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Title:
MEASURING APPARATUS AND METHOD FOR SPECTROSCOPIC MEASUREMENTS USING LED LIGHT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2010/060915
Kind Code:
A2
Abstract:
Disclosed is a spectroscopic measuring apparatus comprising at least two light emitting diode units (6), each of which includes at least one light emitting diode/LED (5), the emission wavelength of which can be adjusted to illuminate an absorption path. The at least two LED units are designed such that an adjustable spectral width relative to the emission wavelength of an LED unit (6) overlaps with an adjustable spectral width of the other of the at least two LED units (6) in order to represent an extended adjustable spectral width. The spectroscopic measuring apparatus further comprises at least one receiver to absorb reflected or transmitted light. Also disclosed is a spectroscopic measuring head comprising a housing (10) with LED units (5), lenses (4) for directing beams to the absorption path, and a central front sensing probe (1) for receiving reflected light. The LED units (5) are annularly arranged around a sensing probe. At least two light emitting diode units (6) are provided, each of which includes at least one light emitting diode (5), the emission wavelength of which can be adjusted to illuminate an absorption path. The at least two LED units (6) are designed such that an adjustable spectral width relative to the emission wavelength of an LED unit (6) overlaps with an adjustable spectral width of the other of the at least two LED units (6) in order to represent an extended adjustable spectral width.

Inventors:
FLEISCHER MAXIMILIAN (DE)
HERRMANN PAUL (DE)
PASTUSIAK REMIGIUSZ (DE)
SPEH RAINER (DE)
STRZODA RAINER (DE)
WIESNER KERSTIN (DE)
Application Number:
PCT/EP2009/065795
Publication Date:
June 03, 2010
Filing Date:
November 25, 2009
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
FLEISCHER MAXIMILIAN (DE)
HERRMANN PAUL (DE)
PASTUSIAK REMIGIUSZ (DE)
SPEH RAINER (DE)
STRZODA RAINER (DE)
WIESNER KERSTIN (DE)
International Classes:
G01J3/10; G01J3/42; G01N21/25
Foreign References:
EP1314972A12003-05-28
EP1278049A12003-01-22
Other References:
MALINEN J ET AL: "LED-based NIR spectrometer module for hand-held and process analyser applications" SENSORS AND ACTUATORS B, ELSEVIER SEQUOIA S.A., LAUSANNE, CH, Bd. 51, Nr. 1-3, 31. August 1998 (1998-08-31), Seiten 220-226, XP004154013 ISSN: 0925-4005
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Messvorrichtung zur Spektroskopie, umfassend:

- mindestens zwei LED-Einheiten (6) zur Beleuchtung einer Ab- sorptionsstrecke,

- wobei die mindestens zwei LED-Einheiten (6) derart ausges¬ taltet sind, dass die ausgesendete Spektralbreite bezogen auf die Emissionswellenlange einer LED-Einheit (6) sich mit der ausgesendeten Spektralbreite einer weiteren der mindes- tens zwei LED-Einheiten (6) zur Darstellung einer erweiterten ausgesendeten Spektralbreite überlappt, und

- mindestens einen Empfanger an der Absorptionsstrecke zum Empfang von in der Absorptionsstrecke reflektiertem oder transmittiertem Licht.

2. Messvorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Vielzahl von LED-Einheiten (6) bezogen auf die ausgesendete Spektralbreite überlappend positioniert sind, um eine erweiterte ausgesende¬ te Spektralbreite mit im wesentlichen kontinuierlicher spek- traler Leistungsdichte auszubilden.

3. Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die WeI- lenlangenbereiche der LED-Einheiten (6), derart einander überlappen, dass die Leistungsdichte (I) der insgesamt emit- tierten Strahlung zwischen zwei Maxima für die mindestens zwei LED-Einheiten (6) um weniger als 25% schwankt.

4. Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Abstande von Mittenfrequenzen von Leuchtdioden benachbarter Wellenlangenbereiche so gewählt sind, dass bei einer zwischen den Mittenfrequenzen liegenden Wellenlange die spektrale Leistungsdichte beider LED-Einheiten (6) wenigstens 50% der in der Mittenfrequenz ausgesendeten spektralen Leistungsdichte betragt.

5. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die abstimmbaren Spektralbreiten verschiedener LED- Einheiten (6) in mehreren Spektralbereichen aktiv sind, so dass sie gleichzeitig in mehreren der Bereiche UV, VIS oder NIR angesiedelt sind.

6. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die LED-Einheiten (6) bezogen auf die Spektralbrei- ten, in Abhängigkeit von der Anzahl und der spektralen Lage der Banden einer Zielsubstanz, mehrfach ausgebildet und je einer Bande zugeordnet sind.

7. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die LED-Einheiten (6) zur Kühlung mit einem Kühlkörper verbunden sind.

8. Messkopf zur Spektroskopie, aufweisend - ein Gehäuse (10) mit LED-Einheiten (6), Linsen (4) zur

Strahlfuhrung auf die Absorptionsstrecke und eine stirnsei- tig zentral positionierte Messsonde (1) zum Empfang von reflektiertem Licht, wobei

- die LED-Einheiten (6) ringförmig um eine Messsonde angeord- net sind,

- mindestens zwei LED-Einheiten (6), derart ausgestaltet sind, dass sich ihre emittierten Spektralbreiten zur Darstellung einer erweiterten emittierten Spektralbreite über¬ lappen.

9. Messkopf nach Anspruch 8, bei dem LED-Einheiten (6) und Linsen (4) gegeneinander verstellbar sind zur Einstellung der optimalen Beleuchtung einer Absorptionsstrecke.

10. Messkopf nach Anspruch 8 oder 9, bei dem als Messsonde (1) ein fasergekoppelter Messkopf mit variablem Messfeldbzw. Leuchtfleck-Durchmesser vorhanden ist.

11. Verfahren zum Betrieb einer Messvorrichtung oder eines Messkopfes zur Spektroskopie aufweisend folgende Schritte:

- eine Absorptionsstrecke wird mittels mindestens zweier Leuchtdioden-Emheiten (6) beleuchtet, - wobei die mindestens zwei LED-Einheiten (6), derart ausges¬ taltet sind, dass die emittierte Spektralbreite der Emissi- onswellenlange einer LED-Einheit (6), sich mit der emittierten Spektralbreite einer der weiteren der mindestens zwei LED-Einheiten (6) überlappt,

- wobei die LEDs oder LED-Einheiten nur für eine kurze Zeit, in einem Bereich von Is bis 100s eingeschaltet werden, um eine Messung durchzufuhren.

12. Verfahren zum Betrieb einer Messvorrichtung oder eines Messkopfes zur Spektroskopie aufweisend folgende Schritte:

- eine Absorptionsstrecke wird mittels mindestens zweier Leuchtdioden-Emheiten (6) beleuchtet,

- wobei die mindestens zwei LED-Einheiten (6), derart ausges- taltet sind, dass die emittierte Spektralbreite der Emissi- onswellenlange einer LED-Einheit (6), sich mit der emittierten Spektralbreite einer der weiteren der mindestens zwei LED-Einheiten (6) überlappt,

- wobei die LEDs oder LED-Einheiten zeitnah zur eigentlichen Messung kurz ausgeschaltet werden und Dunkelstrom, Streulicht und Hintergrundstrahlung gemessen und subtrahiert werden .

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei eine Modulation der Lichtmtensitat zur Verbesserung des Signal-zu-Rausch-

Verhaltnisses verwendet wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei von allen LED-Einheiten (6) das emittierte Licht über Kollimato- ren gebündelt wird und gezielt als überlappender Strahlenverlauf auf die Absorptionsstrecke strahlt, zur Darstellung ei¬ nes Messflecks, in dem sämtliche der gewünschten Wellenlangen- bzw. Frequenz-Bereiche zusammentreffen.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei jeder LED-Einheit (6) ein Glasstab zugeordnet ist, der in Abhängigkeit vom Abstand zwischen der Probe und der Messsonde in einem bestimmten Winkel angeordnet ist, um so das gebündeltes Licht gezielt in den Fokus der Messsonde zu fuhren und zu ei¬ nem Spektrometer weiterzuleiten .

Description:
Beschreibung

Messvorrichtung und Verfahren für spektroskopische Messungen mit LED Beleuchtung

Spektroskopie ist ein beruhrungsloses Verfahren zur Mateπal- analyse, welches meist mit infrarotem (IR) Licht, generell aber mit Licht mit einer Wellenlange zwischen 1 nm und 500000 nm arbeitet. Die Spektroskopie wird vor allem zur quantitativen Bestimmung von bekannten Substanzen, deren

Identifikation, zur Prozesssteuerung und Prozessuberwachung und zur Qualitätssicherung angewendet. Ein spektroskopischer Messaufbau umfasst ein Spektrometer, welches in unterschiedlichen Wellenlangenbereichen funktionieren kann, wie bei: UV - ultraviolettem Licht/VIS - sichtbarem Licht; NIR - nahem infraroten Licht, MIR - mittlerem infraroten Licht und FIR - fernem infraroten Licht, zur Auftrennung und Messung der verschiedenen Lichtkomponenten, sowie einer Beleuchtung zur optischen Ankopplung an eine Probe.

Heutzutage werden bei der VIS- und NIR-Spektroskopie typischerweise Halogen-Lampen bzw. Quecksilberdampflampen oder Deuterium Lampen als Lichtquelle angewendet. Diese besitzen eine spektrale Verteilung der Leistungsdichte gemäß dem Planckschen Strahlungsgesetz, welches in Figur 1 verdeutlicht ist. Dabei sind auf der Ordinate links die spektrale spezifische Ausstrahlung und rechts die spektrale Strahldichte ange ¬ geben. D.h., die zur Verfugung stehende spektrale Energiedichte I variiert in Abhängigkeit von Wellenlange λ und Tem- peratur T, was bei der Auswertung des Spektrums berücksichtigt werden muss. Je nach Lichtmtensitat sind unterschiedli ¬ che Lichtquellen für Transmissionsmessungen und/oder für Reflexionsmessungen einsetzbar. Für Reflexionsmessungen ist es vorteilhaft, wenn die Lichtquelle eine sehr hohe Lichtinten- sitat aufweist. Vor allem bei stark absorbierenden Proben wird die Leistung einer Halogenlichtquelle besonders wichtig. Lichtquellen mit hoher Leistung müssen meist durch große Kühlkörper oder Lufter gekühlt werden. Trotz der Kühlung ent ¬ stehen beim Betrieb sehr hohe Temperaturen, die die Lebensdauer der Lichtquelle von heutzutage beispielsweise zwischen 50 und 5000 Stunden erheblich verkurzen. Der Aufwand, eine Halogenlampe auszutauschen, kann vor allem bei industriellen Anwendungen, wie z. B. bei Onlme-Produktions-Uberwachungs- systemen, Schwierigkeiten verursachen.

In für Spektroskopie empfindlichen Spektralbereichen stehen leistungsfähige und effiziente Leuchtdioden (=LED) zur Verfugung. Eine LED besitzt in der Regel eine Breite bezüglich der Emissionswellenlange von durchschnittlich 100 nm, was für eine Spektroskopiemessung meist nicht breitbandig genug ist. Eine Halogenlampe, die im IR-Bereich als Lichtquelle dient, emittiert beispielsweise Licht im Wellenlangenbereich von 300 nm bis 2200 nm.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht in der Be- reitstellung einer Messvorrichtung und eines Verfahrens zur Spektroskopie mit einer langlebigen Beleuchtung und erhöhter spektraler Bandbreite bezogen auf die Emissionswellenlange der Beleuchtung.

Die Losung dieser Aufgabe geschieht durch die jeweilige Merkmalskombination der unabhängig formulierten Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen können den Unteranspruchen ent ¬ nommen werden.

Bei dem hier betrachteten Spektroskopieverfahren, bzw. bei der Messvorrichtung zur Reflexions- oder Transmissionsmes ¬ sung besteht die Messvorrichtung aus einer Beleuchtung, die in dem gewünschten Wellenlangenbereich Licht emittiert, sowie einer Messsonde zur Aufnahme des reflektierten oder transmit- tierten Lichts.

In der vorliegenden Erfindung wird eine Konstruktion eines Messkopfes für Spektroskopiemessungen, insbesondere mit einer Messsonde und eigener, aktiver Beleuchtung mit LEDs vorgestellt.

Erfindungsgemaß werden mehrere, wenigstens zwei, hinsichtlich Ihrer Leistung, wie spektraler Strahlungsverteilung/Spektral- breite, aufeinander abgestimmte LED-Einheiten mit mindestens je einer LED verwendet, um eine Lichtquelle bzw. Beleuchtung über einen gesamten benotigten Spektralbereich gleichzeitig zu realisieren. Eine LED-Einheit besteht dabei vorzugsweise aus mehreren, bis zu einigen Hundert einzelnen Dioden (Dio- denarray-System) .

Wie in Figur 2 dargestellt, kann durch eine geeignete Kombination der LEDs nicht nur ein erweiterter Wellenlangenbe- reich, sondern zusatzlich eine nahezu konstante spektrale Leistungsdichte für die Strahlung erreicht werden.

Eine sehr vorteilhafte Kombination der LEDs ergibt sich, wenn die Abstande der Mittenfrequenzen der einzelnen LEDs sich aus der Summe der Wellenlangenabweichung benachbarter LEDs von der Mittenfrequenz ergeben, bei der die Leistungsdichte auf 50% abgefallen ist, wie es auch in Figur 2 angedeutet ist.

Um den gesamten Wellenlangenbereich von beispielsweise 900 bis 1500 nm abzudecken, sind bei der Darstellung eines Messkopfs Hochstrom/Power-LEDs statt einer Halogenlampe eingesetzt, wobei eine Reihe von sechs sog. Power-LEDs, d.h. LED- Emheiten mit besonders hoher Lichtleistung, mit aufeinander abgestimmten Wellenlangenbereichen, vorhanden ist. Jede ein- zelne LED-Einheit emittiert das Licht in einem anderen Wellenlangenbereich, wie in Figur 3 dargestellt. Die Auswahl der spektral aneinandergereihten Abstimmbereiche der LED-Einhei- ten geschieht derart, dass sich durch Überlappung des Lichtstrahls eine erweiterte Abstimmbreite von beispielsweise 900 nm bis 1500 nm ergibt.

Je nach Bedarf und Anwendung können in einem Messkopf die einzelnen LED-Einheiten, die aus mindestens einer LED beste- hen, eingebaut werden. Wenn die Messung in einem kleineren Wellenlangenbereich durchgeführt werden soll, kann die Anzahl der LED-Einheiten verringert werden. Durch die Flexibilität in dem optischen Aufbau können Sonden gebaut werden, die in mehreren Wellenlangenbereichen aktiv sind und deren Messbereich gleichzeitig Zonen im UV, VIS bis NIR abdecken. Es kön ¬ nen also zwei, drei, oder vier, wie gemäß Figur 2, fünf, oder sechs, oder mehr wie gemäß Figur 3 LED-Einheiten zum Einsatz kommen .

Es ist vorteilhaft, entsprechend der Anzahl und der Verteilung von Spektrallinien einer Zielsubstanz die spektralen Lagen der verschiedenen Spektralbreiten der LED-Einheiten jeweils zuzuordnen. Dabei können bezogen auf die Emissionsfre- quenz Lucken in der erweiterten abstimmbaren Spektralbreite mehrer benachbarter in einer Reihe angeordneter LED-Einheiten vorhanden sein. Anders ausgedruckt wird die Messvorrichtung mehrfach mit jeweils zwischenliegenden frei bleibenden Frequenzbereichen eingesetzt.

Je kuhler eine LED wahrend des Betriebs ist, desto langer ist ihre Lebensdauer und desto hoher ist die Ausgangsleistung. Daher werden die LEDs auf einem Kühlkörper eingebaut, um die Warme besser abzuführen und hierdurch die Lebensdauer zu er- hohen.

Ein weiteres Charakteristikum von LEDs im Gegensatz zu ther ¬ mischen Strahlern sind ihre sehr schnellen Ein- und Ausschaltzeiten, die im Bereich von weniger als 1 ms liegen.

Die Verwendung von LEDs zur Beleuchtung erlaubt zwei Betriebsverfahren für ein Spektrometer :

Energiesparender Betrieb: Die LEDs sind die meiste Zeit nicht in Betrieb und werden nur für eine sehr kurze Zeit - vorzugsweise 2 s - 100 s eingeschaltet, um eine Messung durchzufuhren. Neben der ohnehin effizienten Beleuchtung wird dann durch die Taktung noch zu- satzlich Energie gespart. Dies ist besonders vorteilhaft bei tragbaren Spektrometeranordnungen sowie bei drahtlos montier ¬ ten Messstationen mit Batteriebetrieb und Funkanbindung.

Einflüsse wie Streulicht, Dunkelstrom und Hintergrundstrahlung:

Hochempfindliche Detektoren in Spektrometern weisen einen nicht zu vernachlässigenden Dunkelstrom auf. Durch die schnelle Schaltbarkeit von LEDs kann zeitnah zur eigentlichen Messung kurz die Beleuchtung ausgeschaltet werden und der

Dunkelstrom gemessen werden. Dadurch ergibt sich ein stabileres Signal mit geringerem Fehler. Die Dunkelstrommessung kann auch zyklisch durchgeführt werden, um das Ergebnis zu verbessern.

Beide Betriebsarten sind natürlich auch kombiniert einsetzbar .

Im Folgenden werden anhand der schematischen die Erfindung begleitenden jedoch diese nicht einschränkenden Figuren Aus- fuhrungsbeispiele beschrieben:

Figur 1 zeigt einen Vergleich der spektralen Strahlungsdichte eines Gluhkorpers gemäß dem Plankschen Strah- lungsgesetz,

Figur 2 zeigt eine Kombination von LED-Einheiten, wobei die gesamte Strahlungsdichte im annähernd gleich ¬ bleibenden Bereich liegt, der durch die gestrichelte Linie angedeutet, Figur 3 zeigt einen LED-Trager mit einzelnen Power-LEDs, sogenannten Hochstrom-LEDs ; eine Power-LED ist ein Diodenarray-System, hier dargestellt als eine Losung mit einzelnen LED-Einheiten 6, Figuren 4 bis 8 zeigen Bauteile der Messvorrichtung, wie Messsonde mit dem Linsen-Trager, LED-Trager,

Reflexionssonde und Schutzglas, Figur 9 zeigt ein beispielhaftes Messprinzip mit Sammellinsen

Kollimatoren, Figur 10 zeigt ein beispielhaftes Messprinzip mit Glaslei- tern, beispielsweise Glasstabe.

In Figur 2 wird die erweiterte Spektralbreite von mindestens zwei, hier vier, in der Emissionswellenlange benachbart liegender LED-Einheiten gezeigt.

Vorteile des erfmdungsgemaßen Aufbaus bzw. Verfahrens sind im Einzelnen:

Power-LEDs werden üblicherweise über Konstantstromquellen betrieben, womit der Strom, der durch die LED fließt, konstant gehalten wird und somit unabhängig von Netzschwankungen ist. So können Power-LEDs eine deutlich höhere Lebensdauer, wie beispielsweise 20000 - 50000 h erreichen, im Gegensatz zu herkömmlichen LEDs und Halogenlampen, die auf mehrere 1000 h kommen. Dies ist ein wesentlicher Faktor bei kontinuierlich arbeitenden Anlagen.

Durch den Einsatz von LEDs kann die Veränderung der spektralen Strahlungsdichte, die bei der Alterung der klassischen Halogenlampen unvermeidbar ist, vermieden bzw. reduziert wer ¬ den. Dadurch ist eine Rekalibration der Spektrometer mit ei- nem Reflexionsstandard weniger häufig notig, bzw. kann ganz vermieden werden.

Eine LED-Beleuchtung besitzt einen deutlich kleineren Formfaktor als eine Glühlampe. Dadurch kann die Beleuchtung di- rekt in einem kleinen Messkopf angebracht werden, wo bisher eine aufwandige und empfindliche Lichtzufuhrung über Glasfa ¬ ser notig war.

LEDs sind wesentlich energiesparender als thermische Strah- ler. Sie weisen eine größere Lichtausbeute auf und benotigen entsprechend weniger Eingangsleistung. LEDs sind in Zeiten << Is an- und abschaltbar. Dadurch sind beispielsweise parallel messende Spektrometer mit langen Ru ¬ he- und sehr kurzen Betriebszeiten denkbar. Zum anderen ist dadurch eine Chopper-artige Modulation der Lichtmtensitat zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhaltnisses möglich.

In den Figuren 4 - 8 ist ein Schema für ein weiteres Ausfuh- rungsbeispiel eines neuen Messkopfes dargestellt.

Figuren 9 - 10 zeigen zwei Beleuchtungs-Pπnzipien . Die beispielhafte Messvorrichtung bzw. der Messkopf besteht aus sechs Bausteinen: Gehäuse 10, Schutzglas 15, Lmsen-Trager 11, LED-Trager 12, Reflexionssonde/Messsonde 1 und einem Deckel 14.

Gehäuse 10:

Das Gehäuse 10 wird aus nichtrostendem VA-Stahl gefertigt. Je nach Anwendung können auch andere Rohstoffe verwendet werden.

Schutzglas 15:

Als Schutzglas 15 für die gesamte Optik wird ein zylindrisches Fenster aus Quarzglas (Saphirglas) , beiderseits po ¬ liert, mit Fasen 0,2-0,5 mm verwendet. Das Schutzglas 15 übernimmt für die optischen Bestandteile der Sonde eine Schutzfunktion vor Staub, mechanischer Beschädigung, usw. Zu Beachten ist, dass das Schutzglas m dem gewünschten Wellen- langenbereich ausreichend durchlassig sein muss.

Lmsen-Trager 11: Der Lmsen-Trager 11 ist ebenfalls aus nichtrostendem VA- Stahl/Edelstahl gefertigt und dient zur Befestigung von Kollimatoren. Der Trager 11 wird mittels dreier Gewindestifte mit dem Gehäuse befestigt. Die Funktion der Linsen 4 ist, das von LEDs oder LED-Clustern emittierte Licht zu fokussieren und gebündelt auf die Probe 13 oder Absorptionsstrecke zu übertragen. Die Linsen 4 sowie das Schutzglas 15 müssen in dem gewünschten Wellenlangenbereich durchlassig sein. Die Große, Dicke und physikalisch-optische Spezifikation der Lm- sen 4 ist für jede Anwendung zu bestimmen. Es gelten hier die allgemeinen optischen Gesetze.

LED-Trager 12: Der LED-Trager 12 ist aus Aluminium oder Kupfer gefertigt wegen der besseren Warmeleitung gegenüber einem VA-Stahl und dient zur Aufnahme und Befestigung der LEDs. Der Trager 12 wird durch zwei Langschrauben, Justierschrauben, mit dem Deckel verbunden. Mit den sichtbaren Justierschrauben kann der Abstand zwischen dem Linsen-Trager 11 und dem LED-Trager 12 eingestellt werden. Diese Besonderheit ermöglicht zusätzliche Justiermoglichkeiten für den gesamten optischen Aufbau z.B. bezogen auf den Abstand zwischen Messsonde und Probe 13.

Reflexionssonde:

Als Messsonde 1 wird ein fasergekoppelter Prozess-Messkopf mit variablem Messfeld- bzw. Leuchtfleck-Durchmesser eingesetzt. Die optischen Komponenten sind vorteilhaft achroma ¬ tisch korrigiert und antireflex-beschichtet .

Deckel 14:

Zur Abdeckung der Messsonde wird ein aus nichtrostendem VA- Stahl gefertigter Ring mit einer Bohrung für die Strom- und Glasleiter-Anschlusse verwendet.

In den Figuren 4-8 sind im Detail Messsonde 1 mit dem Linsen- Trager 11, LED-Trager 12 , und Schutzglas 15 dargestellt.

Figur 9 zeigt ein Messprinzip mit Sammellinsen und Kollimato- ren.

Figur 10 zeigt ein Messprinzip mit Glasleitern, wie Glasstaben .

Das Messprinzip mit Kollimatoren, entsprechend Figur 9, basiert auf dem überlappenden Strahlenverlauf von allen LEDs. Bei diesem Messprinzip wird das emittierte Licht von den Kollimatoren gebündelt und strahlt gezielt auf die Absorptions- strecke. Der Lichtfleck von jeder LED ist so zu berechnen und zu justieren, dass sich alle Strahlen überlappen, wodurch ein Messfleck entsteht, bei dem alle gewünschten Wellenlangenbe- reiche zusammentreffen. Das zuruckreflektierte Licht wird von der Reflexionssonde empfangen und über Glasfaser zum Detektor des Spektrometers geschickt.

Beim zweiten Messprinzip entsprechend Fig. 10 wird an jede einzelne LED oder LED-Einheit 6 ein Glasstab unter einem be- stimmten Winkel eingerichtet, wobei der Winkel sich durch den Abstand zwischen der Probe und der Messsonde ergibt, der das gebündelte Licht gezielt in den Fokus der Reflexionssonde fuhren soll. Wie beim ersten Messprinzip wird zuruckreflek- tiertes Licht von der Reflexionssonde empfangen und zu einem Spektrometer weitergeleitet .

Die Sonde mit den Kollimatoren und dem justierbaren LED- Trager 12 bringt einen weiteren Vorteil. Durch die Möglichkeit einer Abstandsanderung zwischen dem LED-Trager 12 und Lmsen-Trager 11 können der Fokus des gebündelten Lichts und die Große des Messflecks verändert werden, was die Messsonde vielseitiger macht, da der Abstand zwischen der Probe und der Messsonde beliebig verändert werden kann.