DE3226372A1

DE3226372A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen von remissionen

Info

Publication number: DE3226372A1
Application number: DE19823226372
Authority: DE
Inventors: Jürgen 8000 München Barry
Original assignee: Compur Electronic 8000 Muenchen GmbH; Compur Electronic GmbH
Current assignee: Bayer Diagnostic and Electronic GmbH
Priority date: 1982-07-14
Filing date: 1982-07-14
Publication date: 1984-01-19
Also published as: DE3377591D1; JPS5977341A; EP0099024A3; EP0099024B1; ATE36193T1; US4568191A; EP0099024A2

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen von Remissionen, die vom Meßfeld einer remittierenden Fläche remittiert werden, wobei ein Sender ein Strahlenbündel abgibt und ein Empfänger das remittierte Strahlenbündel aufnimmt. Die Erfindung betrifft weiterhin Vorrichtungen zum Messen von Remissionen, die von einer remittierenden Fläche remittiert werden, mit einem Sender und einem Empfänger.

Remissionsmessungen sind dafür vorgesehen, die Remissionen von lichtremittierenden Flächen zu messen, um Remissionswerte oder -Veränderungen zu ermitteln und quantitativ zu erfassen. Messungen dieser Art und damit korrekte Meßergebnisse hängen sehr stark vom Abstand der Remissionsmeßfläche bzw. des Meßfelds von der Sender- und/oder Empfängerfläche ab. Da die gemessene Intensität des Remissionsstrahls und damit das Meßergebnis in sehr kritischer Weise vom Abstand der Remissionsmeßfläche bzw. des Meßfelds von der Sender und/oder Empfängerflache abhängt, ist es bei den herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen zur Remissionsmessung von großer Bedeutung, daß die zu messende Fläche bzw. das Meßfeld sehr genau reproduzierbar vom Empfänger und/oder Sender beabstandet ist. Bei einem aus der DE-OS 30 11 223 bekannten Remissionsphotometer werden sehr aufwendige Einrichtungen verwendet, um den Abstand zwischen dem Meßfeld und dem Empfänger bzw. dem Sender konstant zu halten bzw. genau reproduzierbar zu machen. Die Bedienung einer solchen bekannten Vorrichtung ist sehr kompliziert und nur von geübten Personen durchführbar, wobei dennoch die Gefahr von falschen Meßergebnissen groß ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und Vorrichtungen für Remissionsmessungen anzugeben bzw. zu schaffen, mit der bzw. mit denen einwandfreie Remissionsmeßergebnisse auf einfache Weise und ohne hohen Geräteaufwand erzielt werden können, ohne daß ein genauer und reproduzierbarer Abstand zwischen Sender" und/oder Empfänger einerseits und dem Meßfeld andererseits eingehalten zu werden braucht.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, bei dem das Strahlenbündel eines ersten Senders auf dem Meßfeld wenigstens teil-

ϊ
weise vom Strahlenbündel wenigstens eines weiteren

Senders überlagert wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt folgende Erkenntnis zugrunde:

In den Figuren 1,2 und 3 ist eine Anordnung, die aus einem Empfänger und zwei Sendern S1 und S2 besteht, in den drei Ansichten dargestellt, wobei die Sender S1 und S2 jeweils in gleichem Abstand vom Empfänger und symmetrisch zu diesem angeordnet sind. In" Figur ist auf der Abszisse die geometrische Anordnung von Empfänger und Sender gemäß Figur 3 nochmals dargestellt, wobei mit dem Bezugszeichen 81 die Empfangsstrahlachse und mit dem Bezugszeichen 82 und 83 die Sendestrahlachse der beiden Sender S1 und S2 bezeichnet sind. Auf der Ordinate sind die Empfangsbzw. Beleuchtungspegel aufgetragen. Die Kurve 84 gibt die Beleuchtungscharakteristik bzw. -pegelverteilung wieder, die durch überlagerung (Addition) der Beleuchtung skurven der beiden Sender S1 und S2 gebildet wird. Die Empfangscharakteristik bzw. -pegelverteilung des Empfängers E ist mit dem Bezugszeichen 85 versehen.

Die Kurven 84 und 85 stellen die Beleuchtungs- bzw. Empfangscharakteristik bei einem Abstand t der Remissionsmeßfläche R dar, wie dies aus Figur 1 zu ersehen ist. Durch Zusammensetzen dieser beiden Charakteristiken 84 und 85 ergibt sich eine Gesamtcharakteristik 86, in dem die Werte der Beleuchtungs- und Empfangscharakteristik 84 und 85 an jedem Punkt auf der Abszisse multipliziert werden. Die Charakteristiken 84, 85 und 86 ergeben sich für einen optimalen Abstand t , der Remissionsmeßfläche R von den Sendern S1 und S2 und/oder vom Empfänger E.

Wenn die Remissionsmeßfläche R bzw. das Meßfeld Von der Sender- und/oder Empfängerebene in einem anderen Abstand t als dem optimalen Abstand t _t liegt, ändern sich auch die Gesamtcharakteristiken in ihrer Form.

Ist der Abstand t des Meßfeldes R von der Sender- und/oder Empfängerebene kleiner als der optimale Abstand t , so ergibt sich für diesen Fall eine stärkere Einbuchtung in der Mitte der Beleuchtungscharakteristik 84 aufgrund des kleineren Abstands. Darüberhinaus ergibt sich für t < t . eine kleinere Beleuchtungs-Gesamtintensität aufgrund dieser Formänderung der Beleuchtungscharakteristik 84.

Im umgekehrten Fall, wenn t> t . ist, weist die Beleuchtungscharakteristik 84 eine geringere Einbuchtung auf. Darüberhinaus ergibt sich für t eine größere Beleuchtungs-Gesamtintensität auf— grund dieser Formänderung der Beleuchtungscharakteristik 84.

Eine vom Empfänger gemessene Intensität ist bei kleinerem Abstand t als dem optimalen Abstand t . des Meßfeldes R von der Sender- und/oder Empfänger-

ebene größer,und umgekehrt. D.h., hinsichtlich der Beleuchtungsgesamtintensitat ist die vom Empfänger gemessene Intensität bei sich änderndem Abstand des Meßfeldes R von der Sender- und/oder Empfängerebene gegenläufig.

Insgesamt ergibt sich für t < t eine Gesamtcharakteristik 87 mit einer Einbuchtung in der Mitte und für t > t . eine Gesamtcharakteristik 88 mit einer Wölbung nach oben.

Vergleicht man jedoch die Flächenintegrale der Gesamtcharakteristiken 86, 87 und 88 für die genannten Fälle, so zeigt sich, daß diese für die unterschiedlichen Abstände des Meßfeldes von der Sender- und /oder Empfängerebene im wesentlichen gleich sind. Der Empfänger mißt also für die unterschiedlichen Abstände des Meßfeldes von der Sender- und/oder Empfängerebene im wesentlichen dieselbe Intensität; d.h., ein Unterschied des Abstands zwischen Cmu Meßfeld R und der Sender- und/oder Empfängerebene geht zumindest in einen bestimmten Arbeitsbereich des Abstands t nicht bzw. nur in unwesentlicher Weise in das Meßergebnis ein. Mit andern Worten, das Meßergebnis ist im wesentlichen unabhängig vom Abstand des Meßfeldes hinsichtlich der Sender- und/oder Empfängerebene.

Wie dargestellt, ergibt sich dieser Tiefenausgleich durch die erfindugsgemäße Verwendung von zwei Sendern in Zusammenhang mit einem Empfänger.

Die Anordnung der beiden Sender hinsichtlich des Empfängers muß nicht unbedingt symmetrisch sein. Bei einer unsymmetrischen Anordnung der Sender und Empfänger erhält man unsymmetrische Beleuchtungsund Empfangs-charakteristiken und damit auch unsymmetrische Gesamtcharakteristiken.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Sender S1 und S2 jeweils symmetrisch, d*h. in gleichem Abstand vom Empfänger angeordnet, woduröh die in Figur 4 dargestellte symmetrische Ausbildung der Charakteristiken entsteht.

Ausgehend von einer bekannten Vorrichtung zum Messen von Remissionen, die von einer remittierenden Fläche remittiert werden, mit einem Sender und einem Empfänger, wird die gestellte Aufgabe auch dadurch gelöst, daß wenigstens ein weiterer Sender hinsichtlich der Empfangsstrahlenachse im wesentlichen achssymmetrisch angeordnet ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Senderstrahlachsen zur Empfangsstrahlachse jeweils einenWinkel von 0 < bi» £ 90° auf. Vorzugsweise sind die Winkel ^. gleich groß, so daß eine Winkelsymmetrie vorhanden ist. Es ist jedoch auch möglich, unterschiedliche Winkel für die Senderstrahlachsen zu wählen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Sender ringförmig um die Empfangsstrahlache angeordnet. Die Zahl der Sender ist dabei frei wählbar, wobei der Abstand der Sender untereinander vorzugsweise gleich ist. Je mehr Sender ringförmig um die Empfangsstrahlachse angeordnet sind, desto weniger machen sich Struktureinflüsse der Probe (z.B. bei Textilien) bemerkbar. Daher ist eine Ausführungsform der Erfindung besonders vorteilhaft, bei der statt der einzelnen Sender ein ringförmiger Sender verwendet wird, der im wesentlichen achssymmetrisch um die Empfangsstrahlachse angeordnet ist.

Vorteilhaft ist es auch, statt, einer achssymmetrischen Anordnung der Sender diese hinsichtlich einer Ebene, in der die Empfangsstrahlachse liegt, im wesentlichen symmetrisch anzuordnen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungjsform weisen die Senderstrahlachsen zur Empfängerstrahlachse jeweils einen im wesentlichen gleichen Winkel von 0 ^. ^· έ auf.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform besteht auch darin, daß die SenderStrahlachsen zueinander im wesentlichen parallel sind und zur Empfangsstrahlachse einen Winkel von 0 *· ^- ~ 90° aufweisen.

Wenn eine langgestreckte Probe ausgemessen werden soll, ist erfindungsgemäß weiter vorgesehen, wenigstens zwei Empfänger mit jeweils zwei dazu symmetrisch angeordneten Sendern vorzusehen, wobei die Empfänger in einer Ebene angeordnet sind. Je nach den gegebenen Voraussetzungen und Forderungen im Einzelfall empfängt der jeweilige Empfänger nur Strahlung von den ihm zugeordneten Sendern, oder von Sendern, die benachbarten Empfängern zugeordnet sind.

Die erfindungsgemäße Aufgabe läßt sich auch mit Vorrichtungen lösen, bei denen die Sender lagemäßig durch die Empfänger und umgekehrt ausgetauscht sind. Im Falle der zuvor erwähnten Vorrichtung, bei der zwei Sender jeweils symmetrisch zu einem Empfänger angeordnet sind, würde dies bedeuten, daß zwei Empfänger jeweils symmetrisch z\i einem Sender angeordnet sind. Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Voraussetzungen gelten auch für diese Fälle.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäßen Vorrichtungen sind sowohl in Zusammenhang mit Schallmessungen, als auch in Zusammenhang mit elektromagnetischer Strahlungsmessung, einschließlich von Lichtmessungen, verwendbar.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen für die Anwendung von Lichtremissionsmessungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 die schematische Darstellung einer Anordnung mit einem Empfänger und zwei Sendern in Aufsicht,

Fig. 2 und 3 die in Figur 1 dargestellte Anordnung in Seitenansichten. :

Fig. 4 Kurvenverläufe zur Erläuterung der Erfindung,

Fig. 5 eine Anordnung in Aufsicht, bei der zwei Sender achssymmetrisch um einen Empfänger angeordnet sind,

Fig. 6 eine Anordnung in Aufsicht, bei der vier Sender achssymmetrisch um einen Empfänger angeordnet sind,

Fig. 7 eine schematische Darstellung, bei dem ein ringförmiger Sender um einen Empfänger dargestellt ist,

Fig. 8 eine Reihenanordnung von mehreren in Figur dargestellten Anordnungen zur Remissionsmessung länglicher Meßfelder oder Proben,

Fig. 9 bis 11 eine Ausführungsformentsprechend den Figuren 1 bis 3 mit Lichtleitern in verschiedenen Ansichten,

- 1t -

Fig. 12 die Abhängigkeit des Empfangspegels vom Abstand des Meßfeldes bezüglich der Senderund Empfangsebene für die in den Figuren 9 bis 11 dargestellte Ausführungsform.

Wie bereits erwähnt, zeigen die Figuren 1 bis 3 die Aus führung s form der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit nur einem Empfänger und zwei Sendern, die hinsichtlich einer Ebene, in der die Empfangsstrahlachse liegt, symmetrisch angeordnet sind. Eine Seitenansicht der in Figur 1 dargestellte Anordnung ist in Figur 3 dargestellt, aus der die Überlappung der Senderpegel auf der Remissionsfläche ersichtlich ist. Mit t ist der Abstand der Remissionsfläche R gegenüber der Sender bzw. der Empfängerebene bezeichnet. In diesem Zusammenhang sei daruaf hingewiesen, daß die Empfängerebene nicht notwendigerweise mit der Senderebene zusammenfallen muß. Es sind Ausführungen denkbar, bei denen die Empfä^gerebene von der Remissionsfläche R näher oder weiter beabstandet ist als die Senderebene.

Figur 4 dient der Erläuterung der prinzipiellen Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung und wurde bereits erläutert.

Figur 5 zeigt eine einfache Ausführungsform mit zwei Sendern und einem Empfänger, um den die beiden Sender im wesentlichen achssymmetrisch angeordnet sind.

In Figur 6 ist ein Empfänger ⁴E dargestellt, der von vier Sendern im wesentlichen achssymmetrisch zum Empfangsstrahl umgeben ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, mehr als vier Sender achssymmetrisch um den Empfänger anzuordnen.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform zeigt Figur 7, bei dem ein ringförmiger Sender achssymmetrisch um einen Empfänger angeordnet ist. Ein ringförmiger Sender hat den Vorteil, daß keine Ausrichtung der einzelnen Sender zueinander erforderlich ist/ so daß eine sehr einfache und dennoch wirkungsvolle Meßanordnung geschaffen werden kann, bei der Struktureinflüsse/ wie sie Z.B. an Textilien auftreten, eleminiert werden.

Insbesondere bei der Remissionsmessung an langen Proben, wie dies beispielsweise bei Teststreifen in der Medizintechnik der Fall ist, hat sich die in Figur 8 dargestellte Anordnung bewährt, bei der mehrere Empfänger in einer Ebene angeordnet sind, denen jeweils zwei Sender zugeordnet sind. Die einzelnen Sender können auch in Form einer Senderröhre auf jeweils beiden Seiten der Empfänger ausgebildet sein, wodurch sich die Zahl der einzelnen Sander verringert und damit eine einfachere und kostengünstigere Meßvorrichtung ergibt. In bestimmten Anwendungsfällen, können auch die in einer Reihe liegenden Empfänger als eine Empfangsröhre ausgebildet sein.

Die Figuren 9 bis 11 zeigen ein Ausführungsbeispiel für die in den Figuren 1 bis 3 angegebene schematische Anordnung unter Verwendung von Lichtleitern. Dieses Äusführungsbeispiel ist insbesondere für die Remissionsmessung vorgesehen, bei der der Senderlichtstrahl in einem Winkel^* von 45* auf die remittierende Fläche auftrifft und der remittierende Lichtstrahl von der Remissionsebene senkrecht auf den Empfangslichtleiter Em trifft (sogenannte 45° - 0° - Meßanordnung). Die

Sende- und Empfangslichtleiter Se, Em sind in Sandwichbauweise angeordnet, wodurch sich ein besonders kompakter und raumsparender Aufbau ergibt.

In Figur 12 ist die Abhängigkeit des Empfangslichtpegels EP vom Abstand t des Meßfeldes bezüglich der Sender- bzw. Empfängerebene dargestellt. Auf der Abszisse ist mit t . der Abstand des Meßfeldes von

opt

der Sender- bzw. Empfängerebene eingezeichnet, bei der der größte Empfangspegel EP gemessen wird. Bei einer Versetzung des Meßfeldes um + 15% von der optimalen Entfernung t . ergibt sich eine Abweichung des Empfangspegels von lediglich 2% des größten Empfängspegels EP · Daraus wird unmittelbar deut-

IT13.X ·

lieh, daß das Meßergebnis innerhalb eines relativ breiten Abstandsbereichs sich nur unwesentlich ändert. D.h., mit der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung ist ein Tiefenausgleich möglich und das Remissionsergebnis hängt in einem weiten Abstandsbereich nicht mehr vom genauen Abstand des Meßfeldes bezüglich der Empfänger- bzw. Senderebene ab. Dadurch ist es auch nicht nötig, bei den einzelnen Messungen den Abstand zwischen der Empfänger- und Senderebene und der Testfeldoberfläche genau reproduzierbar einhalten zu müssen. Die Probe kann auch verschiedene Dicken

oder Verwerfungen aufweisen, ohne daß dadurch das Meßergebnis beeinflußt wird. Dieser Sachverhalt ist insbesondere bei Remissionsmessungen an medizinischen Teststreifen von großem Vorteil, da mit ein und demselben Remissionsmeßgerät verschiedene Teststreifen unterschiedlicher Dicke ausgemessen werden können ohne daß dadurch das Meßergebnis beeinflußt wird.

Die erfindungsgemäße Remissionsmeßvorrichtung ist insbesonders auch bei der Remissionsmessung an bandförmigen, am Remissionsmeßkopf vorbeilaufenden Materialien, etwa in der Papier- und Textilindustrie vorteilhaft, da nicht mehr auf eine genaue Beab- * standung des Meßgutes vom Meßkopf Wert gelegt zu werden braucht.

Die Erfindung wurde anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen und in Zusammenhang mit speziellen Anwendungsformen beschrieben. Dem Fachmann sind jedoch zahlreiche Ausgestaltungen und Abwandlungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung und verschiedene Anwendungen möglich, ohne daß dadurch der Erfindungsgedanke verlassen wird.

Claims

Verfahren und Vorrichtungen zum Messen von Remissionen

Patentansprüche:

Verfahren zum Messen von Remissionen, die vom Meßfeld einer remittierenden Fläche remittiert werden, wobei ein Sender ein Strahlenbündel abgibt und ein Empfänger das remittierte Strahlenbündel aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß

das Strahlenbündel des Senders auf dem Meßfeld wenigstens teilweise vom Strahlenbündel wenigstens eines weiteren Senders überlagert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich auf dem Meßfeld überlagernden Strahlenbündel im wesentlichen symmetrisch zur Empfangsstrahlachse verlaufen.
3. Vorrichtung zum Messen von Remissionen, die

von einer remittierenden Fläche remittiert -_; werden, mit einem Sender und einem Empfänger, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein weiterer Sender hinsichtlich der Empfangsstrahlachse im wesentlichen ach symmetrisch an*- geordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Senderstrahlachsen zur Empfangsstrahlachse einen Winkel von 0 *- {f* £

aufweisen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4",' dadurch gekennzeichnet, daß die Sender,ringförmig um die Empfangsstrahlachse angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein ringförmiger Sender um die Empfangsstrahlachse angeordnet ist.
7. Vorrichtung zum Messen von Remissionen, die von einer remittierenden Fläche remittiert werden, mit einem Sender und einem Empfänger, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein weiterer Sender hinsichtlich einer Ebene, in der die Empfangsstrahlachse liegt, im wesentlichen symmetrisch angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Senderstrahlachsen zur Empfangsstrahlachse jeweils einen im wesentlichen gleichen Winkel von 0 <: 0C ^ 90° aufweisen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Senderstrahlachsen zueinander im wesentlichen parallel sind und zur Empfangsstrahlachse einen Winkel von O^ &- £ aufweisen.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Empfänger in einer Reihe angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sender lagemäßig durch die Empfänger und umgekehrt ausgetauscht sind,