CH683713A5

CH683713A5 - Method and apparatus for detecting parameters of substances.

Info

Publication number: CH683713A5
Application number: CH470/92A
Authority: CH
Inventors: Rudolf Sonderegger; Oskar Hollenstein; Wilfried Blessing
Original assignee: Buehler Ag
Priority date: 1992-02-18
Filing date: 1992-02-18
Publication date: 1994-04-29
Also published as: DE4303178B4; DE4303178A1

Description

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CH 683 713 A5 CH 683 713 A5

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Beschreibung description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen von Parametern von Stoffen mit Hilfe von interferierenden Strahlen. The invention relates to a method and a device for detecting parameters of substances with the aid of interfering rays.

Solche Verfahren und Vorrichtungen sind bereits bekannt. Sie arbeiten nach einem Prinzip wonach ein Sender/Empfänger in den betreffenden Stoff eingetaucht wird und der Sender interferierende Lichtstrahlen an den Stoff abgibt und diese gleichen durch den Stoff reflektierten oder durch den Stoff übertragenen Lichtstrahlen vom Empfänger wieder aufgenommen werden. Such methods and devices are already known. They work according to a principle according to which a transmitter / receiver is immersed in the substance in question and the transmitter emits interfering light rays to the substance, and these are taken up again by the receiver, reflected by the substance or transmitted by the substance.

Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass eine solche Messung oder Erfassung viel Zeit braucht, da der Sender/Empfänger für die Messung zuerst in den Stoff eingetaucht werden muss und weiter eventuell sogar eine gewisse Zeit abgewartet werden muss, bis der Sender/Empfänger im Stoff stabilisiert ist oder bis, im Falle von fliessenden Stoffen, die Strömung sich im Bereiche des Sender/ Empfängers stabilisiert hat. Nach der Messung muss der Sender/Empfänger aus dem Stoff herausgezogen und gereinigt werden, was je nach Eigenschaften des Stoffes sehr aufwendig sein kann. Dies kann aber auch zu Ungenauigkeiten der Messung führen, da einerseits eine Beschädigung des Sensors nicht auszuschliessen ist, anderseits die Daten im allgemeinen praktisch in Analogform vorliegen und somit eine eindeutige Ja/Nein-Aussage schwierig wird. The disadvantage of this solution is that such a measurement or detection takes a lot of time, since the transmitter / receiver must first be immersed in the fabric for the measurement and further may even have to be waited for a certain time before the transmitter / receiver is in the fabric is stabilized or until, in the case of flowing substances, the flow has stabilized in the area of the transmitter / receiver. After the measurement, the transmitter / receiver must be pulled out of the fabric and cleaned, which can be very complex, depending on the properties of the fabric. However, this can also lead to inaccuracies in the measurement, since damage to the sensor cannot be ruled out on the one hand, and on the other hand the data is generally practically in analog form, making it difficult to make a clear yes / no statement.

Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen die genannten Nachteile vermieden werden. The invention as characterized in the claims solves the problem of creating a method and a device with which the disadvantages mentioned are avoided.

Gemäss einer vorteilhaften Ausgestaltung wird dies dadurch erreicht, dass die Strahlen dem Stoff von aussen zugeführt werden, die über den Stoff empfangen und anschliessend interferiert werden, und dass das Resultat aus diesen Interferenzen weiteren Verarbeitungen zugeführt wird, bei denen die Resultate mit vorgegebenen Werten verglichen werden. Vorzugsweise wird dazu eine Lichtquelle ausserhalb des Stoffes angeordnet. Damit verbunden sind aber weitere Massnahmen, die für die Verarbeitung der Signale getroffen werden. Eine solche Massnahme besteht beispielsweise darin, Speichermittel für eine grössere Anzahl von Vergleichswerten bereitzustellen, denn, es gilt nun auch für einen bekannten Stoff Vergleichswerte zugriffsbereit zu haben, die den Abstand der Lichtquelle vom Stoff sowie das Umgebungsmedium der Lichtquelle und des Stoffes berücksichtigen. Will man dadurch aber den Bedarf an Speicherplatz nicht ins Unendliche steigern, so ist es angezeigt, wie in dieser Erfindung vorgeschlagen, bei der Auswertung der Daten eine Methode zur Datenkompression vorzusehen. Dazu findet hier die sogenannte Fast-Fourier-Analyse eine Anwendung. Mit ihr ist es möglich, für eine beschränkte Anzahl Grundstoffe Parameter oder eben Koeffizienten für deren nach Fourier transformierte Spektren zu speichern und immer wieder zur Bildung deren Spektren zu aktivieren. Aus den Koeffizienten verschiedener Stoffe lassen sich dann auch Spektren von According to an advantageous embodiment, this is achieved in that the rays are supplied to the material from outside, which are received via the material and then interfered, and in that the result from these interferences is fed to further processing operations in which the results are compared with predetermined values . For this purpose, a light source is preferably arranged outside the fabric. This is associated with other measures that are taken to process the signals. Such a measure consists, for example, of providing storage means for a larger number of comparison values, because it is now also necessary to have access to comparison values for a known substance, which take into account the distance of the light source from the substance and the surrounding medium of the light source and the substance. However, if one does not want to infinitely increase the need for storage space, it is advisable, as proposed in this invention, to provide a method for data compression when evaluating the data. The so-called Fast Fourier analysis is used here. It makes it possible to save parameters or coefficients for their spectra transformed according to Fourier for a limited number of raw materials and to activate them again and again to form their spectra. From the coefficients of different substances, spectra of

Stoffgemischen bilden und mit gemessenen Spektren bzw. deren Einzelwerte vergleichen. Auf diese Weise lässt sich die Erfassung von Stoffparametern wesentlich schneller durchführen. Form substance mixtures and compare them with measured spectra or their individual values. In this way, the acquisition of material parameters can be carried out much faster.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind in diesem Zusammenhange insbesondere darin zu sehen, dass die Parameter oder Eigenschaften eines Stoffes ohne direkten Kontakt durch Berührung einer Lichtquelle oder eines Fühlers mit dem Stoff erfasst werden können. Damit können die Eigenschaften fliessender Stoffe wie auch chemisch agressiver oder extrem schädlicher Stoffe erfasst werden. Da keine Berührung mit dem Stoff stattfinden muss, spielt sich die Erfassung sehr schnell ab. Es ist somit auch möglich, Stoffe, die an einer chemischen Reaktion beteiligt sind, laufend zu überwachen und festzustellen, wann beispielsweise die Reaktion abgeschlossen ist. Weiter kann somit die Erfassung von Parametern auch zum Steuern oder anderweitigen Beeinflussen einer beispielsweise chemischen Reaktion beitragen, wenn ein solcher Parameter als Steuergrösse verwendet wird. Die Erfindung kann auch zur Unterscheidung zweier oder mehrerer Stoffe oder Stoffgruppen untereinander angewendet werden. In this connection, the advantages achieved by the invention can be seen in particular in that the parameters or properties of a substance can be detected without direct contact by touching a light source or a sensor with the substance. This enables the properties of flowing substances as well as chemically aggressive or extremely harmful substances to be recorded. Since there is no need to touch the material, the detection takes place very quickly. It is therefore also possible to continuously monitor substances that are involved in a chemical reaction and to determine when, for example, the reaction has ended. Furthermore, the acquisition of parameters can also contribute to controlling or otherwise influencing a chemical reaction, for example, if such a parameter is used as a control variable. The invention can also be used to differentiate between two or more substances or groups of substances.

Anderseits kann eine eindeutigere Aussage durch die Massnahmen nach den Ansprüchen 3, aber auch 8, gewonnen werden. Die Sicherheit und Zuverlässigkeit einer richtigen Messung wird aber auch erhöht, wenn die Merkmale des Anspruches 9 vorgesehen sind. On the other hand, a clearer statement can be obtained through the measures according to claims 3, but also 8. The security and reliability of a correct measurement is also increased if the features of claim 9 are provided.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg dargestellenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: In the following, the invention is explained in more detail with the aid of drawings showing only one embodiment. Show it:

Fig. 1 ein Prinzipschema einer erfindungsgemäs-sen Vorrichtung; 1 shows a basic diagram of a device according to the invention;

Fig. 2, 3, 4, 5 und 6 je eine Ausführung eines Teils der Vorrichtung; Figures 2, 3, 4, 5 and 6 each show an embodiment of part of the device;

Fig. 7 ein Teil eines in der erfindungsgemässen Vorrichtung vorgesehenen Rechners; 7 shows part of a computer provided in the device according to the invention;

Fig. 8, 9, 10, 11 und 12 je eine schematische Darstellung von Parametern oder Messwerten die bei der Erfindung anfallen. 8, 9, 10, 11 and 12 each show a schematic representation of parameters or measured values which are obtained in the invention.

Fig. 1 zeigt ein Prinzipschema einer Vorrichtung zum berührungsfreien Erfassen oder Ermitteln von Parametern eines Stoffes 1, von dem hier nur die Oberfläche 2 sichtbar ist. In einem Sensor 3 ist ein Empfänger angeordnet. Seine optische Achse ist dabei mit 3' bezeichnet. Der Empfänger im Sensor 3 ist über eine Leitung 4, die als Lichtleiter ausgebildet ist, an eine Einheit 5 zum Auswerten von Signalen angeschlossen. Über dem Stoff 1 ist eine Lichtquelle 6 oder eine Quelle für Strahlen mit einem Reflektor 7 angeordnet. Mit 8 ist ein Strahlengang bezeichnet, wie er beispielsweise zwischen der Lichtquelle 6 und dem Empfänger 3 auftritt. Die Lichtquelle 6 sendet vorzugsweise Licht oder Strahlen im Bereiche des sogenannten «Nahen Infrarot» aus. Dieser Bereich enthält Wellenlängen, die zwischen 800 nm und 2500 nm liegen. Der Strahlengang 8 durchquert ein Umgebungsmedium 9, das dem Stoff 1 zugeordnet ist und je nach Stoff aus Luft, Vakuum, Dämpfen des betreffenden Stoffes 1 shows a basic diagram of a device for contactless detection or determination of parameters of a substance 1, of which only the surface 2 is visible here. A receiver is arranged in a sensor 3. Its optical axis is designated 3 '. The receiver in the sensor 3 is connected to a unit 5 for evaluating signals via a line 4, which is designed as a light guide. A light source 6 or a source of rays with a reflector 7 is arranged above the fabric 1. 8 designates a beam path as occurs, for example, between the light source 6 and the receiver 3. The light source 6 preferably emits light or rays in the area of the so-called “near infrared”. This range contains wavelengths that are between 800 nm and 2500 nm. The beam path 8 traverses an ambient medium 9, which is assigned to the substance 1 and, depending on the substance, from air, vacuum, vapors of the substance in question

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

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4 4th

oder eines speziell zugeordneten Stoffes besteht, der beispielsweise so gewählt sein kann, dass er die Oxydation des Stoffes verhindert. Wie ersichtlich wird die optische Achse 3' des Sensors von den Lichtstrahlen 8 umgeben. Die Strahlen sind hier konvergierend gezeigt, jedoch ist die Anordnung gegen Abstandänderungen unempfindlicher, wenn der Spiegel im Sinne einer parallelen Ausrichtung der Strahlen ausgebildet ist. or a specially assigned substance, which can for example be chosen so that it prevents the oxidation of the substance. As can be seen, the optical axis 3 'of the sensor is surrounded by the light rays 8. The rays are shown converging here, but the arrangement is less sensitive to changes in distance if the mirror is designed in the sense of a parallel alignment of the rays.

In der Einheit 5 zum Auswerten der Signale mündet die Leitung 4 in das Gehäuse 5 und bildet zusammen mit einem nachgeschalteten Kollinatorsystem 11 den Eingang eines Interferometers 12. Ein solches Interferometer ist beispielsweise aus der Internationalen Anmeldung WO 90/10191 bekannt, welche ein Polarisationsinterferometer zeigt. Das Interferometer 12 hat einen Ausgang 13 für Lichtstrahlen, für die nachfolgend ein Linsensystem 14 vorgesehen ist. Darauf folgt eine Strahlenweiche 15, die zwei Wege 16 und 17 für die Lichtstrahlen bildet. Über einen Spiegel 18 und eine Linse 19 werden beide Wege 16 und 17 wieder zusammengeführt und münden in einen Detektor 20. Dieser ist über eine elektrische Leitung 21 mit einem Verstärker 22 und einem Analog/Digital-Wandler 23 verbunden. Eine Leitung oder ein Bus 24 verbindet diesen mit einem Rechner 25. In unit 5 for evaluating the signals, line 4 opens into housing 5 and, together with a downstream collinator system 11, forms the input of an interferometer 12. Such an interferometer is known, for example, from international application WO 90/10191, which shows a polarization interferometer. The interferometer 12 has an output 13 for light beams, for which a lens system 14 is subsequently provided. This is followed by a beam splitter 15 which forms two paths 16 and 17 for the light beams. Both paths 16 and 17 are brought together again via a mirror 18 and a lens 19 and open into a detector 20. This is connected via an electrical line 21 to an amplifier 22 and an analog / digital converter 23. A line or a bus 24 connects it to a computer 25.

Fig. 2 zeigt einen fliessenden Stoff 26, der beispielsweise in der Richtung eines Pfeiles 27 fliesst. In den Stoff 26 taucht ein Empfänger 28, der über eine Leitung 29 mit einer Einheit 30 zum Auswerten der Signale verbunden ist, die wie die Einheit 5 aufgebaut ist. Eine Lichtquelle 31 und ein Reflektor 32 sind über dem Stoff in an sich bekannter und deshalb hier nicht näher dargestellter Weise angeordnet. FIG. 2 shows a flowing substance 26 which flows, for example, in the direction of an arrow 27. A receiver 28 is immersed in the material 26 and is connected via a line 29 to a unit 30 for evaluating the signals, which is constructed like the unit 5. A light source 31 and a reflector 32 are arranged above the fabric in a manner known per se and therefore not shown here.

Fig. 3 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig. 2, wobei der Detektor 33 wie in Fig. 1 über dem Stoff 34 angeordnet ist. Etwa in einem gleichen Abstand 112 zum Stoff wie der Detektor 33 ist auch eine Distanzmesseinrichtung 35 (vorteilhaft eine Basisentfernungsmessung) angeordnet. Beide sind über Leitungen 36 und 37 mit einer Einheit 38 zum Auswerten der Signale verbunden. FIG. 3 shows an arrangement similar to FIG. 2, the detector 33 being arranged above the fabric 34 as in FIG. 1. A distance measuring device 35 (advantageously a basic distance measurement) is also arranged approximately at the same distance 112 from the material as the detector 33. Both are connected via lines 36 and 37 to a unit 38 for evaluating the signals.

Fig. 4 zeigt eine weitere Anordnung mit einer Lichtquelle 40, einem Reflektor 41, einem Detektor 42 und einer Einheit 43 zum Auswerten. Weiter ist eine optische Achse 44 für die Lichtquelle 40 eingezeichnet. Man erkennt, dass der Detektor 42 vorzugsweise sehr nahe an der optischen Achse 44 oder sogar zentral an ihr angeordnet ist. Zudem ist er in den Boden 45 eines Gefässes 46 eingelassen, in dem ein Stoff 47 liegt oder fliesst. So gelangt ein Lichtstrahl 48 zum Detektor 42, indem er durch den Stoff 47 übertragen wird. 4 shows a further arrangement with a light source 40, a reflector 41, a detector 42 and a unit 43 for evaluation. An optical axis 44 for the light source 40 is also shown. It can be seen that the detector 42 is preferably arranged very close to the optical axis 44 or even centrally on it. In addition, it is embedded in the bottom 45 of a vessel 46 in which a substance 47 lies or flows. A light beam 48 thus reaches the detector 42 by being transmitted through the material 47.

Fig. 5 zeigt eine Anordnung mit zwei Lichtquellen 48 und 49 mit einer optischen Achse 44 und einem Detektor 50 mit einer optischen Achse 50', der dazwischen, nahe der optischen Achse 44 angeordnet ist. Zwischen den Lichtquellen 48 und 49 und einem Stoff 51 ist ein Verschlusssystem 52 angeordnet. Dieses besteht beispielsweise aus Schiebern 53 und 54 und deren Lagerungen 55 und 56. Der Schieber 53 ist in seiner ausgefahrenen Position, der Schieber 54 in seiner eingefahrenen Position gezeigt. Der Sinn dieses Verschlusssystems besteht darin, den Stoff vor den Einwirkungen des Lichtes wie Wärme, Strahlung usw. zu schützen und den Stoff nur dann und solange diesen Wirkungen auszusetzen, wie Zeit für die Messung gebraucht wird. Deshalb sind jeweils beide Schieber entweder eingefahren oder ausgefahren und nicht wie gezeigt, nur einer ausgefahren. Wie solche Schieber und deren Lagerungen ausgebildet sind, ist hier nicht näher gezeigt, weil es viele verschiedene und durch den Fachmann leicht auszuführende Möglichkeiten gibt. FIG. 5 shows an arrangement with two light sources 48 and 49 with an optical axis 44 and a detector 50 with an optical axis 50 ', which is arranged in between, near the optical axis 44. A closure system 52 is arranged between the light sources 48 and 49 and a fabric 51. This consists, for example, of sliders 53 and 54 and their bearings 55 and 56. The slider 53 is shown in its extended position, the slider 54 in its retracted position. The purpose of this locking system is to protect the substance from the effects of light such as heat, radiation, etc. and to only expose the substance to these effects for as long as time is required for the measurement. Therefore, both sliders are either retracted or extended and not one, as shown, only one extended. How such slides and their bearings are designed is not shown in detail here because there are many different possibilities which can be easily carried out by a person skilled in the art.

Fig. 6 zeigt einen Behälter 57 für einen Stoff 58. Der Behälter 57 weist eine Markierung 59 auf, die beispielsweise als Strichcode ausgebildet ist. Über dem Behälter 57 ist ein Detektor 60 und im Bereiche der Markierung 59 ein Lesegerät 61 angeordnet. Beide sind über Leitungen 62 und 63 mit einer Einheit 64 zum Auswerten der Signale verbunden. 6 shows a container 57 for a substance 58. The container 57 has a marking 59, which is designed, for example, as a bar code. A detector 60 is arranged above the container 57 and a reader 61 in the area of the marking 59. Both are connected via lines 62 and 63 to a unit 64 for evaluating the signals.

Fig. 7 zeigt ein Prinzipschema eines Teiles einer solchen Einheit 30, 38, 43, 64 zum Auswerten der Signale, bzw. insbesondere des Rechners 25. Den Eingang bildet ein Detektor 65 mit einer Leitung 66, über die er Signale abgibt. In die Leitung 66 sind auch hier nicht gezeigte Verstärker und A/D-Wand-ler eingesetzt, wie dies Fig. 1 für die Leitung 21 zeigt. Die Leitung 66 ist mit einem Speicher 67 für aktuelle Werte verbunden. Dieser ist einerseits über eine Leitung 68 mit einem ersten Eingang 69 eines Vergieichers 70 und andererseits über eine Leitung 71 mit einem Taktgenerator 72, mit einem Prüfprogrammspeicher 73 und mit einem Sollwertspeicher 74 verbunden. Dieser ist über Leitungen 75 und 76 mit einem Umformer 77 und einem Entfernungsmesser 78 verbunden. Über eine Leitung 79 ist der Umformer 77 auch mit einem Lesegerät 80 verbunden, welches beispielsweise als Strichcodeleser ausgebildet ist. Der Sollwertspeicher 74 ist über eine Leitung 81 mit dem zweiten Eingang 82 des Vergleichers 70 verbunden. Dessen Ausgang 83 ist über eine Leitung 84 mit einem Integrator 85 verbunden, der wiederum über eine Leitung 86 mit einem Eingang eines Vergleichers 127 verbunden ist. Der andere Eingang des Vergleichers 127 kann über eine Leitung 88 mit einem Referenzwertgeber 87 verbunden sein, er mag aber auch selbst als Schwellwertschalter, vorzugsweise mit einstellbarem Schwellwert, ausgebildet sein. Der Ausgang 128 des Vergleichers 127 ist mit einer Anzeige 89 verbunden. Eingabe und Bedienungsmittel 124, die beispielsweise Schalter und Dateneingabemittel umfassen, sind über Leitungen 125 und 126 mit dem Prüfprogrammspeicher 73, dem Taktgenerator 72 und dem Sollwertspeicher 74 verbunden. Die Eingabe und Bedienungsmittel weisen vorzugsweise auch eine Schaltvorrichtung zum Einschalten der Vorrichtung auf mit deren Betätigung das Prüfprogramm aus dem Prüfprogrammspeicher und anschliessend auch das Messprogramm des Interferometers abrufbar ist. Es ist weiter klar, dass die beiden Vergleicher 70 und 127 auch durch einen einzigen Vergieicher 70 ersetzt werden können, der dann mit Werten aus den verschiedenen Speichern in einer geeigneten Sequenz beaufschlagt würde. In diesem Falle wären dann auch der Integrator 85 7 shows a basic diagram of a part of such a unit 30, 38, 43, 64 for evaluating the signals, or in particular the computer 25. The input is formed by a detector 65 with a line 66, via which it emits signals. Amplifiers and A / D converters (not shown) are also inserted in line 66, as shown in FIG. 1 for line 21. Line 66 is connected to a memory 67 for current values. This is connected on the one hand via a line 68 to a first input 69 of a comparator 70 and on the other hand via a line 71 to a clock generator 72, to a test program memory 73 and to a setpoint memory 74. This is connected via lines 75 and 76 to a converter 77 and a range finder 78. The converter 77 is also connected via a line 79 to a reading device 80, which is designed, for example, as a bar code reader. The setpoint memory 74 is connected via a line 81 to the second input 82 of the comparator 70. Its output 83 is connected via a line 84 to an integrator 85, which in turn is connected via a line 86 to an input of a comparator 127. The other input of the comparator 127 can be connected via a line 88 to a reference value transmitter 87, but it may also be designed as a threshold switch, preferably with an adjustable threshold. The output 128 of the comparator 127 is connected to a display 89. Input and operating means 124, which include switches and data input means, for example, are connected via lines 125 and 126 to the test program memory 73, the clock generator 72 and the setpoint memory 74. The input and operating means preferably also have a switching device for switching on the device, the actuation of which can be used to call up the test program from the test program memory and then also the measurement program of the interferometer. It is also clear that the two comparators 70 and 127 can also be replaced by a single comparator 70, which would then be loaded with values from the different memories in a suitable sequence. In this case, the integrator 85 would also be

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10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

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40 40

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50 50

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und der Schwellwertspeicher 87 an den Eingängen 69 und 82 angeschlossen. and the threshold memory 87 is connected to the inputs 69 and 82.

Fig. 8 zeigt Spektren 90 und 91, die über einer horizontalen Achse 92 aufgezeichnet sind, auf der Werte für Wellenlängen aufgetragen sind. Auf einer vertikalen Achse 93 sind beispielsweise Werte von Amplituden oder Spannungen usw. aufgetragen. FIG. 8 shows spectra 90 and 91 recorded over a horizontal axis 92 on which values for wavelengths are plotted. For example, values of amplitudes or voltages etc. are plotted on a vertical axis 93.

Fig. 9 zeigt eine Darstellung von zwei verschiedenen Parametern, Faktoren oder Werten, die auf einen Stoff oder eine Stoffgruppe bezogen sind. Werte des einen Parameters sind auf der horizontalen Achse 94 und Werte des anderen Parameters sind auf der vertikalen Achse 95 aufgetragen. Man erkennt zwei Gruppen 96 und 97 von Werten, die je zu einem ersten und einem zweiten Stoff gehören. 9 shows a representation of two different parameters, factors or values which relate to a substance or a substance group. Values of one parameter are plotted on the horizontal axis 94 and values of the other parameter are plotted on the vertical axis 95. Two groups 96 and 97 of values can be seen, each belonging to a first and a second substance.

Fig. 10 zeigt eine weitere Darstellung von Werten ähnlich Fig. 9. FIG. 10 shows a further representation of values similar to FIG. 9.

Fig. 11 zeigt einen Verlauf 98 beispielsweise einer chemischen Reaktion, die während einer Zeit t abläuft zu der Werte auf der horizontalen Achse 99 aufgetragen sind. Auf der vertikalen Achse 100 sind beispielsweise Werte aufgetragen, die sich auf die erzeugte Menge oder Qualität eines Stoffes beziehen, der bei der Reaktion entsteht. Damit kann verfolgt werden, wie weit die Reaktion zu einer bestimmten Zeit fortgeschritten ist und wann sie abgeschlossen ist. FIG. 11 shows a course 98 of a chemical reaction, for example, which takes place during a time t at which values are plotted on the horizontal axis 99. For example, values are plotted on the vertical axis 100 that relate to the quantity or quality of a substance that is produced during the reaction. It can be used to track how far the reaction has progressed at a certain time and when it has ended.

Fig. 12 zeigt eine Darstellung von Werten 104 und 105 in einem dreidimensionalen Raum oder in einer Darstellung als Funktion von drei verschiedenen Parametern. Dabei ist je ein Parameter über den Achsen 101, 102 und 103 aufgetragen. 12 shows a representation of values 104 and 105 in a three-dimensional space or in a representation as a function of three different parameters. One parameter each is plotted over axes 101, 102 and 103.

Das erfindungsgemässe Verfahren läuft etwa fol-gendermassen ab: Die Lichtquelle 6 in Fig. 1 sendet Lichtstrahlen 8 aus, die vorzugsweise im sogenannten nahen Infrarotbereich liegen. Solche Lichtstrahlen gelangen entweder direkt oder über den Reflektor 7 in das zwischen der Lichtquelle 6 und dem Stoff 1 liegende Umgebungsmedium 9, das dem Stoff zugeordnet ist und demzufolge mit diesem nicht reagiert. Von dort gelangen die Lichtstrahlen auf die Oberfläche 2 eines Stoffes 1, der zu identifizieren ist, oder von dem gewisse Eigenschaften oder Parameter ermittelt werden sollen. An der Oberfläche 2 und im Bereiche der Eindringtiefe werden die Lichtstrahlen 8 reflektiert und durch das Umgebungsmedium 9 hindurch an den Detektor 3 zurückgeworfen, der diese empfängt und über den Lichtleiter in der Leitung 4 an die Einheit 5 zum Auswerten der Signale abgibt. Dort beginnt ein optischer Pfad, für den der Ausgang des Lichtleiters als Strahlenquelle 10 wirkt. Die divergierenden Strahlen werden in der Linse 11 parallel gerichtet und treten dann in das Interferometer 12 ein. Dieses liefert an seinem Ausgang 13 in an sich bekannter Weise Strahlen, die, da sie im Interferometer Wege verschiedener Länge zurücklegen, phasenverschoben sind und miteinander interferieren. Dabei ist der Längenunterschied der beiden Wege einstellbar und ein Signal, das diesen Längenunterschied ausdrückt wird über eine Leitung 106 an den Analog/Digital-Wandler 23 abgegeben. The method according to the invention proceeds approximately as follows: The light source 6 in FIG. 1 emits light rays 8, which are preferably in the so-called near infrared range. Such light rays either come directly or via the reflector 7 into the surrounding medium 9 lying between the light source 6 and the substance 1, which is assigned to the substance and consequently does not react with it. From there, the light rays reach the surface 2 of a substance 1 that is to be identified or from which certain properties or parameters are to be determined. The light rays 8 are reflected on the surface 2 and in the area of the penetration depth and are thrown back through the surrounding medium 9 to the detector 3, which receives it and emits it via the light guide in the line 4 to the unit 5 for evaluating the signals. An optical path begins there, for which the output of the light guide acts as radiation source 10. The diverging beams are directed in parallel in the lens 11 and then enter the interferometer 12. This provides at its output 13 in a manner known per se which, since they travel paths of different lengths in the interferometer, are out of phase and interfere with one another. The difference in length of the two paths can be set and a signal that expresses this difference in length is emitted via a line 106 to the analog / digital converter 23.

Vom Ausgang 13 gelangen die Lichtstrahlen über das Linsensystem 14, die Strahlenweiche 15, den From the output 13, the light rays pass through the lens system 14, the beam splitter 15

Weg 16, den Spiegel 18 und die Linse 19 zum Detektor 20, der die empfangenen Strahlen in an sich bekannter Weise in ein analoges elektrisches Signal umwandelt. Über die Leitung 21 wird das Signal dem Verstärker 22 zugeführt, dort verstärkt und an den Analog/Digital-Wandler 23 weitergegeben. Die dort digitalisierten Signale werden über die Leitung 24 an den Rechner 25 weitergegeben, um dort weiterverarbeitet zu werden. Path 16, the mirror 18 and the lens 19 to the detector 20, which converts the received beams into an analog electrical signal in a manner known per se. The signal is fed to the amplifier 22 via the line 21, amplified there and passed on to the analog / digital converter 23. The signals digitized there are passed on to the computer 25 via the line 24 in order to be further processed there.

Ein Interferogramm entsteht dadurch, dass im Interferometer 12 der eine Weg für die einen Strahlen kontinuierlich oder schrittweise verändert wird, was zur Folge hat, dass die Interferenzen, die aus den Strahlen, die den Weg einer bestimmten Länge zurücklegen und den Strahlen, die einen Weg einer anderen Länge zurücklegen, sich ebenso kontinuierlich oder schrittweise verändern. Dies ergibt entsprechende Signale in der Leitung 21, die sich ebenfalls kontinuierlich oder schrittweise verändern. Das resultierende Spektrogramm aus einer Fourier-Analyse, insbesondere einer Fast-Fourier-Analyse des Rechners 85 ist beispielsweise in Fig. 8 gezeigt. Entsprechende Wegangaben treffen in Form elektrischer Signale über die Leitungen 24 und 106 ein. Zusammen, d.h. aus einer Vielzahl solcher Werte ergibt sich die Kurve 91 in Fig. 8, bei der Wellenlängen und dazugehörende Signale wie Spannungen oder Intensitäten aufgetragen sind. An einer Wellenlänge 107 ergeben sich dann die Werte 109 und 110 als IST- und SOLL-Werte, wobei durch taktmässiges Abfragen der einzelnen Wellenlängen die Differenzen gewonnen und vorzeichenfrei im Integrator 85 aufsummiert werden. An interferogram arises from the fact that in the interferometer 12 the one path for one beam is changed continuously or stepwise, with the result that the interferences that result from the beams that travel the path of a certain length and the beams that make one path of a different length, change continuously or step by step. This results in corresponding signals in line 21 which also change continuously or step by step. The resulting spectrogram from a Fourier analysis, in particular a Fast Fourier analysis of the computer 85, is shown in FIG. 8, for example. Corresponding directions are received in the form of electrical signals via lines 24 and 106. Together, i.e. The curve 91 in FIG. 8 results from a large number of such values, in which wavelengths and associated signals such as voltages or intensities are plotted. At a wavelength 107, the values 109 and 110 then result as ACTUAL and TARGET values, the differences being obtained by intermittent polling of the individual wavelengths and added up without a sign in the integrator 85.

Ein bestimmter Stoff oder eine Stoffgruppe hat jeweils mindestens eine charakteristische Kurve 91 oder 90, in Abhängigkeit von gewissen Parametern wie Temperatur, Messentfernung und dergleichen sogar eine ganze Anzahl solcher Kurven. Dabei ergibt sich ein räumlich mehrdimensionales Achsensystem in welchem Messpunkte als sogenannte Cluster liegen. Wenn angenommen ist, dass die Kurve 90 vorgespeicherte Werte für einen bestimmten Stoff angibt, so kann man eine vorliegende Kurve, wie beispielsweise die Kurve 91 daran messen, d.h. damit vergleichen. Dies geschieht im Rechner 25, der die Schaltung gemäss Fig. 7 enthält. Diese Schaltung erlaubt es, die Abweichungen zwischen den Kurven 90 und 91 zu erfassen und damit eine Angabe darüber zu liefern, ob es wahrscheinlich ist, dass beide Kurven denselben Stoff darstellen oder nicht. Die Intensität der Strahlung wird im Detektor 65 erfasst, der dem Detektor 20 aus Fig. 1 entspricht. Ein entsprechendes Signal wird über die Leitung 66 an den Speicher 67 für aktuelle Werte abgegeben und dort kurzzeitig gespeichert. Im Sollwertspeicher 74 sind alte Werte vorgespeichert, beispielsweise Werte der Kurve 90. Gesteuert durch ein Taktsignal aus dem Taktsignalgenerator 72, werden entsprechende Werte 109 und 110 (Fig. 8) aus den Speichern 67 und 74 ausgelesen und an die Eingänge 69 und 82 des Vergleichers 70 angelegt. Dieser erzeugt ein Differenzsignal, beispielsweise entsprechend der Strecke 108, zwischen Werten 109 und 110 in Fig. 8. Das Differenzsignal verlässt den Vergleicher 70 über den Ausgang 83 A particular substance or group of substances each has at least one characteristic curve 91 or 90 and, depending on certain parameters such as temperature, measuring distance and the like, even a whole number of such curves. This results in a spatially multi-dimensional axis system in which measuring points are located as so-called clusters. If it is assumed that curve 90 indicates pre-stored values for a particular substance, then a present curve, such as curve 91, can be measured on it, i.e. compare with it. This takes place in the computer 25, which contains the circuit according to FIG. 7. This circuit makes it possible to record the deviations between curves 90 and 91 and thus to provide an indication of whether it is likely that both curves represent the same substance or not. The intensity of the radiation is detected in the detector 65, which corresponds to the detector 20 from FIG. 1. A corresponding signal is emitted via line 66 to memory 67 for current values and stored there briefly. Old values, for example values of curve 90, are pre-stored in the setpoint memory 74. Controlled by a clock signal from the clock signal generator 72, corresponding values 109 and 110 (FIG. 8) are read out from the memories 67 and 74 and sent to the inputs 69 and 82 of the comparator 70 created. This generates a difference signal, for example corresponding to the distance 108, between values 109 and 110 in FIG. 8. The difference signal leaves the comparator 70 via the output 83

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

4 4th

7 7

CH 683 713 A5 CH 683 713 A5

8 8th

und Leitung 84, gelangt in ein Filter, wo es geglättet wird und geht weiter über Leitung 86 in den Vergleicher 127, wo es mit einem Schwellwert aus dem Schwellwertspeicher 87 verglichen wird. Das Resultat dieses Vergleiches wird in der Anzeigeeinheit 89 angezeigt. and line 84 passes into a filter where it is smoothed and continues via line 86 to comparator 127 where it is compared to a threshold from threshold memory 87. The result of this comparison is displayed in the display unit 89.

Im Sollwertspeicher 74 sind als Werte vorzugsweise nicht ganze Spektren verschiedener Stoffe gespeichert, sondern bloss eine Näherung davon, so dass dazu weniger Speicherplatz benötigt wird. Eine solche Näherung wird aus den bekannten Spektren durch Datenkompression erreicht. Damit müssen nicht mehr Werte des Spektrums an möglichst vielen Stellen, sondern nur noch bestimmte Koeffizienten gespeichert werden, die ein bestimmtes Spektrum charakterisieren. Zum Vergleichen von Sollwerten und Istwerten eines Stoffes oder einer Stoffkombination, kann dann aus den gespeicherten Koeffizienten das Spektrum wiederhergestellt werden, oder es kann sogar direkt ein Vergleich zwischen entsprechenden Koeffizienten stattfinden, wenn auch die IST-Werte einer Fast-Fourier-Analyse unterworfen werden. In the setpoint memory 74, preferably not whole spectra of different substances are stored as values, but only an approximation thereof, so that less storage space is required for this. Such an approximation is achieved from the known spectra by data compression. This means that it is no longer necessary to store values of the spectrum in as many places as possible, but only certain coefficients that characterize a certain spectrum. To compare target values and actual values of a substance or a combination of substances, the spectrum can then be restored from the stored coefficients, or a comparison between corresponding coefficients can even take place if the ACTUAL values are also subjected to a Fast Fourier analysis.

In Fig. 1 ist ein weiterer Weg 17 angegeben, den die Strahlen nach der Strahlenweiche einschlagen können. Dieser Weg ist für Prüfmessungen vorgesehen, durch die ermittelt werden kann, ob das Gerät betriebsbereit ist, oder ob Teile davon sich mit der Zeit verändern. Dazu ist in diesem Weg 17 beispielsweise ein Prüfmedium 111 eingebaut. Die Schaltung gemäss Fig. 7 weist zu diesem Zweck einen Prüfprogrammspeicher 73 auf, der ein Prüfprogramm mit entsprechenden Werten gespeichert hat. So kann beispielsweise beim Einschalten der Vorrichtung über die Bedienungsmittel 124, oder zwischen zwei Messungen der Zustand der Vorrichtung überprüft werden. Dazu werden dann im Vergleicher 70 (Fig. 7) einerseits vorgespeicherte Werte aus dem Sollwertspeicher 74 und anderseits aktuelle Werte aus dem Speicher 67, die mit dem Prüfmedium gemessen werden, verglichen. Diese Prüfmessung kann automatisch beim Einschalten der Vorrichtung und auch dann immer wieder durchgeführt werden, wenn der verschiebbare und eine Längenänderung des Weges für die Strahlen bewirkende Teil im Interferometer in seine Ausgangsposition zurückkehrt. Ein solches Prüfprogramm kann immer wieder aktiviert werden. Beispielsweise kann jede Messung mit einem Prüfprozess beginnen und durch eine entsprechende Zeitverzögerung nachfolgend begonnen werden. 1 shows a further path 17 which the beams can take after the beam splitter. This route is intended for test measurements, which can be used to determine whether the device is ready for operation or whether parts of it are changing over time. For this purpose, a test medium 111 is installed in this way 17, for example. For this purpose, the circuit according to FIG. 7 has a test program memory 73 which has stored a test program with corresponding values. For example, when the device is switched on using the operating means 124 or between two measurements, the state of the device can be checked. For this purpose, in the comparator 70 (FIG. 7), on the one hand pre-stored values from the target value memory 74 and on the other hand current values from the memory 67, which are measured with the test medium, are compared. This test measurement can be carried out automatically when the device is switched on and again and again when the displaceable part in the interferometer causing a change in the length of the path for the beams returns to its starting position. Such a test program can be activated again and again. For example, each measurement can begin with a test process and can be started subsequently with a corresponding time delay.

Hat die Vorrichtung einen Entfernungsmesser, wie er in der Fig. 3 gezeigt ist, so finden wir diesen auch in der Fig. 7 mit dem Bezugszeichen 78. Es ist möglich, dass in Abhängigkeit vom Abstand 112 zwischen dem Stoff 34 und dem Detektor 33 wie er aus Fig. 3 hervorgeht, verschiedene Messwerte oder Messwertreihen 113, 114, 115 und 116 (Fig. 10) gemessen werden. Solche Messwerte können somit auch in Abhängigkeit des Abstandes 112 im Sollwertspeicher 74 vorgespeichert sein. Dann liefert das Ausgangssignal des Entfernungsmessers 78 (Fig. 7) über die Leitung 76 diese Angabe an den Sollwertspeicher 74, der diese Angabe als Adresse für eine andere Gruppe von Speicherplätzen verwendet. If the device has a range finder, as shown in FIG. 3, we can also find this in FIG. 7 with the reference number 78. It is possible that, depending on the distance 112 between the substance 34 and the detector 33, we see how 3, various measured values or series of measured values 113, 114, 115 and 116 (FIG. 10) are measured. Such measured values can thus also be pre-stored as a function of the distance 112 in the setpoint memory 74. The output signal of the rangefinder 78 (FIG. 7) then delivers this information via line 76 to the setpoint memory 74, which uses this information as an address for another group of storage locations.

Die Vorrichtung kann auch ein Lesegerät 61, 80 (Fig. 6, 7) für eine Markierung 59 aufweisen. Die Markierung 59 gibt dann bereits vor, welche Sollwerte durch die Messung zu erreichen sind. Damit werden die Signale aus dem Lesegerät 80 im Umformer 77 so umgeformt, dass sie als Adressen für den Sollwertspeicher 74 verwendet werden können. So legt dieser dann die entsprechenden Werte am Eingang 82 an. The device can also have a reading device 61, 80 (FIGS. 6, 7) for a marking 59. The marker 59 then already specifies which target values can be achieved by the measurement. The signals from the reader 80 are thus converted in the converter 77 in such a way that they can be used as addresses for the setpoint memory 74. So this then creates the corresponding values at input 82.

Die im Rechner 25 bzw. in der Schaltung gemäss Fig. 7, über Leitung 88 anfallenden Werte können auch über die Zeit integriert werden, so dass beispielsweise ein Resultat entsteht, das in der Fig. 8 gezeigt, den Flächen 117 bis 123 entspricht. Diese Flächen können mit einem Vorzeichen versehen sein, das dem Umstand Rechnung trägt, ob das vorgegebene oder das gemessene Signal grösser ist. Aus der Summe der Abweichungen kann man Rückschlüsse darüber ziehen, ob der Stoff von dem die Sollwerte stammen, mit dem Stoff von dem die Messwerte stammen, übereinstimmt. Auf diese Weise kann ein Stoff aufgrund dieser Messwerte identifiziert werden. Die Differenz zwischen den Werten 110 und 109 kann auch als vorzeichenloser Betrag im Vergleicher 70 ermittelt werden, der anschliessend im Integrator 85 integriert wird. So entsteht ein Wert für die Grösse der Flächen 117 bis 123 in Fig. 8. Dieser Wert wird über die Leitung 86 an einen Eingang des Vergleichers 127 angelegt. Am anderen Eingang des Vergleichers 127 liegt ein Vergleichswert aus dem Schwellwertspeicher für die Grösse solcher Flächen an. Liegt nun der Wert am Ausgang des Vergleichers 127 unterhalb einer vorgegebenen Toleranzgrenze, so gibt die Anzeige 89 an, dass Übereinstimmung der Werte herrscht, was bedeutet, dass beispielsweise ein Stoff ais solcher identifiziert ist. The values obtained in the computer 25 or in the circuit according to FIG. 7 via line 88 can also be integrated over time, so that, for example, a result is produced which, as shown in FIG. 8, corresponds to the areas 117 to 123. These areas can be provided with a sign which takes into account the fact whether the specified or the measured signal is larger. From the sum of the deviations, conclusions can be drawn as to whether the substance from which the target values originate matches the substance from which the measured values originate. In this way, a substance can be identified on the basis of these measured values. The difference between the values 110 and 109 can also be determined as an unsigned amount in the comparator 70, which is then integrated in the integrator 85. This creates a value for the size of the areas 117 to 123 in FIG. 8. This value is applied via line 86 to an input of the comparator 127. At the other input of comparator 127 there is a comparison value from the threshold value memory for the size of such areas. If the value at the output of the comparator 127 is now below a predetermined tolerance limit, the display 89 indicates that the values match, which means that, for example, a substance is identified as such.

Aus Messwerten und den entsprechenden Sollwerten, wie sie in der Fig. 8 dargestellt sind, lassen sich in an sich bekannter Weise auch weitere Eigenschaften oder Parameter der Stoffe ableiten, die sich im Interferogramm ausdrücken. Solche Parameter sind beispielsweise Dichte, Viskosität, Wassergehalt, Kohlenstoffgehalt und bei festen Stoffen auch der Zustand der Oberfläche usw. Further properties or parameters of the substances, which are expressed in the interferogram, can also be derived in a manner known per se from measured values and the corresponding target values, as shown in FIG. 8. Such parameters are, for example, density, viscosity, water content, carbon content and, for solid substances, the condition of the surface, etc.

Beispielsweise zeigt Fig. 9 eine Gruppe von Werten 96, die zwar voneinander abweichen aber trotzdem beieinander liegen, dies mindestens verglichen mit Werten einer Gruppe 97. Wenn beide Gruppen eindeutig voneinander getrennt sind, kann man auf zwei verschiedene Stoffe oder Stoffgruppen schlies-sen. Dasselbe geschieht, wenn man drei Parameter zur Beurteilung eines Stoffes heranzieht, wie dies aus der Fig. 12 ersichtlich ist. Hat man beispielsweise verschiedene Messungen mit unbekannten Stoffen gemacht, so kann man die Resultate über den Achsen für die jeweiligen Parameter auftragen. Erhält man solche Werte, die gruppenweise versammelt sind, wie dies für die Werte 104 und 105 zutrifft, so kann man annehmen, dass bei verschiedenen Messungen Gemeinsamkeiten vorliegen. Beispielsweise, wenn es sich um einen gleichen Stoff handelt, der in verschiedenen Abständen 112 ge5 For example, FIG. 9 shows a group of values 96 which differ from one another but are nevertheless close to one another, at least compared to the values of a group 97. If the two groups are clearly separated from one another, it is possible to infer two different substances or groups of substances. The same happens if three parameters are used to assess a substance, as can be seen from FIG. 12. For example, if you have made various measurements with unknown substances, you can plot the results over the axes for the respective parameters. If values are obtained that are grouped together, as is the case for values 104 and 105, one can assume that there are similarities in different measurements. For example, if it is the same substance that ge5 at different intervals

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

5 5

9 9

CH 683 713 A5 CH 683 713 A5

10 10th

messen wurde, oder wenn ein Stoff in verschiedenen Konzentrationen vorliegt. Man kann auch die Messbedingungen soweit verändern, bis sich die Messwerte so zu Gruppen versammeln, wenn das anfänglich nicht der Fall ist. So kann man Stoffe nach deren Eigenschaften auseinanderhalten und auch identifizieren. Dies im Prinzip unabhängig von der Art und der Anordnung der Lichtquelle. was measured, or if a substance is present in different concentrations. You can also change the measurement conditions until the measured values gather in groups if this is not initially the case. In this way, substances can be distinguished and identified according to their properties. In principle, this is independent of the type and arrangement of the light source.

Claims

1. Method for detecting parameters of substances with the aid of interfering rays, characterized in that the rays are supplied to the substance from the outside, that the substance reflects rays that are received and subsequently interfered therefrom, and that the result of these interferences further processing is carried out, in which the results are compared with predetermined values.

2. The method according to claim 1, characterized in that the rays for a substance are continuously interfered with time, and that the interferences are evaluated with the aid of a Fourier analysis, in particular a Fast Fourier analysis.

3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that as processing, differences are formed between measured values and predetermined values, which are then integrated and compared with threshold values.

4. Device for carrying out the method according to one of the preceding claims, characterized by a source (6), which emits rays (8) to the material, by a receiver (8) which receives the light rays emitted by the material, by an interferometer (12 ) in which the received rays are interfered and by a unit (25) for evaluating signals derived from the interfering rays.

5. The device according to claim 4, characterized in that the source has at least one optical axis (44), that the receiver (50) is arranged near this optical axis and the source preferably consists of a plurality of light sources (48, 49) that the The receiver (50) is arranged at a distance from the material and is designed to receive reflected rays such that in particular the optical axis (50 ') of the receiver is arranged such that the rays of the source symmetrically surround the optical axis (50') of the receiver .

6. Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that a movable diaphragm (52, 53) is arranged between the source and the material, which is only opened for the time of a measurement and which, in the closed state, the material before exposure to the rays shields.

7. Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the receiver (33) is connected to a device (35) for measuring the distance (12) to the material, which in turn is connected to the unit for evaluating signals.

8. Device according to one of claims 4 to

7, characterized in that a reading device (61) for markings (59), in particular for a bar code, is provided, which is connected to the unit for evaluating signals and / or that a difference former (70) for generating an unsigned difference value between TARGET - and the ACTUAL values of a spectral distribution curve are followed by an integrator (85), and preferably another comparator (127) for comparison with a reference value.

9. Device according to one of claims 4 to

8, characterized in that the unit (25) for evaluating the signals contains a test program memory (73) which contains a test program for the device, which is connected to an operating and input unit (124) via which the test program can be activated, the Operating and input unit (124) preferably has a switching device for switching on the device, after its actuation the test program and then the measuring program of the interferometer can be called up.

5

10th

15

20th

25th

30th

35

40

45

50

55

60

65

6