用于测量介质的光学性质的测量装置

技术领域

本发明涉及一种用于测量介质的光学性质的测量装置。

背景技术

因此，对于不同波长的光学测量，例如，在分光计的情况下，需 要用于发射光的可组合光源和宽带接收器或用于发射光并且在接收器 处将光分解成其光谱分段（spectral fractions）的宽带光源。在此处， 将仅考虑第一种情况。

“光”从本发明的意义上说并不限于电磁光谱的可见范围，而是 替而能够是任意波长或波长组，尤其还有远紫外线（UV）的波长和位 于红外线（IR）范围内的波长。

可组合光源的常用实施例涉及比如与色散元件（例如，棱镜或光 学光栅）或一组单独的窄带光源（例如LED）相耦合的宽带光源。

在两种情况下，不同波长的光束沿不同的方向出射。如果期望比 如精确地朝向接收器的某一方向，则光束必须经机械运动（例如，光 栅的旋转）或经固定的光学装置（例如，半透射镜）被合并。

本发明的目的是提供用于具有限定方向的出射光而无需可移动部 分或复杂的光学元件的光源的结构的装置。

发明内容

该目的由一种测量装置实现，该测量装置包括：用于发射光的至 少第一光源和第二光源；用于接收至少具有第一接收波长和第二接收 波长的光的至少一个光接收器；用于使光弯曲和/或折射的至少一个色 散元件；其中，由光源发射的光撞击色散元件并且由该色散元件转向， 使得光撞击光接收器。在这种情况下，第一光源相对于色散元件以第 一角度布置，并且第二光源相对于色散元件以第二角度布置，其中， 第二角度不同于第一角度，其中，第一角度被实施为使得由色散元件 转向的光的波长对应于第一接收波长，并且其中，第二角度被实施为 使得由色散元件转向的光的波长对应于第二接收波长。

因此，在无附加机械或复杂的光学系统的情况下在接收器处瞄准 不同波长的光是可能的。

在优选实施例中，第一光源和第二光源具有相同的发射光谱。因 此，能够以成本有效的方式使用相同的光源。而且，因为波长选择性 由相应的光源与色散元件之间的角度确保，所以光源不必为温度稳定 的。

在实施例的有利形式中，第一光源和/或第二光源以宽带方式发 射。经常，在通常销售的光源的情况下，找到希望的波长是困难的。

优选地，第一光源和第二光源是LED。能够获得大量的这类光源。

优选地，第一光源和第二光源是白色LED。

由于不同波长的光撞击接收器，所以光接收器尽可能是宽带光接 收器。

在进一步的发展中，色散元件是棱镜，尤其是色散棱镜、反射光 栅、透射光栅、单或双狭缝、光纤束、干涉滤光器、或波长相关镜， 尤其是二向色镜。

在所述光学光栅-反射光栅和透射光栅－的两种情况下，这些通过 它们起作用的方式区别。此外，能够根据制造过程（由此，闪耀光栅、 全息光栅或成像光栅）或透明度（振幅光栅或相位光栅）来区别光栅。 这些光学光栅同样适合于作为色散元件。

测量装置能够是分光计、光度计或色度计。

在进一步的发展中，在第一光源或第二光源与色散元件之间设置 至少一个准直光学元件。因此，能够以更大精度将发射光朝向接收器 瞄准。

为了能够将混合光谱发射至接收器，第一光源和第二光源优选地 同时发射。

附图说明

现在将基于附图解释本发明，唯一的图示出如下：

图1为本发明的测量装置的示意图。

具体实施方式

本发明的测量装置以其总体注有附图标记1并且在图1中示出。

测量装置1至少由第一光源2和第二光源3构成。具有更多光源 的实施例是很可能的。光源2或光源3朝向色散元件4辐射光束6或 光束7。对在色散元件4之后的光束给予附图标记8。光束8撞击光接 收器5。色散元件4上离光接收器5距离最近的点被称为中点10。在 图1的示例中，光束8垂直于色散元件4，并且因此形成法线N。取决 于色散元件4的类型，情况未必是这样。如果色散元件4是比如棱镜 （见下文），则垂直装置是不可能的。

测量装置1能够被实施为比如分光计、光度计或色度计。在下文 中，将探索作为光度计的应用。

在光度测定中，光被用来测量吸收。如果用光照射吸收介质的溶 液，则吸收取决于介质的光谱性质、溶液的浓度和溶液中光路径的长 度。光度测定允许定性且定量的检测以及追踪吸收化合物的辐射的化 学过程的动态。

在吸收中，辐射的至少一部分例如在某一波长范围内的一部分由 介质吸收。介质的吸收取决于介质的组分和浓度。在经过包含介质的 流通池9之后，如通过吸收改变的辐射撞击接收器5，取决于撞击辐射 的强度，该接收器5输出测量信号。从测量信号推导的能够是介质的 吸收/发射/反射以及由此推导的介质的类型和/或组分，尤其是介质中的 分析物的浓度。

利用如应用于过程测量技术的光度测定法，例如，在监测管线、 槽和/或净化装置中的水的情况下，能够确定诸如例如铝、铵、钙、铬、 铁、锰离子的各种离子的含量，氯化物、硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐、 硅酸盐和硫化物的含量，以及诸如例如联氨的有机化合物的含量。另 外，能够以测光法确定水溶液的硬度。

一些介质具有适合于远UV范围中（尤其是在200nm与300nm 之间）的光度检测的特性吸收带。因此，例如，基于在214nm的波长 下测量的液体的吸收记录硝酸盐的浓度。在远UV范围中以测光法确定 的并且尤其是用于监测水的质量的进一步的参数是在254nm下的光谱 吸收系数（简称SAC）。在254nm下的SAC用于检测溶解的有机成 分的存在。

“光”从本发明的意义上说并不限于电磁光谱的可见范围，而是 替而包括如电磁辐射任意波长，尤其是在远紫外线（UV）范围和在红 外线（IR）波长范围内的辐射。

光源2和3具有相同的发射光谱并且被实施为LED（发光二极管）。 优选地，使用宽带光源，因此，比如，发射白光的LED。

然而，由于在示例中仅使用了单个接收器，但是必须接收不同的 波长，所以光接收器5被实施为宽带光接收器。因此，接收器5接收 至少具有第一和第二波长的光。

光源2和3相对于色散元件4以角度α或β布置。更确切地说， 角度α是色散元件4的法线N与在第一光源2与中点10之间的线之间 的角度，并且角度β是色散元件4的法线N与在第二光源3与中点10 之间的线之间的角度。

进一步选项是将准直光学元件11置于光源2和3与色散元件4之 间。在图1中，仅为第二光源3设置了这样的准直光学元件11。

色散元件4比如被实施为棱镜尤其是色散棱镜、反射光栅、透射 光栅、单或双狭缝、光纤束、干涉滤光器，或波长相关镜，尤其是二 向色镜。用作光学光栅的变形的能够是全息光栅或聚焦光栅。聚焦光 栅被形成为凹透镜并且因此使得尤其是其它成像元件变得不必要。

优选地，色散元件4被实施为使得产生正常色散。然而，在变形 中，具有反常色散的色散元件也是可实现的。

角度α被选定为使得第一光源2的宽带光6通过色散元件4弯曲 或折射（取决于色散元件4的类型；见上文），使得仅某一波长的光8 到达光接收器5。角度α被选定使得仅第一接收波长的光到达接收器。 其余的波长通过色散元件4被沿其它方向弯曲、折射、散射、反射等。

角度β被选定为使得第二光源3的宽带光7通过色散元件4弯曲 或折射（取决于色散元件4的类型；见上文），使得仅某一波长的光8 到达光接收器5。角度β被选定使得仅第二接收波长的光到达接收器。 其余的波长通过色散元件4被沿其它方向弯曲、折射、散射、反射等。

例如，角度α或β被选定使得仅蓝色或红色光到达接收器。

一个选项是，光源2和3同时发射，以便由此在接收器5处产生 混合光谱。

附图标记列表

1  测量装置

2  第一光源

3  第二光源

4  色散元件

5  光接收器

6  在4之前的2的光束

7  在4之前的3的光束

8  在4之后的光束

9  介质

10 中点

11 准直仪

N  4的法线

α 2相对于4的角度

β 3相对于4的角度