Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen eines Spektrometersystems, welches beispielsweise als ein Inhaltsstoffanalysesystem für landwirtschaftliche Erzeugnisse oder für Lebensmittel ausgebildet ist. Das Verfahren kann ergänzend auch zum Rekalibrieren des Spektrometersystems ausgebildet sein. Im Weiteren betrifft die Erfindung ein

SpektrometerSystem.

Die DE 10 2007 029 405 Al lehrt einen Wellenlängen- und

Intensitätsstandard für Spektrometer, welcher insbesondere zur

Kalibrierung und Prüfung von Messköpfen von Spektrometern vorgesehen ist. Der Standard umfasst eine Fassung und einen in der Fassung angeordneten Plattenkörper aus transparentem

Kunststoff mit einer hohen Festigkeit und Formstabilität über einen großen Temperaturbereich. Der Kunststoff besitzt im gesamten NIR-Bereich ausgeprägte Absorptionsbanden und eine solche chemische Struktur und Zusammensetzung, welche

zuverlässig und zeitstabil eine hohe Feuchtigkeitsbarriere gegen Wasseraufnahme und Wasserabgabe gewährleisten soll. Der Plattenkörper besteht vorteilhaft aus einem amorphen,

transparenten Copolymer auf der Basis von cyclischen und/oder linearen Olefinen.

Die DE 698 36 166 T2 betrifft einen Wellenlängenstandard für den sichtbaren Bereich und den Infrarotbereich zum Gebrauch bei der Analyse und Identifizierung von Materialen. Der

Wellenlängenstandard umfasst einen Betonmix mit einem in der Matrix verteilten Seltenerdoxid.

Die DE 10 2004 021 448 Al zeigt einen spektrometrischen

Reflexionsmesskopf mit einer internen Rekalibrierung, welcher aus einem mit einem Fenster versehenen Gehäuse besteht, in welchem eine Beleuchtungsquelle und eine Optikbaugruppe zum Sammeln und Einkoppeln des Messlichtes in einen Lichtleiter angeordnet sind. Das Gehäuse weist Verbindungen zu einer

Spannungsquelle, zu einer Steuer- und Auswerteeinheit sowie zu einem Spektrometer auf. Im Gehäuse sind zusätzlich mindestens zwei Standards zur internen Rekalibrierung vorhanden, die wahlweise in den Strahlengang des Reflexionsmesskopfes zur Erfassung der Messdaten für die Rekalibrierung geschwenkt werden können.

Aus der DE 10 2004 048 103 Al ist eine Anordnung zur

Bestimmung der Bestandteile geernteter landwirtschaftlicher Produkte bekannt. Diese Anordnung umfasst einen

spektrometrischen Messkopf, welcher aus einem mit einem

Fenster versehenen Gehäuse besteht, in welchem eine

Beleuchtungsquelle, eine Spektrometeranordnung und mindestens zwei Standards zur internen Rekalibrierung vorhanden sind. Die Standards können so in den Strahlengang des Messkopfes geschwenkt werden, dass das gesamte von der Beleuchtungsquelle ausgehende Messlicht zur Rekalibrierung verwendet wird.

Die DE 10 2018 103 509 B3 zeigt ein Verfahren zur

probenrichtigen Messung mit einem mobilen

Inhaltsstoffanalysesystem, welches ein Gehäuse mit Fenster, eine Schnittstelle für eine externe Referenzeinheit, eine Anzeige- und Bedieneinheit, eine Lichtquelle, ein optisches Spektrometer, eine Kamera, eine interne Referenzeinheit und eine elektronische Steuereinheit aufweist. Bei diesem

Verfahren erfolgt eine Plausibilitätsprüfung eines gewählten Kalibrationsproduktes , wobei eine fehlerhafte Auswahl

signalisiert und eine erneute Auswahl eines alternativen

Kalibrationsproduktes initiiert wird. Während einer Messwertaufnahme werden die Temperatur und die relative

Luftfeuchte am Messort und im Gehäuseinneren erfasst und überwacht, wobei unzulässige Abweichungen von durch das

Kalibrationsprodukt vorgegebenen Temperaturwerten und

relativen Luftfeuchten mit der Anzeige- und Bedieneinheit signalisiert werden.

Der angeführte Stand der Technik zeigt u. a. die Anwendung der Spektroskopie als Inline- und Atline-Messtechnik für

landwirtschaftliche Erzeugnisse und Lebensmittel. Mithilfe der NIR-Spektroskopie können Feuchtigkeitswerte und Inhaltsstoffe der landwirtschaftlichen Erzeugnisse und Lebensmittel bestimmt werden. Die entsprechenden Messgeräte können stationär oder mobil ausgebildet sein. Da es sich bei der NIR-Spektroskopie um ein optisches Messverfahren handelt, hängt die Genauigkeit der Messung wesentlich von einer Schnittstelle zu einer Probe, d. h. von einem optischen Messfenster ab. Das Messfenster kann während einer Nutzung verschmutzen oder verkratzen. Auch kann das Messfenster beim Einsatz in einem landwirtschaftlichen Gerät durch Materialfluss abgearbeitet werden, sodass es ausgetauscht werden muss. Somit kommt es zu Veränderungen der Leistungsfähigkeit der Messungen, sodass es einer zyklischen Rekalibrierung unter Nutzung einer externen Referenz bedarf, wodurch ein erhöhter Aufwand erforderlich ist.

Die US 2008/0290279 Al zeigt ein Verfahren zur Normierung eines IR-Spektrometers . Das Verfahren basiert darauf, dass Spektrallinien der im Spektrometer natürlich vorkommenden Luft genutzt werden. Beispielsweise wird die Absorptionsbande von CO2 bei 2.350 cnT ¹ genutzt. Eine Abweichung der gemessenen Wellenlänge der Absorptionsbande zum Referenzwert wird

bestimmt, um das Spektrometer zu kalibrieren. In der EP 2 092 296 Bl ist ein Verfahren für optische

spektroskopische Messungen beschrieben, bei welchem ein

Messkopf mit einer Beleuchtungsquelle, einer Sammeloptik und einer internen Referenz verwendet wird. Die interne Referenz wird durch die Beleuchtungsquelle beleuchtet und durch die Sammeloptik angesehen.

Die US 6,249,343 Bl zeigt einen Wellenlängenstandard, welcher Absorptionslinien von Gas, beispielsweise von Wasserdampf im Bereich von 1,3 pm nutzt. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom

Stand der Technik darin, ein Spektrometersystem prüfen und ggf. rekalibrieren zu können, ohne hierfür einen externen Wellenlängenstandard oder eine Linienlampe zu benötigen.

Die genannte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß dem beigefügten Anspruch 1 sowie durch ein Spektrometersystem gemäß dem beigefügten nebengeordneten Anspruch 15.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Prüfen eines

Spektrometersystems. Bei dem Spektrometersystem handelt es sich bevorzugt um ein optisches Messsystem zur

Inhaltsstoffermittlung auf spektroskopischer Basis. Es dient bevorzugt zur Inhaltsstoffermittlung von landwirtschaftlichen Produkten oder Lebensmitteln. Das Spektrometersystem ist bevorzugt auf einer landwirtschaftlichen Maschine, wie beispielsweise einem Feldhäcksler, angeordnet und zur

laufenden Prüfung eines landwirtschaftlichen Produktes ausgebildet. Das Spektrometersystem erlaubt bevorzugt eine Messung im UV-Bereich, im visuellen Bereich und/oder im NIR- Bereich. Das Spektrometersystem ist bevorzugt als ein Polychromator ausgebildet. Das Spektrometersystem ist

bevorzugt für eine Reflexionsmessung ausgebildet.

Das Spektrometersystem umfasst ein mit einem Fenster

versehenes Gehäuse. Das Fenster bildet ein Messfenster des Spektrometersystems. In dem Gehäuse sind eine

Beleuchtungsquelle, ein Spektrometer und mindestens ein

Standard zur internen Rekalibrierung angeordnet. Die

Beleuchtungsquelle ist bevorzugt durch einen breitbandigen thermischen Strahler gebildet. Die Beleuchtungsquelle ist bevorzugt durch einen Infrarot-Strahler, durch eine

Halogenlampe oder durch eine LED-basierte Lichtquelle

gebildet .

Bei dem mindestens einen Standard handelt es sich um eine körperliche Referenz zum Rekalibrieren des

Spektrometersystems. Bei dem mindestens einen Standard handelt es sich insbesondere um einen Wellenlängenstandard, welcher ein Referenzspektrum aufweist. Der mindestens eine Standard ist bevorzugt weiterhin als ein Intensitätsstandard

ausgebildet. Der Standard ist bevorzugt als ein Weiß-Standard ausgebildet, sodass er eine Weiß-Referenz bildet. Im Gehäuse sind bevorzugt zwei der Standards zur internen Rekalibrierung angeordnet. Dabei handelt es sich bevorzugt um einen Weiß- Standard und um einen Schwarz-Standard. Die Standards sind bevorzugt wahlweise in einen vom Spektrometer zum Fenster verlaufenden Strahlengang mechanisch einschwenkbar. Der jeweilige Standard wird dann von der Beleuchtungsquelle mit Licht beleuchtet, welches der Standard zum Spektrometer reflektiert .

Das Spektrometersystem umfasst bevorzugt eine Steuer- und Messsigalverarbeitungseinheit in Form einer Recheneinheit. Die Steuer- und Messsigalverarbeitungseinheit weist bevorzugt eine grafische Benutzeroberfläche auf, beispielsweise in Form eines Touchscreens. Auch weist die Steuer- und

Messsigalverarbeitungseinheit bevorzugt Datenschnittstellen auf, welche bevorzugt drahtlos ausgebildet sind.

Das Spektrometersystem wird mit externen Standards bzw.

externen Referenzen kalibriert. Dieses Kalibrieren erfolgt beispielsweise bei einer Werksabnahme. Erfindungsgemäß wird nach der Kalibrierung des Spektrometersystems ein

Referenzspektrum mit dem Spektrometer unter Nutzung des im Gehäuse angeordneten Standards aufgenommen. Hierzu wird der Standard mit der Beleuchtungsquelle beleuchtet, und das vom Standard reflektierte Licht wird mit dem Spektrometer

aufgenommen. Das Referenzspektrum wird bevorzugt unmittelbar nach der Kalibrierung des Spektrometersystems aufgenommen, sodass von einer sehr hohen Genauigkeit des Referenzspektrums ausgegangen werden kann.

Im Gehäuse ist ein Füllgas vorhanden, welches

Absorptionsbanden aufweist. Da der Strahlengang des Lichtes von der Beleuchtungsquelle und des vom Standard reflektierten Lichtes durch das Füllgas verläuft, sind die spezifischen Absorptionsbanden des Füllgases im Referenzspektrum erkennbar. Erfindungsgemäß werden die spezifischen Absorptionsbanden des Füllgases im Referenzspektrum detektiert und erkannt. Es wird jeweils mindestens eine die jeweilige erkannte spezifische Absorptionsbande charakterisierende Wellenlänge gemessen, sodass Messwerte für die Wellenlängen der erkannten

spezifischen Absorptionsbanden erhalten werden.

Zur Prüfung und ggf. für eine interne Rekalibrierung wird ein Prüfspektrum mit dem Spektrometer unter Nutzung des Standards aufgenommen. Dies erfolgt insbesondere dann, wenn mit dem Spektrometersystem zahlreiche Proben vermessen wurden und/oder eine relevante Zeitdauer nach dem Kalibrieren mit den externen Standards bzw. Referenzen vergangen ist. Das PrüfSpektrum wird in gleicher Weise wie das Referenzspektrum aufgenommen.

Erfindungsgemäß werden die spezifischen Absorptionsbanden des Füllgases im PrüfSpektrum detektiert und erkannt. Es wird jeweils mindestens eine die jeweilige erkannte spezifische Absorptionsbande charakterisierende Wellenlänge gemessen, sodass Messwerte für die Wellenlängen der erkannten

spezifischen Absorptionsbanden erhalten werden.

In einem weiteren Schritt des Verfahrens wird geprüft, ob die Messwerte der Wellenlängen der im Prüfspektrum erkannten spezifischen Absorptionsbanden des Füllgases um nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß von den Messwerten der Wellenlängen der im Referenzspektrum erkannten spezifischen Absorptionsbanden des Füllgases abweichen. Durch das vorbestimmte Maß ist definiert, ab wann die Ungenauigkeit der Messung mit dem

Spektrometersystem so groß ist, dass eine geforderte

Genauigkeit des Spektrometersystems nicht mehr erreicht wird. Weichen die Messwerte der Wellenlängen der im Prüfspektrum erkannten spezifischen Absorptionsbanden des Füllgases um nicht mehr als das vorbestimmte Maß von den Messwerten der Wellenlängen der im Referenzspektrum erkannten spezifischen Absorptionsbanden des Füllgases ab, so ist die Prüfung des Spektrometersystems positiv. Anderenfalls ist die Prüfung negativ .

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass es eine schnelle und aufwandsarme Prüfung des Spektrometersystems erlaubt, ohne dass hierfür externe Referenzen oder Standards erforderlich sind. Stattdessen dienen der intern vorhandene Standard und die spezifischen Absorptionsbanden des grundsätzlich vorhandenen Füllgases als Referenz .

Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung umfasst das Füllgas gelöstes Wasser in Form von Wasserdampf, sodass das Wasser eine Luftfeuchte bildet. Diese Voraussetzung ist in der Praxis ohnehin in nahezu allen Anwendungen gegeben. Die

Luftfeuchte weist in einem Bereich von 0°C bis 70°C eine

Sättigung auf, welche bevorzugt mindestens 10 % beträgt, was einen geringen Wert darstellt und dennoch für die Erkennung der Absorptionsbanden ausreichend ist. Entsprechend werden die spezifischen Absorptionsbanden des Wasserdampfes in dem

Referenzspektrum und in dem PrüfSpektrum erkannt. Bevorzugt wird mindestens eine im Wellenlängenbereich zwischen 1.300 nm und 2.050 nm liegende spezifische Absorptionsbande des

Wasserdampfes in dem Referenzspektrum und in dem Prüfspektrum erkannt. Bevorzugt werden mehrere im Wellenlängenbereich zwischen 1.300 nm und 2.050 nm liegende spezifische

Absorptionsbanden des Wasserdampfes in dem Referenzspektrum und in dem PrüfSpektrum erkannt. Bei dem Füllgas kann sich aber auch um ein anderes Gas bzw. um ein Schutzgas handeln, oder die spezifischen Absorptionsbanden können durch andere Komponenten des Füllgases bewirkt werden.

Der im Gehäuse angeordnete Standard ist bevorzugt in einen vom Spektrometer zum Fenster verlaufenden Strahlengang

einschwenkbar. Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird der Standard zur Aufnahme des Referenzspektrums und zur Aufnahme des PrüfSpektrums jeweils in diesen Strahlengang eingeschwenkt, was bevorzugt durch einen Aktuator erfolgt, sodass dieser Vorgang automatisiert erfolgen kann. Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden die Messwerte der Wellenlängen der im Prüfspektrum erkannten spezifischen Absorptionsbanden des Füllgases und die Messwerte der Wellenlängen der im Referenzspektrum erkannten

spezifischen Absorptionsbanden des Füllgases durch eine

3-Punkt-Interpolation bestimmt. Das PrüfSpektrum und das Referenzspektrum werden mit einer Auflösung im

Wellenlängenbereich verarbeitet, welche bevorzugt höchstens 0,1 nm beträgt, was bevorzugt durch eine Verarbeitung des PrüfSpektrums und des Referenzspektrums in einem Subpixel- Bereich erfolgt. Hierdurch kann eine Genauigkeit des

Spektrometersystems geprüft werden, welche ±1 nm beträgt. Dies ist beispielsweise von Vorteil, wenn das Spektrometersystem als ein Prozessspektrometersystem auf einer

landwirtschaftlichen Maschine, wie einem Feldhäcksler, ausgebildet ist, wo das Spektrometersystem großen Schock- und Vibrationsbelastungen über einen langen Zeitraum ausgesetzt ist .

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst bevorzugt weitere

Schritte, welche während des bestimmungsgemäßen Betriebes des Spektrometersystems, d. h. während des Ausmessens einer Probe durchgeführt werden und dazu dienen, dem Nutzer des

Spektrometersystems die Verlässlichkeit von Messwerten

mitzuteilen. In einem Schritt wird zunächst ein Spektrum einer Probe mit dem Spektrometer aufgenommen. Hierzu wird die Probe mit der Beleuchtungsquelle beleuchtet, und das von der Probe reflektierte Licht wird mit dem Spektrometer aufgenommen. Es werden spezifische Absorptionsbanden der Probe und ggf.

weitere spektrale Charakteristika im aufgenommenen Spektrum erkannt. In einem weiteren Schritt wird jeweils eine die jeweilige erkannte spezifische Absorptionsbande

charakterisierende Wellenlänge gemessen, wodurch Messwerte der Probe erhalten werden. Es wird eine Meldung ausgegeben, dass die Messwerte der Probe eine Ungenauigkeit aufweisen, wenn die Messwerte der Wellenlängen der im Prüfspektrum erkannten spezifischen Absorptionsbanden des Füllgases um mehr als das vorbestimmte Maß von den Messwerten der Wellenlängen der im Referenzspektrum erkannten spezifischen Absorptionsbanden des Füllgases abweichen. Diese Meldung wird bevorzugt als eine Markierung der Messwerte in einer numerischen oder graphischen Anzeige der Messwerte ausgegeben. Die Meldung stellt bevorzugt eine Warnmeldung dar; insbesondere für den Fall, dass die Messwerte eine verringerte Genauigkeit aufweisen, aber noch verwendbar sind. Bevorzugt wird eine weitere Meldung

ausgegeben, wenn die Messwerte der Wellenlängen der im

Prüfspektrum erkannten spezifischen Absorptionsbanden des Füllgases um mehr als ein weiteres vorbestimmtes Maß von den Messwerten der Wellenlängen der im Referenzspektrum erkannten spezifischen Absorptionsbanden des Füllgases abweichen. Diese weitere Meldung stellt bevorzugt eine Eingriffsmeldung dar, durch welche bevorzugt eine interne Rekalibrierung gefordert oder ausgelöst wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt weiterhin zum internen Rekalibrieren des Spektrometersystems ausgebildet, wofür es weitere Schritte umfasst. Es erfolgt zunächst ein Vergleichen der Messwerte der Wellenlängen der im Prüfspektrum erkannten spezifischen Absorptionsbanden des Füllgases mit den Messwerten der Wellenlängen der im Referenzspektrum erkannten spezifischen Absorptionsbanden des Füllgases. Ausgehend von diesem Vergleich wird eine Korrekturvorschrift bestimmt. Diese Korrekturvorschrift ist dazu geeignet, Messwerte des

Spektrometers zu korrigieren, damit diese eine hohe

Genauigkeit aufweisen. Die Korrekturvorschrift ist bevorzugt durch eine Korrekturfunktion oder durch einen Korrekturfaktor gebildet. Die Korrekturvorschrift wird zum Verarbeiten von Messwerten, welche mit dem Spektrometer aufgenommen werden, angewendet. Das interne Rekalibrieren des Spektrometersystems kann auf Veranlassung durch einen Nutzer und/oder dann

erfolgen, wenn die Messwerte der Wellenlängen der im

Prüfspektrum erkannten Absorptionsbanden des Füllgases um mehr als ein weiteres vorbestimmtes Maß von den Messwerten der Wellenlängen der im Referenzspektrum erkannten

Absorptionsbanden des Füllgases abweichen. Das erfindungsgemäße Spektrometersystem umfasst ein mit einem Fenster versehenes Gehäuse. In dem Gehäuse sind eine

Beleuchtungsquelle, ein Spektrometer und mindestens ein

Standard zur internen Rekalibrierung angeordnet. Das

Spektrometersystem umfasst weiterhin eine Steuer- und

Messsigalverarbeitungseinheit, welche zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens konfiguriert ist. Die Steuer- und Messsigalverarbeitungseinheit ist bevorzugt zur Ausführung einer der beschriebenen bevorzugen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens konfiguriert. Im Übrigen weist das erfindungsgemäße Spektrometersystem bevorzugt auch

Merkmale auf, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren angegeben sind.