch mehrere Rückstrahlen 14 erzeugt, die wie oben beschrieben zu verschiedenen Detektoren 21 oder zum gleichen Detektor 21 geleitet und dort erfasst werden können. It is also conceivable that the light emitter unit 2 simultaneously emits a plurality of light beams 4 with different first angles a, which are reflected in a plurality n of reflections between the first reflection unit 3 or the second reflection unit 5 walking back and forth. For this purpose, several positioning units 27 can be provided in the light emitter unit 2 or one positioning unit 27 that switches between the different first angles a. In the latter case, the light beams 4 would be emitted in the form of individual light packets. The multiple light beams 4 also generate multiple return beams 14 which, as described above, can be directed to different detectors 21 or to the same detector 21 and can be detected there.
Diese mehreren Lichtstrahlen 4 können beispielsweise mit einer optischen Multiplexereinheit erzeugt werden. Die Multiplexereinheit kann beispielsweise als elektrische oder elektro optische Schaltung ausgeführt sein, welche den Lichtstrahl 4 (alternativ und äquivalent auch den Hauptprimärstrahl 4.1 oder einen Nebenprimärstrahl 12) in eine Mehrzahl an einzelnen Lichtstrahlen aufteilt. Ein Lichtstrahl 4 wird somit mit der Multiplexereinheit vervielfacht. These multiple light beams 4 can be generated with an optical multiplexer unit, for example. The multiplexer unit can be designed, for example, as an electrical or electro-optical circuit, which splits the light beam 4 (alternatively and equivalently also the main primary beam 4.1 or a secondary primary beam 12) into a plurality of individual light beams. A light beam 4 is thus multiplied with the multiplexer unit.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann der zumindest eine Detektor 21 die aufgrund des zumindest einen gasförmigen oder festen Stoffes reduzierte Lichtintensität des zumindest einen erfassten Rückstrahls 14 messen und in eine Absorption eines gasförmigen Stoffes umrechnen, beispielsweise mittels einer vorher durchgeführten Referenzmessung im Detektor 21, welche in Abwesenheit eines Stoffes in Messvolumen 7 durchgeführt wird. Eine solche Referenzmessung kann auch in regelmäßigen Intervallen oder bedarfsweise erfolgen. Auch eine Abschwächung der Lichtintensität aufgrund eines festen Stoffes, beispielsweise aufgrund Streuung, kann auf diese Weise erfasst werden. Es kann aber auch eine Abschwächung der Lichtintensität des erfassten Rückstrahls 14 bezogen auf die Lichtintensität des von der Lichtemittereinheit 2 abgegebenen Lichtstrahls 4 ermittelt werden.In an advantageous embodiment of the invention, the at least one detector 21 can measure the reduced light intensity of the at least one detected return beam 14 due to the at least one gaseous or solid substance and convert it into an absorption of a gaseous substance, for example by means of a previously performed reference measurement in detector 21, which is carried out in the absence of a substance in the measuring volume 7. Such a reference measurement can also take place at regular intervals or as required. A weakening of the light intensity due to a solid substance, for example due to scattering, can also be detected in this way. However, a weakening of the light intensity of the detected return beam 14 in relation to the light intensity of the light beam 4 emitted by the light emitter unit 2 can also be determined.
Es ist auch möglich, dass die Auswertung am zumindest einen Detektor 21 wellenlängenabhängig erfolgt und so eine spektroskopische Auswertung von einer Anzahl an gasförmigen oder festen Stoffen realisierbar ist. Das ist vorteilhaft, wenn eine Mehrzahl an gasförmigen oder festen Stoffen gleichzeitig gemessen werden soll. It is also possible for the evaluation to be carried out on at least one detector 21 as a function of the wavelength, so that a spectroscopic evaluation of a number of gaseous or solid substances can be implemented. This is advantageous if a number of gaseous or solid substances are to be measured simultaneously.
Fig. 2 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung. In dieser Ausgestaltung sind eine Lichtquelle 22 und ein Detektor 21 außerhalb der Lichtemittereinheit 2 ausgebildet und beide sind in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Die Lichtquelle 22 emittiert einen Hauptprimärstrahl 4.1, der zu der Lichtemittereinheit 2 gelenkt wird. Das kann über eine Lichttransporteinheit, wie ein Lichtwellenleiter oder ein Spiegelsystem oder ein anderes optisches System, erfolgen. Die Lichtquelle 22 kann aber auch in der Lichtemittereinheit 2 angeordnet sein und den Hauptprimärstrahl 4.1 erzeugen. Die zweite Spiegelungseinheit 5 mit der zweiten Spiegelungsebene 5.1 , die der ersten Spiegelungsebene 3.1 zugewandt ist, ist in einem ersten Abstand di von der Spiegelungseinheit 3 mit der ersten Spiegelungsebene 3.1 angeordnet. Der Abstand di kann anwendungsbezogen gewählt werden, beispielsweise abhängig von den durchfahrenden Fahrzeugen, aber auch von der Richtung der Messung. Der Abstand di kann beispielsweise geringer sein, wenn eine Messung parallel zu Oberfläche 8 durchgeführt wird, und kann höher sein, wenn normal auf die Oberfläche 8 gemessen wird. 2 shows an advantageous embodiment of the invention. In this embodiment, a light source 22 and a detector 21 are formed outside the light emitting unit 2 and both are housed in a common housing. The light source 22 emits a main primary beam 4.1 which is directed to the light emitter unit 2. FIG. This can take place via a light transport unit, such as an optical waveguide or a mirror system or another optical system. However, the light source 22 can also be arranged in the light emitter unit 2 and generate the main primary beam 4.1. The second reflection unit 5 with the second reflection plane 5.1, which faces the first reflection plane 3.1, is arranged at a first distance di from the reflection unit 3 with the first reflection plane 3.1. The distance di can be selected based on the application, for example depending on the vehicles driving through, but also on the direction of measurement. For example, the distance di can be smaller when measuring parallel to surface 8 and larger when measuring normal to surface 8 .
In der Lichtemittereinheit 2 ist ein Strahlenteiler 9 angeordnet. Der Hauptprimärstrahl 4.1 wird durch den Strahlenteiler 9 in einen Lichtstrahl 4 und zumindest einen Nebenprimärstrahl 12, welche in unterschiedliche Richtungen weiterlaufen, aufgeteilt. Dazu kann im Strahlenteiler 9 ein Doppelspiegel oder ein anderes geeignetes optisches System oder Gerät vorgesehen sein, welcher bzw. welches die Lichtintensität des Hauptprimärstrahls 4.1 auf eine Lichtintensität des Lichtstrahls 4 und des zumindest einen Nebenprimärstrahls 12 aufteilt. Vorzugsweise wird die Lichtintensität des Hauptprimärstrahls 4.1 jeweils zur Hälfte auf die Lichtintensität des Nebenprimärstrahls 12 und des Lichtstrahls 4 aufgeteilt. A beam splitter 9 is arranged in the light emitter unit 2 . The main primary beam 4.1 is split by the beam splitter 9 into a light beam 4 and at least one secondary primary beam 12, which continue in different directions. For this purpose, a double mirror or another suitable optical system or device can be provided in the beam splitter 9, which divides the light intensity of the main primary beam 4.1 into a light intensity of the light beam 4 and the at least one secondary primary beam 12. Preferably, the light intensity of the main primary beam 4.1 is divided equally between the light intensity of the secondary primary beam 12 and the light beam 4.
Der Lichtstrahl 4 wird, wie oben beschrieben, erfindungsgemäß zwischen erster Spiegelungsebene 3.1 der ersten Spiegelungseinheit 3 und zwischen zweiter Spiegelungsebene 5.1 der zweiten Spiegelungseinheit 5 mit der Mehrzahl n an Reflexionen mehrfach reflektiert. Der Lichtstrahl 4 wird in dieser Ausgestaltung an einer ersten Umlenkeinheit 11 reflektiert und als Rückstrahl 14 zur Lichtemittereinheit 2 zurückgelenkt. In der gezeigten Ausführung ist die Mehrzahl n der Reflexionen des Lichtstrahls 2 gleich zur Mehrzahl m der Reflexionen des Rückstrahls 14. Die Lichtemittereinheit 2 leitet den Rückstrahl 14 zum Detektor 21 weiter, beispielsweise Über dieselbe Lichttransporteinheit, mit der der Hauptprimärstrahl 4.1 in die Lichtemittereinheit 2 geleitet wird. Es ist aber auch vorstellbar, dass der Rückstrahl 14 wie oben beschrieben mit einem anderswo in der Messeinheit 1 angeordneten Detektor 21 erfasst wird. As described above, the light beam 4 is reflected multiple times according to the invention between the first reflection plane 3.1 of the first reflection unit 3 and between the second reflection plane 5.1 of the second reflection unit 5 with the plurality n of reflections. In this configuration, the light beam 4 is reflected at a first deflection unit 11 and deflected back to the light emitter unit 2 as a return beam 14 . In the embodiment shown, the plurality n of the reflections of the light beam 2 is equal to the plurality m of reflections of the return beam 14. The light emitter unit 2 forwards the return beam 14 to the detector 21, for example via the same light transport unit with which the main primary beam 4.1 is guided into the light emitter unit 2 will. However, it is also conceivable for the return beam 14 to be detected, as described above, with a detector 21 arranged elsewhere in the measuring unit 1 .
Der zumindest eine Nebenprimärstrahl 12 kann zu zumindest einer weiteren, zweiten Lichtemittereinheit 2‘ gelenkt werden (wie in Fig.2). Dazu kann der Nebenprimärstrahl 12 die Richtung des Hauptprimärstrahls 4.1 im Wesentlichen beibehalten oder demgegenüber auch umgelenkt werden, beispielsweise um 90° wie in Fig.2. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel verlaufen allerdings der Hauptprimärstrahl 4.1 und der umgelenkte Nebenprimärstrahl 12 in derselben Ebene, was nicht in allen Varianten der Fall sein muss.The at least one secondary primary beam 12 can be directed to at least one additional, second light emitter unit 2' (as in FIG. 2). For this purpose, the secondary primary beam 12 can essentially retain the direction of the main primary beam 4.1 or, in contrast, can also be deflected, for example by 90° as in FIG. In the exemplary embodiment shown, however, the main primary beam 4.1 and the deflected secondary primary beam 12 run in the same plane, which does not have to be the case in all variants.
In der zweiten Lichtemittereinheit 2‘ kann der Nebenprimärstrahl 12 bedarfsweise an einer Strahlumlenkeinheit 10, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel in der zumindest einen zweiten Lichtemittereinheit 2‘ angeordnet ist, in einen weiteren, zweiten Lichtstrahl 4‘ umgelenkt werden. Mit dieser Umlenkung kann auch ein zweiter Winkel a‘ des zweiten Lichtstrahls 4‘ eingestellt werden, mit dem dieser hinsichtlich einer dritten Spiegelungsebene 3.1 ‘ und/oder einer vierten Spiegelungsebene 5.1 ‘ orientiert ist. Es kann in der zweiten Lichtemittereinheit 2‘ aber auch eine anders gestaltete Positionierungsoptikeinheit vorgesehen sein, um den zweiten Lichtstrahl 4‘ mit dem gewünschten zweiten Winkel a‘ auszusenden. Die zweite Lichtemittereinheit 2‘ kann wie die oben beschriebene erste Lichtemittereinheit 2 ausgeführt sein, wobei die Winkel a, a‘ der Lichtstrahlen 4, 4‘ nicht gleich sein müssen. Diese Ausführungen sind für die zweite Lichtemittereinheit 2‘ analog anwendbar. In the second light emitter unit 2′, the secondary primary beam 12 can be deflected into a further, second light beam 4′, if required, at a beam deflection unit 10 which is arranged in the at least one second light emitter unit 2′ in the exemplary embodiment shown. This deflection can also be used to set a second angle a′ of the second light beam 4′, with which it is oriented with respect to a third reflection plane 3.1′ and/or a fourth reflection plane 5.1′. However, a differently designed positioning optics unit can also be provided in the second light emitter unit 2' in order to position the second light beam 4' at the desired second angle a'. send out. The second light emitter unit 2' can be designed like the first light emitter unit 2 described above, with the angles a, a' of the light beams 4, 4' not having to be the same. These statements can be used analogously for the second light emitter unit 2'.
Der zweite Lichtstrahl 4‘ wird damit wieder zwischen einem Doppelspiegelsystem mit einer dritten Spiegelungseinheit 3‘ und einer vierten Spiegelungseinheit 5‘ mit entsprechenden Spiegelungsebenen 3.1‘, 5.1‘, wie oben beschrieben, mehrfach reflektiert und die Mehrzahl n‘>1 der Reflexionen (die nicht mir der oben genannten Mehrzahl n übereinstimmen muss) kann über den, vorzugsweise einstellbaren, zweiten Winkel a‘ gesteuert oder eingestellt werden. Der Abstand d2 zwischen der dritten Spiegelungseinheit 3‘ und einer vierten Spiegelungseinheit 5‘ der zweiten Lichtemittereinheit 2‘ muss dabei nicht gleich sein wie der Abstand di in der ersten Lichtemittereinheit 2. Zwischen der dritten Spiegelungseinheit 3‘ und der vierten Spiegelungseinheit 5‘ bildet sich somit ein weiteres, zweiten Messvolumen 7‘ aus. Dazu wird der weitere Lichtstrahl 4‘ an der dritten Spiegelungsebene 3.1 ‘ der dritten Spiegelungseinheit 3‘ und zwischen der vierten Spiegelungsebene 5.1 ‘ der vierten Spiegelungseinheit 5‘ mehrfach reflektiert. Es kann auch wieder eine Umlenkeinheit 11 ‘ vorgesehen ein, um den zweiten Lichtstrahl 4‘ als Rückstrahl 14‘ zu reflektieren und den zweiten Rückstrahl mit einer Anzahl m‘>1 von Reflexionen (die nicht mir der oben genannten Anzahl m übereinstimmen muss) in Richtung der zweiten Lichtemittereinheit 2‘ zurückzusenden. In der gezeigten Ausführung nach Fig.2 ist die Mehrzahl n‘ der Reflexionen des zweiten Lichtstrahls 4‘ verschieden zur Mehrzahl m‘ der Reflexionen des zweiten Rückstrahls 14‘. Am Ende der Reflexionen kann der entstehende Rückstrahl 14‘ mit einem zweiten Detektor 21 ‘, beispielsweise in der zweiten Lichtemittereinheit 2‘ oder an anderer geeigneter Stelle, erfasst werden. Es wäre aber auch denkbar, den zweiten Rückstrahl 14‘ zurück zum Detektor 21 zu leiten, beispielsweise über die Strahlumlenkeinheit 10 und den Strahlenteiler 9. The second light beam 4' is thus reflected multiple times between a double mirror system with a third reflection unit 3' and a fourth reflection unit 5' with corresponding reflection planes 3.1', 5.1', as described above, and the plurality n'>1 of the reflections (those not must agree with the above-mentioned plurality n) can be controlled or set via the preferably adjustable second angle a'. The distance d2 between the third reflection unit 3' and a fourth reflection unit 5' of the second light emitter unit 2' does not have to be the same as the distance di in the first light emitter unit 2. There is thus a gap between the third reflection unit 3' and the fourth reflection unit 5' another, second measurement volume 7'. For this purpose, the additional light beam 4' is reflected multiple times at the third reflection plane 3.1' of the third reflection unit 3' and between the fourth reflection plane 5.1' of the fourth reflection unit 5'. A deflection unit 11' can also be provided to reflect the second light beam 4' as a return beam 14' and to reflect the second return beam with a number m'>1 of reflections (which does not have to match the number m mentioned above) in the direction of the second light emitting unit 2'. In the embodiment shown according to FIG. 2, the plurality n' of reflections of the second light beam 4' is different from the plurality m' of reflections of the second return beam 14'. At the end of the reflections, the resulting return beam 14' can be detected with a second detector 21', for example in the second light emitter unit 2' or at another suitable location. However, it would also be conceivable to direct the second return beam 14' back to the detector 21, for example via the beam deflection unit 10 and the beam splitter 9.
Anstelle einer wie oben beschrieben ausgeführten zweiten Lichtemittereinheit 2‘ könnte aber auch eine anders gestaltete Messanordnung mit einem Messvolumen 7‘ zum Messen eines gasförmigen oder festen Stoffes im Messvolumen 7‘ vorgesehen sein. In einer einfachen Ausgestaltung erzeugt die zweite Lichtemittereinheit 2‘ den zweiten Lichtstrahl 4‘, der aber nur einmal durch das Messvolumen 7‘ zu einem Detektor 21 geleitet wird. Der von der zweiten Lichtemittereinheit 2‘ ausgesendete zweite Lichtstrahl 4‘ könnte aber auch an einer dritten Spiegelungseinheit 3‘ reflektiert werden und als Rückstrahl 14‘ zu einem Detektor 21 geleitet werden. Dabei kann der Rückstrahl ein zweites Mal durch das Messvolumen 7‘ geleitet werden. Instead of a second light emitter unit 2' designed as described above, however, a differently designed measuring arrangement with a measuring volume 7' for measuring a gaseous or solid substance in the measuring volume 7' could also be provided. In a simple configuration, the second light emitter unit 2' generates the second light beam 4', which, however, is guided only once through the measurement volume 7' to a detector 21. However, the second light beam 4' emitted by the second light emitter unit 2' could also be reflected at a third reflection unit 3' and guided to a detector 21 as a return beam 14'. The return beam can be passed through the measuring volume 7' a second time.
Die obigen Ausführungen zur durchgängigen Einstückigkeit und zur Form der Oberfläche einer Spiegelungsebene 3.1, 5.1 gelten in analoger Weise auch für die dritte Spiegelungsebene 3.1 c und vierte Spiegelungsebene 5.1‘, und auch für jede weitere Spiegelungsebene. The above statements on the continuous one-piece nature and the shape of the surface of a reflection plane 3.1, 5.1 also apply in an analogous manner to the third Reflection level 3.1 c and fourth reflection level 5.1 ', and also for each additional reflection level.
In der Ausführungsform der Fig. 2. sind die beiden Lichtemittereinheiten 2, 2‘ hintereinander auf einer Oberfläche 8, beispielsweise in Fahrtrichtung einer Straße, angeordnet. Damit kann beispielsweise der zeitliche Verlauf einer Abgaswolke 31, 31' von einer einzigen Emissionsquelle, wie z.B. ein Fahrzeug, ermittelt werden. In einerweiteren, nicht dargestellten Ausführungsform sind die Lichtemittereinheiten 2, 2' nebeneinander angeordnet. So können verschiedene Oberflächen 8, wie mehrspurige Straßen, gleichzeitig vermessen werden. Der Nebenprimärstrahl 12 kann dazu in geeigneter Weise von der Lichtemittereinheit 2 zur weiteren Lichtemittereinheit 2' gelenkt werden. In the embodiment of FIG. 2, the two light emitter units 2, 2' are arranged one behind the other on a surface 8, for example in the direction of travel of a street. In this way, for example, the course over time of an exhaust gas cloud 31, 31' from a single emission source, such as a vehicle, can be determined. In a further embodiment, not shown, the light emitter units 2, 2' are arranged next to one another. In this way, different surfaces 8, such as multi-lane roads, can be measured at the same time. For this purpose, the secondary primary beam 12 can be directed in a suitable manner from the light emitter unit 2 to the further light emitter unit 2'.
In Folge werden weitere mögliche und vorteilhafte Ausführungen einer Messeinheit 1 oder einer Lichtemittereinheit 2, 2' beschrieben. Further possible and advantageous embodiments of a measuring unit 1 or a light emitter unit 2, 2' are described below.
Die Messstelle, insbesondere das Messvolumen 7, ist während der Messung mit der Messeinheit 1 stationär, es wird somit mit der Messeinheit 1 eine stationäre Messung an einer bestimmten stationären Messstelle realisiert. Damit kann sich die Abgaswolke 31 während der Messung relativ zum Messvolumen 7 bewegen oder verändern, die Messeinheit 1, konkret die einzelnen Einheiten der Messeinheit 1, bleiben dabei aber an der Messtelle ortsfest angeordnet. Insbesondere bleiben die zumindest eine Lichtemittereinheit 2, 2‘, die Positioniereinheit 27, die Spiegelungseinheiten 3, 5, 3‘, 5' mit den Spiegelungsebenen 3.1, 5.1, 3.1‘, 5.1' und der zumindest eine Detektor 21, 21' während der Messung ortsfest. Falls in der Messeinheit 1 noch weitere Einheiten vorhanden sind, wie beispielsweise eine Multiplexereinheit, eine Strahlumlenkeinheit 10, ein Strahlenteiler 9, eine Umlenkeinheit 11, eine Modulationseinheit 16, eine Bildeinheit 29 usw., so sind auch diese während der Messung ortsfest. The measuring point, in particular the measuring volume 7, is stationary during the measurement with the measuring unit 1; a stationary measurement is thus implemented with the measuring unit 1 at a specific stationary measuring point. The exhaust gas cloud 31 can thus move or change relative to the measurement volume 7 during the measurement, but the measurement unit 1, specifically the individual units of the measurement unit 1, remain stationary at the measurement point. In particular, the at least one light emitter unit 2, 2', the positioning unit 27, the reflection units 3, 5, 3', 5' with the reflection planes 3.1, 5.1, 3.1', 5.1' and the at least one detector 21, 21' remain during the measurement fixed. If there are other units in the measuring unit 1, such as a multiplexer unit, a beam deflection unit 10, a beam splitter 9, a deflection unit 11, a modulation unit 16, an image unit 29, etc., these are also stationary during the measurement.
Die erfindungsgemäße Messeinheit 1 ist damit insbesondere keine Messeinheit, die in einem bewegten Fahrzeug zur Abgasmessung verbaut ist und sich während der Messung mit dem Fahrzeug mitbewegt. The measuring unit 1 according to the invention is therefore in particular not a measuring unit that is installed in a moving vehicle for measuring exhaust gas and moves with the vehicle during the measurement.
Die Messeinheit 1 ist aber nur während der Messung zwingend stationär angeordnet. Zwischen zwei Messungen kann die Messeinheit 1 oder können Teile davon auch bewegt werden. Im Zuge von Remote-Sensing-Messungen kann es beispielsweise erforderlich sein, dass die Messeinheit 1 zwischen verschiedenen Messstellen wechselt, beispielsweise um damit einen größeren Teil von in einem größeren Gebiet (z.B. einer Stadt) fahrenden Fahrzeugen zu erfassen. In diesem Zusammenhang kann auch vorgesehen sein, die Messeinheit 1 teilweise oder vollständig auf einem Anhänger zu montieren, um die Messeinheit 1 zwischen den Messstellen mobil wechseln zu können. Der Hauptteil der Messeinheit 1, insbesondere eine Lichtemittereinheit 2, die Positioniereinheit 27, die zweite Spiegelungseinheiten 5 mit der zweiten Spiegelungsebene 5.1 und der zumindest eine Detektor 21 , kann auf einem ausfahrbaren Gestell am Anhänger vormontiert sein. An der Messstelle anbringbare Teile der Messeinheit 1, wie beispielsweise die erste Spiegelungseinheiten 3 mit der ersten Spiegelungsebene 3.1 wird dann an der Messstelle in geeigneter Weise angeordnet. Während der Messung sind aber wieder alle Einheiten stationär. However, the measuring unit 1 is only necessarily arranged in a stationary position during the measurement. The measuring unit 1 or parts thereof can also be moved between two measurements. In the course of remote sensing measurements, it may be necessary, for example, for the measuring unit 1 to switch between different measuring points, for example in order to use it to record a larger number of vehicles driving in a larger area (eg a city). In this context, provision can also be made for the measuring unit 1 to be partially or completely mounted on a trailer in order to be able to change the measuring unit 1 between the measuring points in a mobile manner. The main part of the measuring unit 1, in particular a light emitter unit 2, the positioning unit 27, the second Reflection units 5 with the second reflection plane 5.1 and the at least one detector 21 can be pre-assembled on an extendable frame on the trailer. Parts of the measuring unit 1 that can be attached to the measuring point, such as the first reflection unit 3 with the first reflection plane 3.1, are then arranged in a suitable manner at the measuring point. During the measurement, however, all units are stationary again.
In einerweiteren Ausführungsform können ein Lichtstrahl 4, 4‘ oder ein Hauptprimärstrahl 4.1 oder ein Nebenprimärstahl 12 oder ein Rückstrahl 14, 14‘ über eine Modulationseinheit 16 geführt sein, wie in Fig.3 dargestellt. Vorteilhafterweise wird eine Modulationseinheit 16 für jeden Lichtstrahl 4, 4‘ in der Vorrichtung 1 verwendet. In a further embodiment, a light beam 4, 4' or a main primary beam 4.1 or a secondary primary beam 12 or a return beam 14, 14' can be guided via a modulation unit 16, as shown in FIG. A modulation unit 16 is advantageously used for each light beam 4, 4' in the device 1.
Die zumindest eine Modulationseinheit 16 bewirkt, dass der Lichtstrahl 4, 4‘ oder ein Hauptprimärstrahl 4.1 oder ein Nebenprimärstahl 12 oder ein Rückstrahl 14, 14 in einzelne Lichtpakete 17, bedarfsweise auch mit unterschiedlichen Lichtintensitäten I, aufgeteilt wird. Die Lichtpakete 17 haben eine vorgegebene zeitliche Länge und sind zeitlich separiert. In einer einfachsten Ausführungsform kann eine solche Modulationseinheit 16 ein Lichtchopper sein, der definierte Lichtpakete 17 erzeugt. Solche Lichtchopper können beispielsweise rotierende Scheiben, Spiegel, Winkelspiegel oder Prismen sein. Auch elektrooptische Modulatoren als Modulationseinheit 16, wie Mach-Zehnder-Interferometer, sind denkbar.The at least one modulation unit 16 causes the light beam 4, 4' or a main primary beam 4.1 or a secondary primary beam 12 or a return beam 14, 14 to be divided into individual light packets 17, if necessary also with different light intensities I. The light packets 17 have a predetermined time length and are separated in time. In the simplest embodiment, such a modulation unit 16 can be a light chopper that generates defined light packets 17 . Such light choppers can be, for example, rotating discs, mirrors, corner mirrors or prisms. Electro-optical modulators as modulation unit 16, such as Mach-Zehnder interferometers, are also conceivable.
Die Aufteilung mittels einer Modulationseinheit 16 bewirkt, dass auch die von einem Detektor 21 erfassten Rückstrahlen 14‘, 14‘ in Lichtpakete 17, 17‘ aufgeteilt sind. Die Aufteilung in einzelne Lichtpakete 17, 17‘ erfolgt vorteilhafterweise so, dass die im Detektor 21 ankommenden Lichtpakete 17, 17‘ zeitlich versetzt ankommen. Das ermöglicht auf einfache Weise die Messung verschiedener Rückstrahlen 14, 14‘ in einem Detektor 21. The division by means of a modulation unit 16 has the effect that the return beams 14', 14' detected by a detector 21 are also divided into light packets 17, 17'. The division into individual light packets 17, 17' is advantageously carried out in such a way that the light packets 17, 17' arriving in the detector 21 arrive with a time offset. This makes it easy to measure different return beams 14, 14' in one detector 21.
Beispielsweise können bei einer Vorrichtung wie in Fig. 2 sowohl der erste Lichtstrahl 4 als auch der zweite Lichtstrahl 4‘ mit je einer Modulationseinheit 16 in Lichtpakete 17, 17‘ aufgeteilt werden. Die Modulation mittels einer ersten Modulationseinheit 16 des ersten Lichtstrahls 4 kann zeitversetzt zur Modulation mittels zweiter Modulationseinheit 16 des zweiten Lichtstrahls 4‘ erfolgen. Damit treffen die reflektierten Lichtpakete 17, 17‘ des jeweiligen Rückstrahls 14, 14‘ zeitversetzt zueinander bei einem Detektor 21 ein. Somit kann eine ortsaufgelöste Messung mittels eines einzigen Detektors 5 einfach ermöglicht werden.For example, in a device as in FIG. 2, both the first light beam 4 and the second light beam 4' can each be divided into light packets 17, 17' with a modulation unit 16. The modulation by means of a first modulation unit 16 of the first light beam 4 can take place with a time delay to the modulation by means of a second modulation unit 16 of the second light beam 4'. The reflected light packets 17, 17' of the respective return beam 14, 14' thus arrive at a detector 21 with a time offset relative to one another. A spatially resolved measurement using a single detector 5 can thus be made possible in a simple manner.
Die Lichtemittereinheit 2, 2‘ ist in einerweiteren Ausführung der Erfindung um eine Achse schwenkbar ausgebildet. Die Achse kann normal auf eine erste oder dritte Spiegelungsebene 3.1, 3.T oder normal auf eine Oberfläche, an der die Messeinheit 1 angeordnet ist, sein. Dazu kann es vorgesehen sein, die gesamte Messeinheit 1 schwenkbar auszuführen. Dabei sind beispielsweise die Lichtemittereinheiten 2, 2‘ an der Messeinheit 1 fixiert und die gesamte Messeinheit 1 kann um die erwähnte Achse geschwenkt werden. Dann kann die gesamte Messeinheit 1 beispielsweise bedarfsweise zwischen verschiedenen Fahrspuren einer mehrspurigen Straße wechseln. In a further embodiment of the invention, the light emitter unit 2, 2' is designed to be pivotable about an axis. The axis can be normal to a first or third reflection plane 3.1, 3.T or normal to a surface on which the measuring unit 1 is arranged. For this purpose it can be provided that the entire measuring unit 1 is pivotable. In this case, for example, the light emitter units 2, 2' are fixed to the measuring unit 1 and the entire measuring unit 1 can be pivoted about the axis mentioned. The entire measuring unit 1 can then, for example, change between different lanes of a multi-lane road as required.
Fig. 4 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zur genauen Konzentrationsmessung eines gasförmigen oder festen Stoffes in einem Messvolumen 7, 7‘ mit einer erfindungsgemäßen Messeinheit 1. Um eine Konzentration c eines Stoffes genauer zu bestimmen, ist Kenntnis über die tatsächliche Gesamtdurchtrittsstrecke x (wieder als Summe der Einzeldurchtrittsstrecken des Lichtstrahls 4, 4‘) und der Absorption 1 -(l/lo), kurz als A bezeichnet, oder Transmission l/lo einer bestimmten Wellenlänge erforderlich. Die Messung eines Stoffes ist frequenzabhängig und sollte daher am Absorptionsmaximum, oder zumindest in der Nähe davon, stattfinden, um ein verlässliches Ergebnis zu erhalten. Beispielsweise hat CO2 charakteristische Vibrationsschwingungen bei einer Wellenzahl (Kehrwert der Wellenlänge) von 1388 cm-1 (asymmetrische Streckschwingung) und bei 667 cm-1 (Biegeschwingung). Laut Lambert-Beer’schen Gesetz ist die Absorption A abhängig von der Gesamtdurchtrittsstrecke x, der Konzentration c und einem Absorptionskoeffizienten k (als bekannter Stoffparameter). Dieser Zusammenhang kann über die Formel
Figure imgf000023_0001
ausgedrückt werden. Eine Absorption A kann über einen Detektor 21 in der Messeinheit 1 ermittelt werden. Die Gesamtdurchtrittsstrecke x ist abhängig von der Ausdehnung einer Abgaswolke 31, 3T im Messvolumen 7, 7‘und üblicherweise nicht bekannt.
Fig. 4 shows a further advantageous embodiment of the invention for the precise measurement of the concentration of a gaseous or solid substance in a measuring volume 7, 7' with a measuring unit 1 according to the invention. In order to determine a concentration c of a substance more precisely, knowledge of the actual total passage distance x (again as the sum of the individual passage distances of the light beam 4, 4') and the absorption 1-(l/lo), referred to as A for short, or transmission l/lo of a specific wavelength is required. The measurement of a substance is frequency-dependent and should therefore take place at the absorption maximum, or at least close to it, in order to obtain a reliable result. For example, CO2 has characteristic vibrational modes at a wave number (reciprocal wavelength) of 1388 cm -1 (asymmetric stretch mode) and at 667 cm -1 (bending mode). According to Lambert-Beer's law, the absorption A depends on the total penetration distance x, the concentration c and an absorption coefficient k (as a known material parameter). This relationship can be determined using the formula
Figure imgf000023_0001
be expressed. An absorption A can be determined via a detector 21 in the measuring unit 1 . The total passage distance x depends on the extent of an exhaust gas cloud 31, 3T in the measurement volume 7, 7' and is usually not known.
Zum Erfassen der Gesamtdurchtrittsstrecke x ist in der Messeinheit 1 erfindungsgemäß eine Bildeinheit 29 vorgesehen, um zumindest einen Teil des Messvolumens 7, 7‘ aus unterschiedlichen Richtungen (z.B. Winkeln w, ß) aufzunehmen. Die Bildeinheit 29 erzeugt Abbildungen des Messvolumens 7, 7‘ aus unterschiedlichen Richtungen, die in einer Auswerteeinheit 13 verarbeitet werden. Die Auswerteeinheit 13 kann nun aus den erhaltenen Abbildungen aus verschiedenen Richtungen, einen Teil eines Abbilds einer Abgaswolke 31, 3T im Messvolumen 7, 7‘ rekonstruieren. Aus dem Abbild des Teils der Abgaswolke 31, 3T kann die Gesamtdurchtrittsstrecke x (bzw. die einzelnen Durchtrittsstrecken) eines Lichtstrahls 4, 4‘ durch die Abgaswolke 31 , 3T ermittelt werden. Beispielsweise kann anhand der bekannten Abmessungen des Messvolumens 7, 7‘ auf die Abmessungen des zumindest einen Teils der Abgaswolke 31 , 3T im Messvolumen 7, 7‘ und damit auf die Gesamtdurchtrittsstrecke x (bzw. die einzelnen Durchtrittsstrecken) rückgerechnet werden.In order to record the total passage distance x, an imaging unit 29 is provided in the measuring unit 1 according to the invention in order to record at least part of the measuring volume 7, 7' from different directions (e.g. angles w, ß). The imaging unit 29 generates images of the measurement volume 7, 7' from different directions, which are processed in an evaluation unit 13. The evaluation unit 13 can now reconstruct part of an image of an exhaust gas cloud 31, 3T in the measurement volume 7, 7' from the images obtained from different directions. The total passage distance x (or the individual passage distances) of a light beam 4, 4′ through the exhaust gas cloud 31, 3T can be determined from the image of the part of the exhaust gas cloud 31, 3T. For example, based on the known dimensions of the measuring volume 7, 7', the dimensions of at least part of the exhaust gas cloud 31, 3T in the measuring volume 7, 7' and thus the total passage distance x (or the individual passage distances) can be back-calculated.
Zu diesem Zweck kann aus den Abbildungen eine 2D-Projektion der Abgaswolke 31 , 3T in Ebene des Lichtstrahls 4, 4‘ und/oder des Rückstrahls 14, 14‘ erzeugt und so die Gesamtdurchtrittsstrecke x (bzw. die einzelnen Durchtrittsstrecken) direkt ermittelt werden. In einer möglichen Ausführungsform kann die Auswerteinheit 13 eine räumliche Rekonstruktion der Abgaswolke 31, 31 ‘ erstellen. Diese Rekonstruktion kann beispielsweise auch abhängig von einer Laufvariablen, wie der zeit, sein. So kann beispielsweise eine zeitabhängige Ausdehnung einer Abgaswolke 31, 31 ‘ ermittelt werden. For this purpose, a 2D projection of the exhaust gas cloud 31, 3T in the plane of the light beam 4, 4' and/or the return beam 14, 14' can be generated from the images and the total passage distance x (or the individual passage distances) can be determined directly. In one possible embodiment, the evaluation unit 13 can perform a spatial reconstruction the exhaust gas cloud 31, 31 'create. This reconstruction can, for example, also be dependent on a running variable such as time. For example, a time-dependent expansion of an exhaust gas cloud 31, 31' can be determined.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Auswerteinheit 13 Daten über Außentemperatur und Luftfeuchte erhalten. Je nach Außentemperatur und Luftfeuchte kann es zu Unterschieden in der Auswertung und Rekonstruktion einer Abgaswolke 31, 31 ‘ kommen. Beispielsweise sind Temperaturunterschiede im Sommer zwischen Umgebung und Abgaswolke weniger stark ausgeprägt als im Winter. Das kann dazu führen, dass die Gesamtdurchtrittsstrecke x saisonabhängig Unterschiede aufweist. Um diese Fehlerquelle zu vermeiden, kann ein Korrekturfaktor für die Berechnung der Rekonstruktion abhängig von Außentemperatur und Luftfeuchte vorgesehen sein. Damit kann die Auswerteinheit 13 eine verlässliche Berechnung unabhängig von den Bedingungen der Gesamtdurchtrittsstrecke x durchführen. In a further embodiment, the evaluation unit 13 can receive data on the outside temperature and air humidity. Depending on the outside temperature and humidity, there may be differences in the evaluation and reconstruction of an exhaust gas cloud 31, 31'. For example, temperature differences in summer between the environment and the exhaust cloud are less pronounced than in winter. This can lead to the total passage distance x showing seasonal differences. In order to avoid this source of error, a correction factor for the calculation of the reconstruction depending on the outside temperature and air humidity can be provided. The evaluation unit 13 can thus carry out a reliable calculation independently of the conditions of the total passage distance x.
Die Auswerteinheit 13, üblicherweise ein Computer mit entsprechender Auswertesoftware, kann ebenfalls Daten zur Absorption A von zumindest einem Detektor 21 empfangen, und die Gesamtdurchtrittsstrecke x, welche aus dem Teil eines Abbilds der Abgaswolke 31, 3T rekonstruiert wurde, nutzen um die Konzentration c eines Stoffes laut Lambert-Beer’schen Gesetz zu errechnen. In einer weiteren Ausführungsform können auch mehrere Daten zur Absorption A genutzt werden, um eine räumliche Verteilung der Konzentration c in einem Messvolumen 7, 7‘ zu errechnen. The evaluation unit 13, usually a computer with the appropriate evaluation software, can also receive data on the absorption A from at least one detector 21, and use the total passage distance x, which was reconstructed from part of an image of the exhaust gas cloud 31, 3T, to calculate the concentration c of a substance to be calculated according to Lambert-Beer's law. In a further embodiment, multiple data on absorption A can also be used to calculate a spatial distribution of the concentration c in a measurement volume 7, 7'.
Die Bildeinheit 29 kann in Form von mehreren Kameras 23 (wie in Fig.4 dargestellt) ausgeführt sein. Auch eine Ausführung der Bildeinheit 29 mit einer oder mehreren Lidareinheiten, einer oder mehreren Radareinheiten oder Kombinationen derartiger Einheiten bzw. mit Kameras 23 ist denkbar. Daneben sind auch weitere Ausführungen einer Bildeinheit 29 möglich. The imaging unit 29 can be implemented in the form of several cameras 23 (as shown in FIG. 4). An embodiment of the imaging unit 29 with one or more lidar units, one or more radar units or combinations of such units or with cameras 23 is also conceivable. In addition, other versions of an imaging unit 29 are also possible.
In einer Ausführung mit Kameras 23 sind diese an verschiedenen Orten installiert, um ein Messvolumen 7, 7‘ aus verschiedenen Richtungen w, ß aufzunehmen. Die Kameras 23 können beispielsweise an einer Lichtemittereinheit 2, 2‘ angeordnet sein. Auch können die Kameras 23 auf einer separaten Vorrichtung installiert sein, oder bestehende Infrastruktur im Bereich der Vorrichtung 1 wie Brücken, Häuser, Straßenlaternen oder ähnliches nutzen. Bei einer Mehrzahl an Lichtemittereinheiten 2, 2‘ können die Kameras 23 auch so angeordnet sein, dass sie beispielsweise mehrere Messvolumina 7, 7‘ gleichzeitig erfassen können. So kann die Anzahl an insgesamt benötigten Kameras 23 geringgehalten werden. In an embodiment with cameras 23, these are installed at different locations in order to record a measurement volume 7, 7' from different directions w, ß. The cameras 23 can be arranged, for example, on a light emitter unit 2, 2'. The cameras 23 can also be installed on a separate device or use existing infrastructure in the area of the device 1 such as bridges, houses, street lamps or the like. With a plurality of light emitter units 2, 2', the cameras 23 can also be arranged in such a way that they can, for example, record a plurality of measurement volumes 7, 7' at the same time. In this way, the total number of cameras 23 required can be kept low.
Die Kameras 23 können Abbildungen des Messvolumens 7, 7‘ aufnehmen und damit auch eine im Messvolumen 7, 7‘ vorhandene Abgaswolke 31, 3T aufnehmen. Es ist aber auch möglich, dass die Kameras 23 zusätzlich Metadaten eines Fahrzeugs aufzeichnen, wie Größe, Typ oder auch das Kennzeichen. Bei Verwendung von Kameras 23 als Bildeinheit 29 kann beispielsweise geeignete Bildbearbeitungssoftware verwendet werden, um die Abgaswolke 31, 3T oder einen Teil davon zu rekonstruieren. The cameras 23 can record images of the measurement volume 7, 7' and thus also record an exhaust gas cloud 31, 3T present in the measurement volume 7, 7'. However, it is also possible for the cameras 23 to additionally record metadata about a vehicle, such as Size, type or even the license plate number. When cameras 23 are used as the image unit 29, suitable image processing software can be used, for example, in order to reconstruct the exhaust gas cloud 31, 3T or a part thereof.
Die Kameras 23 können beispielsweise Infrarotkameras sein, welche Wärmebilder der vorhandenen Abgaswolke im Messvolumen 7, 7 aufnehmen. So kann auch die Wärmeverteilung in der Abgaswolke 31, 3T erfasst werden, welche einen Einfluss auf die Stoffe oder den Absorptionskoeffizienten k haben kann. Es kann aufgrund der Temperaturunterschiede zu Konvektion und Diffusionsphänomenen kommen, die eine Verteilung von Stoffen über die Zeit bewirken. Auch können einzelne Konzentrationen c von Stoffen abhängig von der Temperatur sein, da manche Reaktionen nur bei höherer Temperatur ablaufen. Es kann auch Vorkommen, dass sich verschiedene Abgaswolken 31, 3T aus hintereinander oder nebeneinander befindlichen Emissionsquellen, wie Fahrzeugen, vermengen. Dann kann die Messung dementsprechend angepasst werden, beispielsweise über die oben beschriebene Positionierungsoptikeinheit oder über eine angepasste Positionierung oder Ausrichtung einer oder mehrerer Kameras 23. The cameras 23 can be infrared cameras, for example, which record thermal images of the exhaust gas cloud present in the measurement volume 7 , 7 . In this way, the heat distribution in the exhaust gas cloud 31, 3T can also be recorded, which can have an influence on the substances or the absorption coefficient k. Due to the temperature differences, convection and diffusion phenomena can occur, which cause substances to be distributed over time. Individual concentrations c of substances can also depend on the temperature, since some reactions only take place at higher temperatures. It can also happen that different exhaust gas clouds 31, 3T from emission sources located one behind the other or next to one another, such as vehicles, mix. The measurement can then be adjusted accordingly, for example via the positioning optics unit described above or via an adjusted positioning or alignment of one or more cameras 23.
Die Kameras 23 können aber auch beispielsweise im ultravioletten (UV) oder sichtbaren (VIS) Bereich arbeiten, oder auch in beiden Bereichen (UV/VIS Kameras). UV oder VIS ist höher energetische Strahlung als IR und regt Elektronen-Übergange in Molekülen an und kann für die Messung vorteilhafter sein. However, the cameras 23 can also work, for example, in the ultraviolet (UV) or visible (VIS) range, or in both ranges (UV/VIS cameras). UV or VIS is higher energy radiation than IR and stimulates electron transitions in molecules and can be more advantageous for the measurement.
In einer möglichen Ausführungsform können die Kameras 23 als multi- und hyperspektrale Kameras ausgeführt sein. Dabei werden statt der klassischen einfachen Aufnahme in einem einfachen Spektral bereich eine hohe Anzahl an Spektral bändern benutzt. Das kann vorteilhaft sein, um eine deutlich höhere Farbqualität und Farbunterschiede zu erkennen, da jeder Pixel bereits ein vollständiges Farbspektrum enthält. Eine solche Kamera 23 kann beispielsweise mit der Snapshot-Mosaiktechnik funktionieren. In one possible embodiment, the cameras 23 can be designed as multispectral and hyperspectral cameras. Instead of the classic simple recording in a simple spectral range, a large number of spectral bands are used. This can be advantageous for recognizing a significantly higher color quality and color differences, since each pixel already contains a complete color spectrum. Such a camera 23 can function with the snapshot mosaic technique, for example.
Eine Lidareinheit basiert auf einem Laser, beispielsweise einem YAG Laser mit 1064 nm oder 532 nm Wellenläge, oder ähnlichen Ausführungen, die der Fachmann für passend erachtet. Es können auch IR-Laser verwendet werden, wobei jedoch eine hinreichende Abschirmung nötig sein kann, um Augenschäden zu vermeiden. Eine Lidareinheit im UV oder NIR (Nahinfrarot) Bereich können beispielsweise genutzt werden, um gasförmige oder feste Stoffe auch direkt zu messen. Lidar kann bekanntermaßen aus atmosphärischen Messungen, beispielsweise Kohlendioxid (CO2), Schwefeldioxid (SO2) und Methan (CH4) nachweisen. Das kann benutzt werden, um beispielsweise grobe Abschätzungen von Stoffen durchzuführen oder auch redundante Messungen zu der erfindungsgemäßen Messung zu erhalten. Die zumindest eine Lidareinheit kann sich in zumindest einer Achse bewegen und Abbildungen der Umgebung und der vorhandenen Abgaswolken 31, 31 ‘ aufzeichnen. Die zumindest eine Lidareinheit kann benutzt werden, um verschiedene Abgaswolken 31, 31 ‘ in einem Messvolumen 7, 7 abzubilden oder auch verschiedene Abgaswolken 31, 31 ‘ in verschiedenen Messvolumen 7, 7. Dazu scannt die Lidareinheit die Umgebung und abhängig von der Reflexionszeit des ausgesendeten Laserimpulses können Abbildungen der Umgebung erzeugt werden. A lidar unit is based on a laser, for example a YAG laser with a wavelength of 1064 nm or 532 nm, or similar designs that the person skilled in the art deems appropriate. IR lasers can also be used, although adequate shielding may be necessary to avoid eye damage. A lidar unit in the UV or NIR (near infrared) range can be used, for example, to measure gaseous or solid substances directly. Lidar is known to be able to detect, for example, carbon dioxide (CO2), sulfur dioxide (SO2) and methane (CH 4 ) from atmospheric measurements. This can be used, for example, to carry out rough estimates of substances or to obtain redundant measurements for the measurement according to the invention. The at least one lidar unit can move in at least one axis and record images of the environment and the existing exhaust gas clouds 31, 31'. The at least one lidar unit can be used to image different exhaust gas clouds 31, 31' in a measurement volume 7, 7 or also different exhaust gas clouds 31, 31' in different measurement volumes 7, 7. For this purpose, the lidar unit scans the environment and depending on the reflection time of the emitted Laser pulses can be used to generate images of the environment.
Es ist als Bildeinheit 29 auch eine Kombination aus Lidareinheiten und Kameras 23 denkbar. Damit können beispielsweise gasförmige Stoffe über eine Lidareinheit gemessen werden, während feste Stoffe in der Abgaswolke 31, 31 ‘ über die erfindungsgemäße Messeinheit 1 erfasst werden. So kann eine repräsentative Konzentrationsmessung von mehreren kritischen Stoffen der Abgaswolke 31, 31 ‘ erfolgen. A combination of lidar units and cameras 23 is also conceivable as the imaging unit 29 . In this way, for example, gaseous substances can be measured via a lidar unit, while solid substances in the exhaust gas cloud 31, 31' are detected via the measuring unit 1 according to the invention. In this way, a representative measurement of the concentration of several critical substances in the exhaust gas cloud 31, 31' can take place.
Eine mögliche Ausführungsform für einen Schutz einer ersten oder dritten Spiegelungseinheit 3, 3‘ ist eine Schutzfolieneinheit 24, die in Fig. 5 dargestellt ist. Diese dient dazu, eine Schutzfolie 25 über einer Spiegelungseinheit 3, 3‘, insbesondere über einer Spiegelungsebene 3.1, 3. V einer Spiegelungseinheit 3, 3‘, anzuordnen, um diese vor Verschmutzung oder Beschädigung (z.B. durch Kratzer) zu schützen. Die Schutzfolie 25 ist dabei natürlich hinreichend transparent ausgeführt. Eine verschmutzte Schutzfolie 25 kann bedarfsweise durch eine saubere Schutzfolie 25 ersetzt werden. Eine mögliche Ausführungsform einer Schutzfolieneinheit 24 gemäß Fig.5 besteht in der gezeigten Ausgestaltung aus einer ersten Rolle 20, auf der saubere Schutzfolie 25 aufgewickelt ist.A possible embodiment for protecting a first or third reflection unit 3, 3' is a protective film unit 24, which is shown in FIG. This serves to arrange a protective film 25 over a reflection unit 3, 3', in particular over a reflection plane 3.1, 3.V of a reflection unit 3, 3', in order to protect it from dirt or damage (e.g. from scratches). The protective film 25 is of course designed to be sufficiently transparent. A dirty protective film 25 can be replaced with a clean protective film 25 if necessary. A possible embodiment of a protective film unit 24 according to FIG. 5 consists of a first roll 20 on which clean protective film 25 is wound.
Von dieser ersten Rolle 20 kann saubere Schutzfolie 25 abgewickelt werden und über einer Spiegelungseinheit 3, 3‘ angeordnet werden. Es kann eine zweite Rolle 21 vorgesehen sein, auf der die verschmutzte Schutzfolie 25 aufgewickelt werden kann. Bei bestimmungsgemäßer Verwendung wird bedarfsweise saubere Schutzfolie von der ersten Rolle 20 abgewickelt und gleichzeitig verschmutzte Schutzfolie von der zweiten Rolle 21 aufgewickelt. Die Spiegelungseinheit 3, 3‘ ist in dieser möglichen Ausführungsform unterhalb der Oberfläche 8 angeordnet. Die abgewickelte Schutzfolie 25 ist dabei über der Spiegelungseinheit 3, 3‘ angeordnet, um die Spiegelungseinheit 3, 3‘ vor Verschmutzung oder Beschädigung zu schützen. Aus Stabilitätsgründen kann zwischen der Spiegelungseinheit 3, 3‘ und der Schutzfolie 25 auch ein mechanischer Schutz 26 vorgesehen sein, welcher allerdings ausreichende optische Durchlässigkeit ermöglichen sollte. Eine der beiden Rollen 20, 21 kann angetrieben sein, um ein bedarfsweises Weiterbewegen der Schutzfolie 25 über der Spiegelungseinheit 3, 3‘ zu bewirken. Hierfür kann auch eine Automatisierungseinheit vorgesehen sein, die den Antrieb der angetriebenen Rolle 20, 21 ansteuert. Vorteilhafterweise kann das Antreiben der Rollen 20, 21 bei Unterschreiten eines Grenzwerts erfolgen, beispielsweise einem Lichtintensitätsverlust eines mit einem Detektor 21 erfassten Rückstrahls 14, 14‘. Dann kann die Automatisierungseinheit die angetriebene Rolle 20, 21 automatisiert ansteuern, um die Schutzfolie 25 weiterzubewegen. Damit kann die verschmutzte Schutzfolie 25 oberhalb der Spiegelungseinheit 3, 3‘ einfach und bedarfsweise durch eine unversch mutzte ausgetauscht werden. Das kann vorteilhaft sein, wenn die Spiegelungseinheit 3, 3‘ generell hoher Verschmutzung ausgesetzt ist. Clean protective film 25 can be unwound from this first roll 20 and arranged over a reflection unit 3, 3'. A second roll 21 can be provided, onto which the soiled protective film 25 can be wound. When used as intended, clean protective film is unwound from the first roll 20 as required and dirty protective film is wound up from the second roll 21 at the same time. The reflection unit 3, 3' is arranged below the surface 8 in this possible embodiment. The unwound protective film 25 is arranged over the reflection unit 3, 3' in order to protect the reflection unit 3, 3' from dirt or damage. For reasons of stability, a mechanical protection 26 can also be provided between the reflection unit 3, 3' and the protective film 25, which, however, should enable sufficient optical transparency. One of the two rollers 20, 21 can be driven in order to bring about a further movement of the protective film 25 over the reflection unit 3, 3' as required. An automation unit which controls the drive of the driven roller 20, 21 can also be provided for this purpose. Advantageously, the rollers 20, 21 can be driven when the value falls below a limit value, for example a loss of light intensity with a detector 21 detected return beam 14, 14 '. The automation unit can then automatically control the driven roller 20, 21 in order to move the protective film 25 further. In this way, the soiled protective film 25 above the reflection unit 3, 3' can be easily and if necessary replaced by a clean one. This can be advantageous if the reflection unit 3, 3' is generally exposed to a high level of contamination.
In der Schutzfolieneinheit 24 kann auch eine Heizvorrichtung, beispielsweise eine elektrische Heizung, integriert sein, vorzugsweise im mechanischen Schutz 26. Durch die Heizvorrichtung kann verhindert werden, dass bei Nässe, wie z.B. bei Regen, Nebel, Schnee, das optische System der Messeinheit 1 durch die Bildung von Eis oder Pfützen auf der Oberfläche der Schutzfolie 25 beeinträchtigt wird. A heating device, for example an electric heater, can also be integrated in the protective film unit 24, preferably in the mechanical protection 26. The heating device can prevent the optical system of the measuring unit 1 from being damaged when it is wet, e.g. in rain, fog or snow the formation of ice or puddles on the surface of the protective film 25 is impaired.
Es kann weiters auch vorgesehen sein, dass zu oben beschriebenen Messungen auch eine Kameraaufnahme im Bereich der Messeinheit 1 durchgeführt wird. Damit können, unter Einhaltung datenschutzrechtlicher Vorrausetzungen, Kennzeichen oder andere Merkmale von Fahrzeugen erfasst werden. Damit können Fahrzeughalter benachrichtigt werden, falls ein Fahrzeug gasförmige oder feste Stoffe in Form von Abgasemissionen außerhalb normengetreuer Richtwerte aufweist. Furthermore, it can also be provided that a camera recording is also carried out in the area of the measuring unit 1 for the measurements described above. This means that license plates or other characteristics of vehicles can be recorded in compliance with data protection regulations. This allows vehicle owners to be notified if a vehicle exhibits gaseous or solid substances in the form of exhaust emissions outside of standard reference values.

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Messeinheit zur Messung zumindest eines gasförmigen oder festen Stoffes in zumindest einem Messvolumen (7) an einer stationären Messstelle, wobei in der Messeinheit1. Measuring unit for measuring at least one gaseous or solid substance in at least one measuring volume (7) at a stationary measuring point, in the measuring unit
(1) eine erste Spiegelungseinheit (3) mit einer ersten Spiegelungsebene (3.1) und eine zweite Spiegelungseinheit (5) mit einer zweiten Spiegelungsebene (5.1) vorgesehen sind, wobei die erste Spiegelungseinheit (3) und die zweite Spiegelungseinheit (5) beabstandet voneinander und mit einander zugewandten Spiegelungsebenen (3.1, 5.1) angeordnet sind, und das Messvolumen (7) zwischen der ersten Spiegelungseinheit (3) und der zweiten Spiegelungseinheit (5) ausgebildet ist, wobei in der Messeinheit (1) eine Lichtemittereinheit(1) a first reflection unit (3) with a first reflection plane (3.1) and a second reflection unit (5) with a second reflection plane (5.1) are provided, the first reflection unit (3) and the second reflection unit (5) being at a distance from one another and are arranged with mutually facing reflection planes (3.1, 5.1), and the measurement volume (7) is formed between the first reflection unit (3) and the second reflection unit (5), wherein the measurement unit (1) has a light emitter unit
(2) vorgesehen ist, die zumindest einen Lichtstrahl (4) in Richtung der ersten Spiegelungseinheit (3) und in einem von einer Normalen auf die erste Spiegelungsebene (3.1) und/oder von einer Normalen auf die zweite Spiegelungsebene abweichenden ersten Winkel (a) abstrahlt, wobei die erste Spiegelungsebene (3.1) der ersten Spiegelungseinheit(2) is provided which emits at least one light beam (4) in the direction of the first reflection unit (3) and at a first angle (a) deviating from a normal to the first reflection plane (3.1) and/or from a normal to the second reflection plane. radiates, the first reflection plane (3.1) of the first reflection unit
(3) ausgebildet ist, den Lichtstrahl (4) zur zweiten Spiegelungseinheit (5) zu reflektieren und die zweite Spiegelungsebene (5.1) der zweiten Spiegelungseinheit (5) ausgebildet ist, den Lichtstrahl (4) wieder zur ersten Spiegelungseinheit (3) zu reflektieren, sodass der Lichtstrahl(3) is designed to reflect the light beam (4) to the second reflection unit (5) and the second reflection plane (5.1) of the second reflection unit (5) is designed to reflect the light beam (4) back to the first reflection unit (3), so the light beam
(4) in einer Mehrzahl n an Reflexionen zwischen der ersten Spiegelungseinheit (3) und der zweiten Spiegelungseinheit (5) hin- und herläuft, wobei in der Messeinheit (1) zumindest ein Detektor (21) vorgesehen ist, der entweder den zumindest einen Lichtstrahl (4) nach der Mehrzahl n an Reflexionen als zumindest einen Rückstrahl (14) erfasst, oder zumindest eine Umlenkeinheit (11) vorgesehen ist, die den Lichtstrahl (4) nach der Mehrzahl n an Reflexionen in entgegengesetzter Richtung zum Lichtstrahl (4) zu zumindest einem Rückstrahl (14) umlenkt und der zumindest eine Rückstrahl (14) dabei eine Anzahl m an Reflexionen zwischen erster Spiegelungseinheit (3) und zweiter Spiegelungseinheit (5) durchführt und der zumindest eine Detektor (21) den zumindest einen Rückstrahl (14) nach der Anzahl m an Reflexionen erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wnkel (a) des zumindest einen von der Lichtemittereinheit (2) abgegebenen Lichtstrahls (4) verstellbar ist und damit die Mehrzahl (n) an Reflexionen des zumindest einen Lichtstrahls (4) im Messvolumen (7) zwischen erster Spiegelungseinheit (3) und zweiter Spiegelungseinheit (5) einstellbar ist und dass der zumindest eine Detektor (21) vorgesehen ist, eine den zumindest einen gasförmigen oder festen Stoff charakterisierende Lichteigenschaft des zumindest einen Rückstrahls (14) zu messen. (4) runs back and forth in a plurality n of reflections between the first reflection unit (3) and the second reflection unit (5), with at least one detector (21) being provided in the measuring unit (1), which detects either the at least one light beam (4) detected as at least one return beam (14) after the plurality n of reflections, or at least one deflection unit (11) is provided which directs the light beam (4) after the plurality n of reflections in the opposite direction to the light beam (4) at least a return beam (14) and the at least one return beam (14) carries out a number m of reflections between the first reflection unit (3) and the second reflection unit (5) and the at least one detector (21) deflects the at least one return beam (14) after the Number m of reflections recorded, characterized in that the first angle (a) of the at least one light beam (4) emitted by the light emitter unit (2) can be adjusted and thus the plurality (n) of R reflections of the at least one light beam (4) in the measuring volume (7) between the first reflection unit (3) and the second reflection unit (5) can be adjusted and that the at least one detector (21) is provided, a light property characterizing the at least one gaseous or solid substance of the to measure at least one return beam (14).
2. Messeinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der Messeinheit (1) eine Lichtquelle (22) vorgesehen ist, die einen Hauptprimärstrahl (4.1) erzeugt, aus dem die Lichtemittereinheit (2) den Lichtstrahl (4) erzeugt. 2. Measuring unit according to claim 1, characterized in that in the measuring unit (1) a light source (22) is provided which generates a main primary beam (4.1) from which the light emitter unit (2) generates the light beam (4).
3. Messeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Detektor (21) an der ersten Spiegelungseinheit (3) oder an der zweiten Spiegelungseinheit (5) oder in der Lichtemittereinheit (2) oder örtlich getrennt von diesen Einheiten angeordnet ist. 4. Messeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine3. Measuring unit according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one detector (21) is arranged on the first reflection unit (3) or on the second reflection unit (5) or in the light emitter unit (2) or locally separate from these units . 4. Measuring unit according to claim 2, characterized in that the at least one
Detektor (21) mit der Lichtquelle (22) in einem Gehäuse verbaut ist. Detector (21) with the light source (22) is installed in a housing.
5. Messeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spiegelungsebene (3.1) der ersten Spiegelungseinheit (3) und/oder die zweite Spiegelungsebene (5.1) der zweiten Spiegelungseinheit (5) durchgängig und/oder einstückig ausgebildet ist. 5. Measuring unit according to one of claims 1 to 4, characterized in that the first reflection plane (3.1) of the first reflection unit (3) and/or the second reflection plane (5.1) of the second reflection unit (5) is designed to be continuous and/or in one piece.
6. Messeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spiegelungseinheit (3) mit einer geteilten ersten Spiegelungsebene (3.1) und/oder die zweite Spiegelungseinheit (5) mit einer geteilten zweiten Spiegelungsebene (5.1) ausgeführt ist, wobei an einem geteilten Abschnitt einer geteilten ersten und/oder zweiten Spiegelungsebene (3.1, 5.1) zumindest zwei Reflexionen des Lichtstrahls (4) oder Rückstrahls (14) vorgesehen sind. 6. Measuring unit according to one of claims 1 to 4, characterized in that the first reflection unit (3) is designed with a divided first reflection plane (3.1) and/or the second reflection unit (5) with a divided second reflection plane (5.1), wherein at least two reflections of the light beam (4) or return beam (14) are provided on a divided section of a divided first and/or second reflection plane (3.1, 5.1).
7. Messeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spiegelungsebene (3.1) der ersten Spiegelungseinheit (3) und/oder die zweite Spiegelungsebene (5.1) der zweiten Spiegelungseinheit (5) zumindest abschnittsweise koplanar angeordnet sind. 7. Measuring unit according to one of claims 1 to 6, characterized in that the first reflection plane (3.1) of the first reflection unit (3) and/or the second reflection plane (5.1) of the second reflection unit (5) are arranged coplanar at least in sections.
8. Messeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spiegelungsebene (3.1) der ersten Spiegelungseinheit (3) und/oder die zweite Spiegelungsebene (5.1) der zweiten Spiegelungseinheit (5) zumindest abschnittsweise planar oder gewölbt oder strukturiert ausgebildet sind. 8. Measuring unit according to one of claims 1 to 6, characterized in that the first reflection plane (3.1) of the first reflection unit (3) and/or the second reflection plane (5.1) of the second reflection unit (5) is at least partially planar or curved or structured are.
9. Messeinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Lichtemittereinheit (2) ein Strahlenteiler (9) angeordnet ist, der den Hauptprimärstrahl (4.1) in den zumindest einen Lichtstrahl (4) und zumindest einen Nebenprimärstrahl (12) aufteilt, wobei der zumindest eine Lichtstrahl (4) und der zumindest eine Nebenprimärstrahl (12) in unterschiedliche Richtungen orientiert sind. 9. Measuring unit according to one of Claims 2 to 8, characterized in that a beam splitter (9) is arranged in the light emitter unit (2) and divides the main primary beam (4.1) into at least one light beam (4) and at least one secondary primary beam (12). divided, wherein the at least one light beam (4) and the at least one secondary primary beam (12) are oriented in different directions.
10. Messeinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Messeinheit (1) eine zweite Lichtemittereinheit (2‘) und ein zweites Messvolumen (7‘) vorgesehen sind, wobei die zweite Lichtemittereinheit (2‘) den Nebenprimärstrahl (12) erhält und aus dem Nebenprimärstrahl (12) einen zweiten Lichtstrahl (4‘) erzeugt, der durch das zweite Messvolumen (7‘) zum Detektor (21) oder zu einem zweiten Detektor (21 ‘) gesendet wird. 10. Measuring unit according to Claim 9, characterized in that a second light emitter unit (2') and a second measuring volume (7') are provided in the measuring unit (1), the second light emitter unit (2') receiving the secondary primary beam (12) and a second light beam (4') is generated from the secondary primary beam (12) and is sent through the second measurement volume (7') to the detector (21) or to a second detector (21').
11. Messeinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Messeinheit (1) eine dritte Spiegelungseinheit (3) mit einer dritten Spiegelungsebene (3.1‘) vorgesehen ist, und die dritte Spiegelungsebene (3.1‘) den zweiten Lichtstrahl (4‘) der zweiten Lichtemittereinheit (2‘) als zweiten Rückstrahl (14‘) reflektiert und den zweiten Rückstrahl (14‘) zum Detektor (21) oder zum zweiten Detektor (21 ‘) sendet. 11. Measuring unit according to claim 10, characterized in that a third reflection unit (3) with a third reflection plane (3.1') is provided in the measurement unit (1), and the third reflection plane (3.1') transmits the second light beam (4'). second light emitter unit (2') as a second return beam (14') and sends the second return beam (14') to the detector (21) or to the second detector (21').
12. Messeinheit nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Messeinheit (1) eine dritte Spiegelungseinheit (3‘) mit einer dritten Spiegelungsebene (3.1‘) und eine vierte Spiegelungseinheit (5‘) mit einer vierten Spiegelungsebene (5.1‘) vorgesehen sind, wobei die dritte Spiegelungseinheit (3) und die vierte Spiegelungseinheit (5‘) beabstandet voneinander und mit einander zugewandten Spiegelungsebenen (3.1‘, 5.1‘) angeordnet sind, und das zweite Messvolumen (7‘) zwischen der dritte Spiegelungseinheit (3‘) und der zweiten Spiegelungseinheit (5‘) ausgebildet ist, wobei die zweite Lichtemittereinheit (2‘) den zweiten Lichtstrahl (4) in Richtung der dritten Spiegelungseinheit (3‘) und in einem von einer Normalen auf die dritte Spiegelungsebene (3.1‘) abweichenden zweiten Winkel (a‘) abstrahlt, wobei die dritte Spiegelungsebene (3.1‘) der dritten Spiegelungseinheit (3‘) ausgebildet ist, den zweiten Lichtstrahl (4‘) zur vierten Spiegelungseinheit (5‘) zu reflektieren und die vierte Spiegelungsebene (5.1‘) der vierten Spiegelungseinheit (5) ausgebildet ist, den zweiten Lichtstrahl (4‘) wieder zur dritten Spiegelungseinheit (3) zu reflektieren, sodass der zweite Lichtstrahl (4‘) in einer Mehrzahl n an Reflexionen zwischen der dritten Spiegelungseinheit (3‘) und der vierten Spiegelungseinheit (5‘) hin und her läuft, und dass der Detektor (21) oder der zweite Detektor (21‘) vorgesehen ist, den zweiten Lichtstrahl (4) nach der Mehrzahl n an Reflexionen als zweiten Rückstrahl (14‘) zu erfassen, oder eine zweite Umlenkeinheit (11 ‘) vorgesehen ist, die den zweiten Lichtstrahl (4‘) nach der Mehrzahl n an Reflexionen in entgegengesetzter Richtung zum Lichtstrahl (4‘) zu einem zweiten Rückstrahl (14‘) umlenkt und der zweite Rückstrahl (14‘) dabei eine Anzahl m an Reflexionen zwischen dritter Spiegelungseinheit (3‘) und vierter Spiegelungseinheit (5‘) durchführt und der Detektor (21) oder der zweite Detektor (21 ‘) den zumindest einen Rückstrahl (14‘) nach der Anzahl m an Reflexionen erfasst. 12. Measuring unit according to claim 10 or 11, characterized in that in the measuring unit (1) there is a third reflection unit (3') with a third reflection plane (3.1') and a fourth reflection unit (5') with a fourth reflection plane (5.1'). are provided, the third reflection unit (3) and the fourth reflection unit (5') being arranged at a distance from one another and with reflection planes (3.1', 5.1') facing one another, and the second measurement volume (7') between the third reflection unit (3' ) and the second reflection unit (5'), the second light emitter unit (2') sending the second light beam (4) in the direction of the third reflection unit (3') and in a direction that deviates from a normal to the third reflection plane (3.1'). second angle (a '), wherein the third reflection plane (3.1 ') of the third reflection unit (3') is designed to reflect the second light beam (4 ') to the fourth reflection unit (5') and the fourth reflection plane (5.1 ') of the fourth reflection unit (5) is designed to reflect the second light beam (4') back to the third reflection unit (3), so that the second light beam (4') in a plurality n of reflections between the third reflection unit (3') and the fourth reflection unit (5'), and that the detector (21) or the second detector (21') is provided, the second light beam (4) after the plurality n of reflections as the second return beam (14'), or a second deflection unit (11') is provided, which deflects the second light beam (4') after the plurality n of reflections in the opposite direction to the light beam (4') to a second return beam (14'). and the second return beam (14') carries out a number m of reflections between the third reflection unit (3') and the fourth reflection unit (5') and the detector (21) or the second detector (21') the at least one return beam (14' ) after the number m of reflections detected.
13. Messeinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wnkel (a‘) des zweiten Lichtstrahls (4) verstellbar ist. 13. Measuring unit according to claim 12, characterized in that the second angle (a') of the second light beam (4) is adjustable.
14. Messeinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Spiegelungsebene (3.1‘) der dritten Spiegelungseinheit (3‘) und/oder die vierte Spiegelungsebene (5.1‘) der vierten Spiegelungseinheit (5‘) durchgängig und/oder einstückig ausgebildet ist. 14. Measuring unit according to one of claims 11 to 13, characterized in that the third reflection plane (3.1') of the third reflection unit (3') and/or the fourth reflection plane (5.1') of the fourth reflection unit (5') is continuous and/or is formed in one piece.
15. Messeinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Spiegelungseinheit (3‘) mit einer geteilten dritten Spiegelungsebene (3.1‘) und/oder die vierte Spiegelungseinheit (5‘) mit einer geteilten vierten Spiegelungsebene (5.1‘) ausgeführt ist, wobei an einem geteilten Abschnitt einer geteilten dritten und/oder vierten Spiegelungsebene (3.1‘, 5.1‘) zumindest zwei Reflexionen des Lichtstrahls (4‘) oder Rückstrahls (14‘) vorgesehen sind. 15. Measuring unit according to one of claims 11 to 13, characterized in that the third reflection unit (3') with a divided third reflection plane (3.1') and/or the fourth reflection unit (5') with a divided fourth reflection plane (5.1') is designed, at least two reflections of the light beam (4') or return beam (14') being provided on a divided section of a divided third and/or fourth reflection plane (3.1', 5.1').
16. Messeinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Spiegelungsebene (3.1‘) der dritten Spiegelungseinheit (3‘) und/oder die vierte Spiegelungsebene (5.1‘) der vierten Spiegelungseinheit (5‘) zumindest abschnittsweise koplanar angeordnet sind. 16. Measuring unit according to one of claims 11 to 15, characterized in that the third reflection plane (3.1') of the third reflection unit (3') and/or the fourth reflection plane (5.1') of the fourth reflection unit (5') are arranged coplanar at least in sections are.
17. Messeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Spiegelungsebene (3.1‘) der dritten Spiegelungseinheit (3‘) und/oder die vierte Spiegelungsebene (5.1‘) der vierten Spiegelungseinheit (5‘) zumindest abschnittsweise planar oder gewölbt oder strukturiert ausgebildet sind. 17. Measuring unit according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the third reflection plane (3.1') of the third reflection unit (3') and/or the fourth reflection plane (5.1') of the fourth reflection unit (5') is at least partially planar or are curved or structured.
18. Messeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Messeinheit (1) zumindest eine Modulationseinheit (16) vorgesehen ist, um den zumindest einen Lichtstrahl (4) und/oder den zweiten Lichtstrahl (4‘) und/oder den zumindest einen Rückstrahl (14) und/oder den Hauptprimärstrahl (4.1) und/oder einen Nebenprimärstrahl (12) in einzelne Lichtpakete (17) aufzuteilen. 18. Measuring unit according to one of Claims 1 to 13, characterized in that at least one modulation unit (16) is provided in the measuring unit (1) in order to modulate the at least one light beam (4) and/or the second light beam (4') and/or or dividing the at least one return beam (14) and/or the main primary beam (4.1) and/or a secondary primary beam (12) into individual light packets (17).
19. Messeinheit nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Lichtpakete (17) zeitlich versetzt sind. 19. Measuring unit according to claim 18, characterized in that at least two light packets (17) are offset in time.
20. Messeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in der Messeinheit (1) zumindest eine Bildeinheit (29) vorgesehen ist, um bei Vorhandensein einer Abgaswolke (31, 31 ‘) im Messvolumen (7, 7‘) zumindest einen Teil der Abgaswolke (31, 3T) aus unterschiedlichen Richtungen aufzunehmen, wobei eine Auswerteeinheit (13) vorhanden ist, um die mit der Bildeinheit (29) aufgenommenen Abbildungen zu einem Abbild des zumindest einen Teils der Abgaswolke (31, 3T) zu rekonstruieren und aus dem Abbild des zumindest einen Teils der Abgaswolke (31, 3T) eine Gesamtdurchtrittsstrecke (x) des zumindest einen Lichtstrahls (4), des zweiten Lichtstrahls (4‘) und/oder des Rückstrahls (T, 14‘) durch die Abgaswolke (31, 3T) im Messvolumen (7, 7‘) zu bestimmen, wobei der zumindest eine Detektor (21), der den Rückstrahl (14, 14‘) erfasst, eine Intensitätsabnahme des Rückstrahls (14, 14‘) aufgrund des zumindest einen gasförmigen oder festen Stoffes erfasst und die Auswerteeinheit (13) vorgesehen ist, aus der Intensitätsabnahme und der ermittelten Gesamtdurchtrittsstrecke (x) eine Konzentration (c) des zumindest einen gasförmigen oder festen Stoffes im Messvolumen (7, 7‘) zu ermitteln. 20. Measuring unit according to one of Claims 1 to 19, characterized in that at least one imaging unit (29) is provided in the measuring unit (1) in order to, if an exhaust gas cloud (31, 31') is present in the measuring volume (7, 7'), at least recording part of the exhaust gas cloud (31, 3T) from different directions, with an evaluation unit (13) being present in order to reconstruct the images recorded with the imaging unit (29) into an image of at least part of the exhaust gas cloud (31, 3T) and from the image of at least part of the exhaust gas cloud (31, 3T), a total passage distance (x) of the at least one light beam (4), the second light beam (4') and/or the return beam (T, 14') through the exhaust gas cloud (31 , 3T) in the measurement volume (7, 7'), wherein the at least one detector (21) that detects the return beam (14, 14') detects a decrease in intensity of the return beam (14, 14') due to the at least one gaseous or solid substance detected and the evaluation unit (13) provision is made for determining a concentration (c) of the at least one gaseous or solid substance in the measuring volume (7, 7') from the decrease in intensity and the determined total passage distance (x).
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schutzfolie (25) austauschbar über einer Spiegelungsebene (3.1, 3.1‘) einer Spiegelungseinheit (3, 3‘) angeordnet ist. 21. Device according to one of Claims 1 to 20, characterized in that a protective film (25) is arranged in an exchangeable manner over a reflection plane (3.1, 3.1') of a reflection unit (3, 3').
22. Verfahren zur Messung zumindest eines gasförmigen oder festen Stoffes in zumindest einem Messvolumen (7) an einer stationären Messstelle, wobei ein Lichtstrahl (4) durch eine Lichtemittereinheit (2) in Richtung einer ersten Spiegelungsebene (3.1) einer ersten Spiegelungseinheit (3) und in einem von einer Normalen auf die erste Spiegelungsebene abweichenden ersten Winkel (a) abgestrahlt wird, wobei der Lichtstrahl (4) von der ersten Spiegelungseinheit (3) zu einer beabstandeten zweiten Spiegelungseinheit (5) mit einer zweiten Spiegelungsebene (5.1) reflektiert wird und danach der Lichtstrahl (4) von der zweiten Spiegelungseinheit (5) wieder zur ersten Spiegelungseinheit (3) reflektiert wird, und der Lichtstrahl (4) eine Mehrzahl n an Reflexionen zwischen erster Spiegelungseinheit (3) und zweiter Spiegelungseinheit (5) durchführt und dabei das Messvolumen (7) zwischen der ersten Spiegelungseinheit (3) und der zweiten Spiegelungseinheit (5) mehrfach durchdringt, wobei der Lichtstrahl (4) nach der Mehrzahl n an Reflexionen von zumindest einem Detektor (21) als Rückstrahl (14) erfasst wird oder der Lichtstrahl (4) an einem Umlenkspiegel (11) zu einem Rückstrahl (14) reflektiert wird und der Rückstrahl (14) eine Anzahl man Reflexionen zwischen erster Spiegelungseinheit (3) und zweiter Spiegelungseinheit (5) durchführt und dabei das Messvolumen (7) mehrfach durchdringt und der Rückstrahl (14) nach der Anzahl m an Reflexionen von dem zumindest einen Detektor (21) erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl n an Reflexionen des Lichtstrahls (4) durch Variieren des ersten Wnkels (a) verstellt wird, um die Mehrzahl n an Reflexionen im Messvolumen (7) zwischen erster Spiegelungseinheit (3) und zweiter Spiegelungseinheit (5) einzustellen und dass mit dem zumindest einen Detektor (21) eine den zumindest einen gasförmigen oder festen Stoff charakterisierende Lichteigenschaft des Rückstrahls (14) gemessen wird. 22. Method for measuring at least one gaseous or solid substance in at least one measuring volume (7) at a stationary measuring point, a light beam (4) passing through a light emitter unit (2) in the direction of a first reflection plane (3.1) of a first reflection unit (3) and is emitted at a first angle (a) deviating from a normal to the first reflection plane, the light beam (4) being reflected from the first reflection unit (3) to a spaced-apart second reflection unit (5) with a second reflection plane (5.1) and thereafter the light beam (4) is reflected from the second mirroring unit (5) back to the first mirroring unit (3), and the light beam (4) carries out a plurality n of reflections between the first mirroring unit (3) and the second mirroring unit (5) and thereby the measurement volume (7) penetrates multiple times between the first reflection unit (3) and the second reflection unit (5), the light beam (4) after the plurality n of reflections is detected by at least one detector (21) as a return beam (14) or the light beam (4) is reflected at a deflection mirror (11) to form a return beam (14) and the return beam (14) has a number of reflections between the first reflection unit (3) and the second reflection unit (5) and thereby penetrating the measurement volume (7) several times and the return beam (14) after the number m of reflections is detected by the at least one detector (21), characterized that the plurality n of reflections of the light beam (4) is adjusted by varying the first angle (a) in order to set the plurality n of reflections in the measurement volume (7) between the first reflection unit (3) and the second reflection unit (5) and that with the at least one detector (21) measures a light property of the return beam (14) that characterizes the at least one gaseous or solid substance.
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