DE102008063463A1

DE102008063463A1 - Verfahren zur Erfassung eines Messsignals und eines Referenzsignals und Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens

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Publication number: DE102008063463A1
Application number: DE200810063463
Authority: DE
Inventors: Ralf Bitter; Thomas Hankiewicz; Camiel Dr. Heffels; Jürgen Pfeiffer; Wolfgang Dr. Ziegler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2010-07-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung eines Messsignals (12) und eines Referenzsignals (14), wobei eine Strahlung (18) aus einer Lichtquelle (20) auf eine Messzelle (22) fällt und von der Messzelle (22) reflektierte oder transmittierte Strahlung (18) von einem Spektraldetektor (34) detektiert wird, welches folgende Schritte umfasst: Ein erster Strahlungsteil (16) der Strahlung (18) fällt auf die Messzelle (22), wird von der Messzelle (22) reflektiert oder transmittiert und als Messsignal (12) vom Spektraldetektor (34) detektiert. Ein zweiter Strahlungsteil (36) fällt auf einen Referenzstandard (38), wird von dem Referenzstandard (38) reflektiert oder transmittiert und als Referenzsignal (14) vom Spektraldetektor (34) detektiert. Das Referenzsignal (14) und/oder das Messsignal (12) werden bzw. wird moduliert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung eines Messsignals und eines Referenzsignals gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.
Ein derartiges Verfahren ist in der Spektroskopie allgemein bekannt. Um das Spektrum einer Messprobe zu ermitteln, wird eine spektrale Charakteristik des spektrometrischen Systems ohne Messprobe, z. B. ein Spektrum einer Lichtquelle, eine spektrale Charakteristik der verwendeten Optik etc., von einem gemessenen Spektrum der Messprobe getrennt. Dies erfolgt durch Messung einer Referenz, welche in Reflexion mit einem Reflexionsstandard in einem spektral relevanten Umfeld einer Messprobenebene oder in Transmission mit einer Referenzstrecke, die z. B. eine Messzelle ohne Messprobe umfasst, durchgeführt werden kann. Zur Realisierung dieser Messungen werden die Referenzmessungen und die Messprobenmessung oft getrennt voneinander durchgeführt. Um eine Automatisierung der Referenzmessungen zu erreichen, muss ein einem solchen Fall ein Multiplexbetrieb zwischen der Referenzmessung und Messprobenmessung realisiert werden. Damit verbundene Schwierigkeiten bei der vollständigen optischen Trennung der beiden Messungen liegen beispielsweise in der Größe des Reflexionsstandards, der den gesamten optischen Pfad abdecken muss, und in der damit einhergehenden Realisierungsgröße der mechanischen Ausführung. Außerdem ist ein Messvorgang im Multiplexbetrieb schwierig zur reproduzieren.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem die oben genannten Nachteile vermieden werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu sind bei einem Verfahren zur Erfassung eines Messsignals und eines Referenzsignals, bei dem eine Strahlung aus einer Lichtquelle auf eine Messzelle fällt und von der Messzelle reflektierte oder transmittierte Strahlung von einem Spektraldetektor detektiert wird, folgende Schritte vorgesehen: Die Strahlung wird in einen ersten und einen zweiten Strahlungsteil aufgespaltet. Ein erster Strahlungsteil der Strahlung fällt auf die Messzelle, wird von der Messzelle reflektiert oder transmittiert und als Messsignal vom Spektraldetektor detektiert. Ein zweiter Strahlungsteil fällt auf einen Referenzstandard, wird von dem Referenzstandard reflektiert oder transmittiert und als Referenzsignal vom Spektraldetektor detektiert. Das Referenzsignal und/oder das Messsignal werden bzw. wird moduliert.
Zur Durchführung des Verfahrens ist weiterhin eine Vorrichtung zur Erfassung eines Messsignals vorgesehen, mit der die genannte Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs gelöst wird.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass keine Einzelmessungen zur Bestimmung des Referenz- und Messprobenspektrums nötig sind, da Referenz- und Messsignal gleichzeitig gemessen werden. Da nur ein Teil der Strahlung zur Referenzierung genutzt wird, erlaubt dies eine kompaktere Bauweise, denn es wird beispielsweise kein großer Reflexionsstandard, der in den gesamten Strahlengang gedreht oder geklappt werden muss, verwendet. Die Modulation des Referenzsignals kann über mechanische und nicht-mechanische Funktionsprinzipien realisiert werden. Eine Umschaltung zwischen Messprobenspektrumsaufnahme und Referenzspektrumsaufnahme ist nicht nötig. Es können mit wenig Aufwand auch mehrere Messungen, beispielsweise mit verschiedenen Reflexionsstandards durchgeführt werden, um verschiedene Modulationszustände des Referenzsignals und damit für jeden Modulationszustand eine Referenzfunktionen zu erhalten, welche bei einer Datenanalyse und Modellbildung vorteilhaft sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist.
Bevorzugt werden bei einer Bestimmung eines Spektrums des Messsignals und des Referenzsignals zeitlich konstante und von einer Intensität der Lichtquelle unabhängige Quotientenfunktionen verwendet. Auf diese Weise lassen sich eine Referenzfunktion für das Referenzsignal und eine Probenfunktion für das Messsignal ohne Einzelmessungen bestimmen.
Weiter bevorzugt werden das Messsignal und das Referenzsignal vor dem Auftreffen auf den Spektraldetektor von einem optischen Faserbündel aufgenommen. Das Faserbündel besteht aus einzelnen Fasern, die das Messsignal und das Referenzsignal jeweils direkt zum Spektraldetektor leiten.
Bevorzugt wird das Referenzsignal als reflektiertes Referenzsignal an einem Weißstandard als Referenzstandard reflektiert und über eine Krümmung einer Faser des Faserbündels, die das Referenzsignal aufnimmt, moduliert. Mit dem Weißstandard wird das Referenzsignal idealerweise vollständig reflektiert. Die Krümmung der einen Faser, die das Referenzsignal aufnimmt, ist einstellbar und unterscheidet sich von den anderen Fasern des Faserbündels, die das Messsignal aufnehmen. Auf diese Weise wird nur das Referenzsignal moduliert und kann in Abhängigkeit von der Krümmung der Faser ausgekoppelt werden.
In einer alternativen Ausführungsform wird das Referenzsignal bevorzugt über ein Medium, insbesondere einen Flüssigkristall, ein mikroelektronisches System (MEMS) oder einen elektrooptischen Modulator, moduliert. Auf diese Weise ist eine Modulation möglich, die nicht von mechanisch bewegten Komponenten abhängig und somit nicht den durch die Bewegung möglicherweise entstehenden Fehlern ausgesetzt ist.
Bevorzugt wird das Referenzsignal als reflektiertes Referenzsignal an einer drehbaren Scheibe mit mindestens zwei Flächen, die verschiedene Reflexionseigenschaften aufweisen, reflektiert und moduliert. Die Flächen können z. B. ein Weißstandard zur vollständigen Reflektion der auftreffenden Strahlung oder ein Reflexionsstandard sein, der nur einen bestimmten Teil der Strahlung, z. B. bestimmte Wellenlängen der Strahlung, reflektiert und die übrigen Wellenlängen des Spektrums der Strahlung absorbiert oder transmittiert. Bevorzugt wird eine dieser Flächen durch Drehen der Scheibe in einen für eine Faser des Faserbündels, die zur Aufnahme des Referenzsignals dient, sichtbaren Bereich eingestellt. Mit einer solchen Scheibe können Messungen mit verschiedenen Modulationen des Referenzsignals durchgeführt werden, wobei der Aufbau kompakter gestaltet werden kann, als bei Messungen einer Referenz nach dem Stand der Technik, die den gesamten Strahlengang abdeckende Reflexionstandards erfordern. Dies wird dadurch erzielt, dass das Referenzsignal jeweils nur von einer der Fasern des Faserbündels aufgenommen wird, während die anderen Fasern zur gleichen Zeit das nicht modulierte, an der Messzelle reflektierte Messsignal aufnehmen. Der für eine Faser sichtbare Bereich ist ein Bereich, in dem Strahlung, die unter einem bestimmten Winkel in diesem Bereich auftrifft, zu einem großen Teil von dieser Faser aufgenommen wird, wobei der Strahlengang der Strahlung z. B. über eine Optik oder ein Optiksystem beeinflusst werden kann. Die Drehscheibe mit den Reflexionsstandards kann demnach viel kleiner sein, denn die jeweiligen Reflexionsstandards zur Modulierung des Referenzsignals werden nur in einen Teilbereich der Strahlung aus der Lichtquelle, nämlich den sichtbaren Bereich einer einzelnen Faser des Faserbündels, hineingedreht.
Bevorzugt werden das Messsignal und das Referenzsignal mit einem drehbaren Filterrad mit einer der Anzahl der Fasern des Faserbündels entsprechenden Anzahl von Abschnitten transmittiert und/oder moduliert oder abgeschaltet. Jeder Abschnitt weist mindestens zwei Flächen mit verschiedenen Transmissionseigenschaften auf, die je nach Stellung des Filterrads eine Transmission und/oder Modulation oder Abschaltung des Messsignals und des Referenzsignals bewirken. Dadurch ist eine Modulation des Messsignals und/oder des Referenzsignals möglich. Das Referenzsignal muss somit nicht zwangsweise moduliert werden. Es kann jedoch gegebenenfalls zusätzlich zum Messsignal, welches mit dem Filterrad über z. B. eine halbtransparente Fläche moduliert wird, moduliert werden, beispielsweise durch die drehbare Scheibe. Dadurch wird die Anzahl der Funktionen zur Bestimmung des Spektrums der Messprobe erhöht und eine bessere Datenanalyse ermöglicht. Bei einer Abschaltung eines der Signale wird die entsprechende Faser abgedeckt, so dass temperatur- und zeitabhängige spektrale Anteile, die durch Transmission von Strahlung in diese Faser im Allgemeinen entstehen, vermieden werden.
Die oben bereits erwähnte Vorrichtung zur Erfassung eines Messsignals, mit der die o. g. Aufgabe mit dem jetzt beschriebenen Verfahren und dessen Ausgestaltungen gelöst wird, zeichnet sich in vorteilhaften Ausführungsformen im Wesentlichen durch Mittel aus, die zum Ausführen einzelner Verfahrensschritte, die von dem Verfahren und dessen Ausgestaltungen umfasst sind, vorgesehen sind. Insoweit kann im Wesentlichen auch auf die vorangehende Beschreibung des Verfahrens und dessen Ausgestaltungen verwiesen werden.
Bei der Vorrichtung ist bevorzugt ein Weißstandard als Referenzstandard zur Reflektion des reflektierbaren Referenzsignals vorgesehen, wobei bei zumindest einer Faser des Faserbündels deren Krümmung zur Modulation des Referenzsignals bis zu einem kritischen Biegeradius einstellbar ist. Die Modulation des Referenzsignals ist dann von dem Biegeradius der Faser abhängig und bestimmbar. Weist die Faser einen kritischen Biegeradius auf, kann auch eine Auskopplung des Referenzsignals in Abhängigkeit von einer einstellbaren Temperatur oder einer Änderung des Brechungsindex des angrenzenden Mediums realisiert werden.
Bevorzugt ist ein Medium, insbesondere ein Flüssigkristall, ein mikroelektromechanisches System oder ein elektrooptischer Modulator, zur Modulation des Referenzsignals in einem sichtbaren Bereich einer Faser des Faserbündels zur Aufnahme des Referenzsignals vorgesehen. Dabei kann das Medium entweder zwischen einem reflektierenden Referenzstandard, z. B. einem Weißstandard, und dem Spektraldetektor angeordnet sein, also in einem Aufbau zur Messung in Reflexion. Oder das Medium kann bei einer Messung in Transmission als transmittierender Referenzstandard, also direkt als Modulationsvorrichtung angeordnet werden.
Bevorzugt weist die Vorrichtung eine drehbare Scheibe auf, die mindestens zwei Flächen mit verschiedenen Reflexionseigenschaften zur Modulation des Referenzsignals in der Referenzebene auf, wobei die Flächen jeweils in einen für eine Faser des Faserbündels sichtbaren Bereich drehbar sind. Die Reflexionseigenschaften der Flächen können mit beliebigen Abstufungen im Bereich von vollständiger Absorption (schwarze Fläche) oder Transmission (transparente Fläche) bis zur vollständigen Reflexion (weiße Fläche) liegen.
Weiter bevorzugt ist ein drehbares Filterrad mit einer der Anzahl der Fasern des Faserbündels entsprechenden Anzahl von Abschnitten, bei dem jeder Abschnitt mindestens zwei Transmissionsflächen mit verschiedenen Transmissionseigenschaften aufweist, so im Strahlengang der Strahlung angeordnet, dass jeder Abschnitt vor einer der Fasern liegt, also so, dass ein Signal, welches über die entsprechende Faser zum Spektraldetektor weitergeleitet wird, diesen Abschnitt und jeweils eine der davon umfassten Transmissionsflächen passieren muss, um den Spektraldetektor zu erreichen. Außerdem umfasst das Filterrad bevorzugt in jedem Abschnitt mindestens eine zumindest teilweise transparente Fläche und mindestens eine schwarze Fläche, wobei die zumindest teilweise transparente und die schwarze Fläche in jedem Abschnitt benachbart, insbesondere aneinander angrenzend, sind. Jedes von der Faser aufgenommene Signal passiert somit eine der Transmissionsflächen des Filterrads, die in diesem Fall zumindest teilweise transparent ist. Deckt eine schwarze Fläche des Filterrads den sichtbaren Bereich einer Faser ab, gelangt kein Signal in diese Faser. Damit kann das Filterrad durch Drehen so eingestellt werden, dass das Messsignal oder das Referenzsignal transmittiert oder ausgeschaltet wird.
Bevorzugt sind die zumindest teilweise transparente und die schwarze Fläche in einem der Abschnitte des Filterrads, insbesondere in dem Abschnitt vor der Faser, die das Referenzsignal aufnimmt, in unterschiedlicher Reihenfolge zu der zumindest teilweise transparenten und der schwarzen Fläche in den anderen Abschnitten angeordnet. Dadurch kann in Abhängigkeit der Stellung des Filterrads erreicht werden, dass das Signal, das von dieser Faser aufgenommen wird, getrennt von den anderen abgeschaltet oder transmittiert wird, während die Signale, die von den übrigen Fasern aufgenommenen werden, gleichzeitig transmittiert bzw. abgeschaltet werden. Auf diese Weise ist eine Modulation des Referenz- und des Messsignals möglich. Entspricht die eine Faser, die mit einer anderen Fläche als die übrigen Fasern des Faserbündels abgedeckt wird, der Faser, die das Referenzsignal aufnimmt, kann z. B. bei einer Messung das Referenzsignal ausgeschaltet und das Messsignal angeschaltet werden und umgekehrt. So kann beispielsweise auch nur das Messsignal durch die zumindest teilweise transparente Fläche moduliert werden.
Besonders bevorzugt weist das Filterrad zur Detektion eines Dunkelstroms des Spektraldetektors in jedem Abschnitt zwei schwarze Flächen auf, die so angeordnet sind, dass das Mess signal und das Referenzsignal gleichzeitig ausschaltbar sind. Das Spektrum des Dunkelstroms des Spektraldetektors, welches durch thermisch ausgelöste Ladungen im Spektraldetektor entsteht, kann dann bei der Bestimmung des Spektrums einer Messprobe berücksichtigt und herausgerechnet werden.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Das oder jedes Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten und Kombinationen, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen.
Es zeigen
1 schematisch vereinfacht eine Vorrichtung zur Erfassung eines Messsignals und eines Referenzsignals gemäß der Erfindung für reflektierte Strahlung,
2 schematisch vereinfacht eine Vorrichtung zur Erfassung eines Messsignals und eines Referenzsignals gemäß der Erfindung für transmittierte Strahlung,
3 schematisch vereinfacht ein Beispiel für einen Aufbau zur Erfassung eines Messsignals einer Messprobe getrennt von einem Referenzsignal nach dem Stand der Technik,
4 schematisch vereinfacht einen Messaufbau mit einer drehbaren Scheibe zur Messung eines modulierten Referenzsignals parallel zum Messsignal,
5 schematisch vereinfacht einen Messaufbau mit einer drehbaren Scheibe und einem drehbaren Filterrad und
6 eine graphische Darstellung einer periodischen Funktion des Referenzsignals für eine Wellenlänge über der Zeit t.
1 zeigt schematisch vereinfacht eine Vorrichtung 10 zur Erfassung eines reflektierten Messsignals 12 und eines Referenzsignals 14 gemäß der Erfindung. Ein erster Strahlungsteil 16 einer Strahlung 18 fällt aus einer Lichtquelle 20 auf eine Messzelle 22, die aus einem Messfenster 24 und einer Messprobenebene 26, in der sich eine Messprobe befindet, besteht, und wird dort als Messsignal 12 reflektiert. Das Messsignal 12 passiert dann eine Messprobenmodulationsvorrichtung 28, durch die es moduliert werden kann, bevor es über eine Optik 30 in ein optisches Faserbündel 32 geleitet wird. Das Faserbündel 32 umfasst mehrere nicht einzeln dargestellte Fasern, die das Messsignal 12 zur Erfassung an einen Spektraldetektor 34 weiterleiten. Zur gleichen Zeit fällt ein zweiter Strahlungsteil 36 der Strahlung 18 auf einen Referenzstandard 38, der hier als Weißstandard ausgeführt ist. Das bedeutet, der zweite Strahlungsteil 36 wird an diesem Referenzstandard 38 vollständig reflektiert. Das hier vollständig reflektierte Signal wird als Referenzsignal 14 zur eventuellen Modulation einer Referenzmodulationsvorrichtung 40 zugeleitet. Danach wird es über die Optik 30 in das Faserbündel 32 und von dort in den Spektraldetektor 34 geleitet. Als Messproben- oder Referenzmodulationsvorrichtung 28, 40 sind beispielsweise verschiedene nicht vollständig transparente Flächen zur Filterung der Signale 12, 14, wie im Folgenden in Bezug auf 5 näher erläutert, einsetzbar. Auch Medien, beispielsweise Flüssigkristalle, mikroelektromechanische Systeme (MEMS) oder elektrooptische Modulatoren sind als Beispiel für eine nicht- mechanische Messproben- oder Referenzmodulationsvorrichtung 28, 40 denkbar. Die vor der Optik 30 angeordnete Messprobenund Referenzmodulationsvorrichtungen 28, 40 können auch fehlen, wenn eine Faser des Faserbündels 32, z. B. genau die Faser, in die das Referenzsignal 14 über einen Weißstandard hinein reflektiert wird, eine andere Krümmung aufweist, als die übrigen Fasern. Dadurch wird nur das Referenzsignal 14 moduliert.
In 2 ist schematisch vereinfacht eine Vorrichtung 10 zur Erfassung eines transmittierten Messsignals 12 und Referenzsignals 14 dargestellt. Ein erster Strahlungsteil 16 aus der Lichtquelle 20 wird durch die Messzelle 22 und eine zweiter Strahlungsteil 36 durch einen Referenzstandard 38 transmittiert. Der durch die Messzelle 22 transmittierte erste Strahlungsteil 16 gelangt als Messsignal 12 zum Spektraldetektor 34, während der durch den Referenzstandard 38 transmittierte zweite Strahlungsteil 36 über diesen moduliert und als moduliertes Referenzsignal 14 vom Spektraldetektor 34 detektiert wird. Als Referenzstandard 38 zur Modulation des Referenzsignals 14 kann auch hierbei z. B. ein Medium, beispielsweise ein Flüssigkristall, ein mikroelektromechanisches System (MEMS) oder ein elektrooptischer Modulator eingesetzt werden. Im einfachsten Fall kann auch eine Messzelle 22 ohne Messprobe verwendet werden.
3 zeigt schematisch vereinfacht eine Anordnung zur Erfassung eines Messsignals 12 (1) nach dem Stand der Technik. Dabei fällt Strahlung 18 (1) aus einer Lichtquelle 20 (1) auf eine Messzelle 22 und die von dieser reflektierte Strahlung 18 wird als Messsignal 12 einer Messprobe in der Messzelle 22 gemessen. Auf der Messzelle 22 befindet sich eine vollständig transparente Fläche 42, durch die die gesamte Strahlung 18 auf die Messzelle 22 transmittiert wird. Die transparente Fläche 42 ist hier so angeordnet, dass sie in den Strahlengang der Strahlung 18 bewegt werden kann, z. B. auf einer Scheibe 44, die drehbar ist, wie es durch einen Pfeil 50 angedeutet ist. Auf dieser drehbaren Scheibe 44 sind drei weitere Flächen 42 angeordnet, die im Allgemeinen nicht oder nur teilweise transparent sind und somit zumindest einen Teil der Strahlung 18 reflektieren. Die verschiedenen Schraffierungen der Flächen 42 deuten an, dass sich deren Reflexionseigenschaften voneinander unterscheiden. Die Flächen 42 können in einem Bereich von minimaler Reflexion (schwarz oder transparent) und maximaler Reflexion (weiß) liegen. Durch Drehen der Scheibe 44 kann jeweils eine der Flächen 42 in einen Strahlengang der Lichtquelle 20 bewegt werden, so dass die von dieser Fläche 42 reflektierte Strahlung 18 als Referenzsignal 14 detektiert wird. Auf der Messzelle 22 sind Bereiche dargestellt, die einen sichtbaren Bereich 46 für einzelne Fasern, die zu einem optischen Faserbündel 32 (1) gehören, angeben. Das Faserbündel 32 leitet die Signale 12, 14 zur Messung zu einem Spektraldetektor 34 (1) weiter. Der sichtbare Bereich 46 bezeichnet hier den Bereich, in welchem ein reflektiertes Signal 12, 14 von einer im Strahlengang des Signals 12, 14 angeordneten Faser des Faserbündels 32 aufgenommen wird. Die einzelnen Flächen 42 auf der drehbaren Scheibe 44 reflektieren zur Erfassung des Messsignals 12 und des Referenzsignals 14 jeweils die gesamte Strahlung 18 aus der Lichtquelle 20 in jedem sichtbaren Bereich 46 der Fasern, so dass die Flächen 42 eine entsprechende Größe aufweisen müssen. Dementsprechend ist eine Breite 48 der Anordnung einer Messzelle 22 und einer drehbaren Scheibe 44 mit mehreren Flächen 42, die verschiedene Reflexionseigenschaften aufweisen, von dem Durchmesser des Strahlengangs der Lichtquelle 20 und der Anzahl der Flächen 42 auf der Scheibe 44 abhängig. Die Breite 48 ist durch einen Pfeil dargestellt.
4 zeigt schematisch vereinfacht eine Anordnung zur Erfassung eines Referenzsignals 14 gleichzeitig mit einem Messsignal 12, bei der das Referenzsignal 14 über eine drehbare Scheibe 44 moduliert wird. Die Drehrichtung der drehbaren Scheibe 44 ist durch einen Pfeil 50 angedeutet. Die Scheibe 44 weist vier Flächen 42 mit unterschiedlichen Reflexionseigenschaften auf. Diese sind jedoch kleiner als die in 3 gezeigten Flächen 42, so dass die Scheibe 44 einen geringeren Durchmesser aufweist. Die Flächen 42 entsprechen nicht mehr der Größe der Messzelle 22, sondern sind nur so groß, dass ein sichtbarer Bereich 46 einer Faser des Faserbündels 32 (3) großzügig abgedeckt ist. Dadurch ist bei vier Flächen 42 eine Größe der Scheibe 44, die in etwa der Messzelle 22 entspricht, ausreichend, und die Breite 48 der Anordnung ist im Vergleich zu der in 3 gezeigten nur etwa halb so groß. Die Verwendung einer kleineren Scheibe 44 mit kleineren Flächen 42 ist deshalb möglich, weil die Flächen 42 nicht mehr in den gesamten Strahlengang der Strahlung 18 (1) eingebracht werden, sondern nur in einen Teilbereich. Dieser Teilbereich umfasst einen sichtbaren Bereich 46 einer Faser, die das Referenzsignal 14 aufnimmt – Referenzbereich 52 –, so dass der zweite Strahlungsteil 36 (1) der Strahlung 18 an der in den Referenzbereich 52 bewegten Fläche 42, die als Referenzstandard 38 (1) verwendet werden, als Referenzsignal 14 reflektiert und moduliert wird. Die einzelnen Flächen 42 lassen sich jeweils durch Drehen der Scheibe 44 in den Referenzbereich 52 bewegen. Es ist auch denkbar, dass mehrere Scheiben 44 verwendet werden, die in einen sichtbaren Bereich 46, 52 mehrerer Fasern bewegt werden können.
In 5 ist eine Anordnung mit drehbarer Scheibe 44 über einer Messzelle 22 wie in 4 gezeigt. Außerdem ist ein drehbares Filterrad 54 mit sechs Abschnitten 56 dargestellt, wobei die Anzahl der Abschnitte 56 der Anzahl der Fasern des Faserbündels 32 (1) entspricht. Jeder Abschnitt 56 des Filterrads 54 umfasst mindestens zwei Transmissionsflächen, also jeweils eine erste Transmissionsfläche 58 und eine zweite Transmissionsfläche 59, mit verschiedenen Transmissionseigenschaften. Zur besseren Übersicht ist das Filterrad 54 neben einer Anordnung gemäß 4 dargestellt, für eine Erfassung des Mess- und des Referenzsignals 12, 14 ist jedoch erforderlich, dass das Filterrad 54 im Strahlengang der an einer Fläche 42 der Scheibe 44 oder an der Messzelle 22 reflektierten Signale 14, 12 angeordnet ist, bevor diese von den entsprechenden Fasern des Faserbündels 32 aufgenommen werden. Das Filterrad 54 ist also so angeordnet, dass jeder Abschnitt 56 vor einer der Fasern liegt. Jeder Abschnitt 56 des Filterrads 54 umfasst eine transparente Fläche 60 und eine schwarze Fläche 62, wobei diese in jedem Abschnitt 56 nebeneinander angeordnet sind. Während auf fünf Abschnitten 56 die transparente Fläche 60 von der Mitte des Filterrads 54 aus betrachtet rechts von der schwarzen Fläche 62 angeordnet ist, ist sie auf einem der Abschnitte 56 links von der schwarzen Fläche 62 angeordnet. Dieser Abschnitt 56 entspricht dem, der vor einer Faser angeordnet ist, die das Referenzsignal 14 aufnimmt. Auf diese Weise kann wie bei der in 5 gezeigten Stellung des Filterrads 54, bei der die schwarze Fläche 62 vor diese Faser (Referenzfaser 64) gedreht wird, das Referenzsignal 14 abgeschaltet werden, da es durch die schwarze Fläche 62 nicht mehr transmittiert wird. Zur gleichen Zeit ist vor den anderen Fasern, die das Messsignal 12 aufnehmen (Messsignalfasern 66), die transparente Fläche 60 der jeweiligen Abschnitte 56 angeordnet, so dass das Messsignal 12 separat vom Referenzsignal 14 vom Spektraldetektor 34 (1) erfasst wird. Das Filterrad 54 ist sowohl im als auch gegen den Uhrzeigersinn drehbar, wie durch einen Pfeil 68 angedeutet ist. Ist die transparente Fläche 60 vor der Referenzfaser 64 angeordnet, wird nur das Referenzsignal 14 erfasst, denn die Messsignalfasern 66 werden durch die schwarzen Flächen 62 abgedeckt. Durch die Abdeckung der entsprechenden Fasern werden temperatur- und zeitabhängige spektrale Anteile, die durch das transmittierte Signal 12, 14 erzeugt werden, beseitigt. Das Referenzsignal 14 muss hierbei nicht zusätzlich über die Reflexion an der Scheibe 44 moduliert werden, so dass als Referenzstandard 38 (1) auch ein Weißstandard eingesetzt werden kann. Möglich ist auch, dass statt der transparenten Flächen 60 nur teilweise transparente Transmissionsflächen 58, 59 auf den Abschnitten 56 angeordnet sind. Dadurch kann entweder das Referenz- oder das Messsignal 14, 12 moduliert werden. Außerdem kann nur der Abschnitt 56, der vor der Referenzfaser 64 liegt, eine Transmissionsfläche 58, 59 umfassen, die als Neutralfilter wirkt, so dass das durch diese Transmissionsfläche 58, 59 transmittierte Referenzsignal 14 von einer Wellenlänge der Strahlung 18 (1) aus der Lichtquelle 20 (1) oder des an der Scheibe 44 reflektierten Referenzsignals 14 unabhängig ist. Das Referenzsignal 14 ist in diesem Fall auch nicht temperaturabhängig, so dass die das Messsignal 12 aufnehmenden Fasern (Messsignalfasern 66) nicht abgedeckt werden müssen.
Jeder Abschnitt 56 des Filterrads 54 kann zusätzlich zu der ersten und zweiten Transmissionsfläche 58, 59 eine dritte Transmissionsfläche 70 umfassen. In 5 ist dies beispielhaft für einen der Abschnitte 56 gezeigt. Die dritte Transmissionsfläche 70 kann z. B. schwarz sein, so dass zusammen mit der schwarzen Fläche 62 jeweils zwei schwarze Flächen 62, 70 auf jedem Abschnitt 56 zusätzlich zu der transparenten Fläche 60 angeordnet sind. Die zwei schwarzen Flächen 62, 70 sind dann so auf den einzelnen Abschnitten 56 angeordnet, dass bei einer bestimmten Stellung des Filterrads 54 alle Fasern abgedeckt sind und das Messsignal 12 und das Referenzsignal 14 somit gleichzeitig ausgeschaltet werden. Dadurch gelangen beide Signale 12, 14 nicht mehr zum Spektraldetektor 34 (1), so dass dessen Dunkelstrom bestimmt werden kann, der durch thermisch ausgelöste Ladungen innerhalb des Spektraldetektors 34 verursacht wird.
Die Erfassung des Mess- und Referenzsignals 12, 14 unter Verwendung des Filterrads 54 kann ebenfalls mit einer Vorrichtung 10 in Transmission wie in 2 gezeigt realisiert werden. Dann ist das Filterrad 54 vor der Messzelle 22 (2) bzw. dem Referenzstand 38 (2) oder zwischen der Messzelle 22 bzw. dem Referenzstandard 38 und dem Spektraldetektor 34 (2) angeordnet.
Als Grundlage für die Erfassung eines Spektrums einer Messprobe mit den in 1 und 2 gezeigten Vorrichtungen 10 wird folgende Gleichung verwendet: y(λ, t) = I(λ, t)·(mp(λ, t)·(p(λ, t) + s(λ, t) + r(λ, t)) + d(λ, t)
Dabei entspricht y(λ, t) dem über das Messsignal 12 (1) gemessenen Spektrum, I(λ, t) dem Spektrum der Lichtquelle 20 (1), m_p(λ, t) der Modulationsfunktion des Rohspektrums der Messprobe, p(λ, t) dem Rohspektrum der Messprobe, welches spektrale Eigenschaften der Systemkomponenten außer denen des Spektrums der Lichtquelle 20 enthält, s(λ, t) dem Spektrum des Restlichtes, welches dem Spektrum gemessen mit einem Schwarzstandard vor der Messzelle 22 (1) abzüglich eines Spektrums des Dunkelstroms des Spektraldetektors 34 (1) entspricht, d(λ, t) dem Spektrum resultierend aus dem Dunkelstrom des Spektraldetektors 34 und r(λ, t) dem Spektrum des internen Referenzsignals 14 als periodische Funktion über der Zeit mit einer Periodendauer T, welches spektrale Eigenschaften der Systemkomponenten außer denen des Spektrums der Lichtquelle 20 enthält. Ein Beispiel für eine periodische Referenzfunktion in Abhängigkeit von der Zeit t ist in 6 für eine Wellenlänge λ₀ dargestellt. Alle Funktionen sind von der Wellenlänge λ und der Zeit t abhängig.
Zur Bestimmung des Rohspektrums der Messprobe werden folgende Quotientenfunktionen aus den Funktionen für das interne Referenzsignal 14 r(λ, t), das Spektrum des Restlichts s(λ, t) und eines externen Referenzsignals r_ext(λ, t) für die Zeitpunkte t = t_n, t_m mit 0 < t_n, t_m < T, definiert: q(λ, tn tm) = r(λ, tn)/r(λ, tm) (1) gs(λ, tn) = S(λ, t)/r(λ, t) (2) gext(λ, tn) = rext(λ, t)/r(λ, t) (3)
Diese Quotientenfunktionen sind über der Zeit t als konstant und unabhängig von der Intensität der Lichtquelle 20 (1) zu betrachten, da die einzelnen Funktionen jeweils proportional zum Spektrum der Lichtquelle 20 sind. Mit den Quotientenfunktionen lässt sich der Zusammenhang zwischen zwei verschiedenen Modulationszuständen der internen Referenzfunktion (Gleichung (1)), zwischen der Restlichtkomponente und der internen Referenzfunktion (Gleichung (2)) sowie zwischen einer externen Referenzfunktion und der internen Referenzfunktion (Gleichung (3)) beschreiben. Die externe Referenzfunktion beschreibt das externe Referenzsignal und entsteht durch Reflexion des Messsignals 12 am Messfenster 24 (1) der Messzelle 22 (1) bei einer Vorrichtung 10 (1) zur Reflexionsmessung. Bei einer Vorrichtung 10 (2) für Transmissionsmessung entsteht das externe Referenzsignal durch Messung an einer Messzelle 22 ohne Messprobe. Zur Bestimmung des Rohspektrums der Messprobe wird zwischen mehreren Modi unterschieden, die sich durch ihre Voraussetzungen charakterisieren lassen. Dazu zählt z. B. die zeitliche Änderung der Messprobe, der Helligkeit der Lichtquelle 20 oder des Dunkelstroms des Spektraldetektors 34 (1). Wird beispielsweise in einem ersten Modus vorausgesetzt, dass sich die Messprobe p(λ, t), die Helligkeit der Lichtquelle 20 I(λ, t) und der Dunkelstrom d(λ, t) des Spektraldetektors 34 über die Periodendauer T des modulierten Referenzsignals 14 nicht ändern und keine Modulation des Messsignals 12 stattfindet, kann eine Bestimmung eines Transmission- oder Absorptionsspektrums der Messprobe zum Zeitpunkt t über das Rohspektrum der Messprobe p(λ, t) und das externe Referenzsignal r_ext(λ, t) durch den Logarithmus des Verhältnisses p(λ, t)/r_ext(λ, t) erfolgen. Dadurch wird das Spektrum der Lichtquelle 20 I(λ, t) aus dem Ergebnis eliminiert. Das Spektrum der Messprobe lässt sich danach aus den mit dem Messsignal 12 gemessenen Spektren y(λ, t) zu den Zeitpunkten t_n und t_m sowie den konstanten Quotientenfunktionen, die sich aus dem gemessenen Referenzsignal 14 ergeben, bestimmen. Der Dunkelstrom des Spektraldetektors 34 wird im Allgemeinen unabhängig von den beschriebenen Messungen erfasst, z. B. durch ein Filterrad 54 wie in der weiter oben näher erläuterte Ausführungsform der Erfindung gemäß 5. Um die o. g. Voraussetzungen für diesen Modus zu überprüfen, sollte die periodische Referenzfunktion mindestens drei Zustände annehmen, d. h. das Referenzsignal 14 sollte auf drei verschiedene Arten moduliert werden. Wenn von einer Einhaltung der o. g. Voraussetzungen, z. B. aufgrund anwendungsspezifischer Gegebenheiten, ausgegangen werden kann, sind zwei unterschiedliche Modulationen des Referenzsignals 14 ausreichend. Dieser erste Modus kann zur Bestimmung des Messprobenspektrums durch einen Messaufbau mit einer drehbaren Scheibe 44, wie in 4 gezeigt, verwendet werden.
In Abhängigkeit von der Anwendung kann es vorkommen, dass ein Rohspektrum der Messprobe zu einem Zeitpunkt t_n(p(λ, t_n)) von einem Rohspektrum der Messprobe zu einem Zeitpunkt t_m (p(λ, t_m)) abweicht. Dies ist z. B. der Fall bei schnell bewegten Messproben, die beispielsweise bei Messungen an einem Transportband oder an wirbelndem Pulver oder Granulat in einem Trockner auftreten. Unter der Voraussetzung, dass eine Systemstabilität gewährleistet werden kann, welche es ermöglicht eine Datenreihe ausreichender Dauer a·T, wobei a der Periodenanzahl entspricht, aufzunehmen, ohne dass die interne Referenzfunktion Änderungen aufweist, kann die Referenzfunktion durch den Einsatz der Autokorrelation bestimmt werden. Die Autokorrelation ist im Bereich der Signalverarbeitung allgemein bekannt. Hier geht man häufig von kontinuierlichen Messdaten aus. Man spricht dann von Autokorrelation, wenn die kontinuierliche oder zeitdiskrete Funktion, z. B. ein- oder mehrdimensionale Funktion über die Zeit oder den Ort, mit sich selbst korreliert wird, beispielsweise x(t) mit x(t + Verschiebung).
Um auch Gleichanteile des Störsignals durch die Messprobe p(λ, t) zu beseitigen wird auf die 1. Ableitung des gemessenen Spektrums nach der Zeit zurückgegriffen. Es ergibt sich: cdy(λ, τ) = dy(λ, t)/dt·dy(λ, t)/dt
Für den Fall zufällig verteilter Messprobenspektren, welche der Wahrscheinlichkeitsverteilung von weißem Rauschen entsprechen, kann von einer Beseitigung des „Störsignals” p(λ, t) nach einer ausreichend langen Datenreihe ausgegangen werden. Das heißt, für τ ≠ 0 ergibt die Autokorrelation ausschließlich einen Beitrag von der sich periodisch verändernden Referenzfunktion: cdy(λ, τ) = cdr(λ, τ) = drext(λ, t)/dt·drext(λ, t)/dt
Da die modulierte Referenzfunktion über die Quotienten zu allen Zeitbereichen definiert ist, kann aus der Autokorrelationsfunktion die periodische Referenzfunktion am einfachsten über deren Maxima bei τ = k·T rekonstruiert werden, wobei k eine natürliche Zahl ist. Damit ergibt sich schließlich auch p(λ, t).
Dieser zweite Modus kann als Überprüfung für den ersten Modus als zusätzliche Kontrolle eingesetzt werden oder als eigenständige Bestimmungsmethode, falls die Anwendung den ersten Modus nicht zulässt.
In einem dritten Modus kann eine Modulation des Referenzsignals 14, als auch des Messsignals 12 (1) stattfinden. Eine Anwendungsmöglichkeit findet dieser Modus beispielsweise, wenn bekannt ist, dass aus den obengenannten Gründen ein Rohspektrum der Messprobe zu einem Zeitpunkt t_n von einem Rohspektrum der Messprobe zu einem Zeitpunkt t_m abweicht, also p(λ, t_n) ≠ p(λ, t_m), jedoch I(λ, t) = I(λ, t_n) = I(λ, t_m) und d(λ, t) = d(λ, t_n) = d(λ, t_m). Das Rohdatenspektrum zu dem Zeitpunkt t_n ist bestimmbar. Durch Einsetzen einer bestimmten Modulationsfunktion des Rohspektrums der Messprobe, m_p(λ, t_m), für den Zeitpunkt t_m können die externen Referenzfunktionen r_ext(λ, t_n) und r_ext(λ, t_m) bestimmt werden. Dieser dritte Modus lässt sich z. B. auf einfache Weise durch das Ein- bzw. Ausschalten des Messsignals 12 bei konstantem Referenzsignal 14 bzw. bei komplementärem Aus- bzw. Einschalten des Referenzsignals 14, wie es mit der Anordnung gemäß 5 möglich ist, realisieren.
Damit lässt sich die Erfindung kurz wie folgt darstellen:
Es wird ein Verfahren zur Erfassung eines Messsignals 12 und eines Referenzsignals 14, wobei eine Strahlung 18 aus einer Lichtquelle 20 auf eine Messzelle 22 fällt und von der Messzelle 22 reflektierte oder transmittierte Strahlung 18 von einem Spektraldetektor 34 detektiert wird, angegeben, welches folgende Schritte umfasst: Ein erster Strahlungsteil 16 der Strahlung 18 fällt auf die Messzelle 22, wird von der Messzelle 22 reflektiert oder transmittiert und als Messsignal 12 vom Spektraldetektor 34 detektiert. Ein zweiter Strahlungsteil 36 fällt auf einen Referenzstandard 38, wird von dem Referenzstandard 38 reflektiert oder transmittiert und als Referenzsignal 14 vom Spektraldetektor 34 detektiert. Das Referenzsignal 14 und/oder das Messsignal 12 werden bzw. wird moduliert.

Claims

Verfahren zur Erfassung eines Messsignals (12) und eines Referenzsignals (14), wobei eine Strahlung (18) aus einer Lichtquelle (20) auf eine Messzelle (22) fällt und von der Messzelle (22) reflektierte oder transmittierte Strahlung von einem Spektraldetektor (34) detektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Strahlungsteil (16) der Strahlung (18) auf die Messzelle (22) fällt, von der Messzelle (22) reflektiert oder transmittiert wird und als Messsignal (12) vom Spektraldetektor (34) detektiert wird, dass ein zweiter Strahlungsteil (36) auf einen Referenzstandard (38) fällt, von dem Referenzstandard (38) reflektiert oder transmittiert wird und als Referenzsignal (14) vom Spektraldetektor (34) detektiert wird und dass das Referenzsignal (14) und/oder das Messsignal (12) moduliert werden bzw. wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei einer Bestimmung eines Spektrums des Messsignals (12) und des Referenzsignals (14) zeitlich konstante und von einer Intensität der Lichtquelle (20) unabhängige Quotientenfunktionen verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Messsignal (12) und das Referenzsignal (14) vor dem Auftreffen auf den Spektraldetektor (34) von einem optischen Faserbündel (32) aufgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Referenzsignal (14) als reflektiertes Referenzsignal (14) an einem Weißstandard als Referenzstandard (38) reflektiert wird und über eine Krümmung einer Faser des Faserbündels (32), die das Referenzsignal (14) aufnimmt, moduliert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Referenzsignal (14) über ein Medium, insbesondere einen Flüssigkristall, ein mikroelektromechanisches System (MEMS) oder einen elektrooptischen Modulator, moduliert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Referenzsignal (14) als reflektiertes Referenzsignal (14) an einer drehbaren Scheibe (44) mit mindestens zwei Flächen (42), die verschiedene Reflexionseigenschaften aufweisen, reflektiert und moduliert wird, wobei eine der Flächen (42) durch Drehen der Scheibe (44) in einen für eine Faser des Faserbündels (32) zur Aufnahme des Referenzsignals (12) sichtbaren Bereich (46) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Messsignal (12) und das Referenzsignal (14) mit einem drehbaren Filterrad (54) mit einer der Anzahl der Fasern des Faserbündels (32) entsprechenden Anzahl von Abschnitten (56), wobei jeder Abschnitt (56) mindestens zwei Transmissionsflächen (58, 59) mit verschiedenen Transmissionseigenschaften aufweist, je nach Stellung des Filterrads (54) transmittiert und/oder moduliert oder abgeschaltet werden.
Vorrichtung zur Erfassung eines Messsignals (12) mit einem Spektraldetektor (34), der im Betrieb eine an einer Messzelle (22) reflektierbare oder transmittierbare Strahlung (18) detektiert, gekennzeichnet durch einen Referenzstandard (38), der zur Aufteilung einfallender Strahlung (18) in ein Messsignal (12) und ein Referenzsignal (14) vorgesehen und in einem Teilbereich eines sich im Betrieb ergebenden Strahlengangs zur Modulation des Referenzsignals (14) und/oder des Messsignals (12) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, mit einem optischen Faserbündel (32) zur Weiterleitung des Messsignals (12) und des Referenzsignals (14) zum Spektraldetektor (34).
Vorrichtung nach Anspruch 9, mit einem Weißstandard als Referenzstandard (38) zur Reflexion des reflektierbaren Referenzsignals (14), wobei bei zumindest einer Faser des Faserbündels (32) deren Krümmung zur Modulation des Referenzsignals (14) bis zu einem kritischen Biegeradius einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei ein Medium, insbesondere ein Flüssigkristall, ein mikroelektromechanisches System (MEMS) oder ein elektrooptischer Modulator, zur Modulation des Referenzsignals (14) für ein reflektiertes Referenzsignal (14) zwischen einem reflektierenden Referenzstandard (38) und dem Spektraldetektor (34) oder für ein transmittiertes Referenzsignal (14) als transmittierender Referenzstandard (38) in einem sichtbaren Bereich (46) einer Faser des Faserbündels (32) zur Aufnahme des Referenzsignals (14) anordenbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, mit einer drehbaren Scheibe (44), die mindestens zwei Flächen (42) mit verschiedene Reflexionseigenschaften als Referenzstandard (38) zur Modulation des Referenzsignals (14) aufweist, wobei die Flächen (42) jeweils in einen für eine Faser des Faserbündels (32) sichtbaren Bereich (46) drehbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12, mit einem drehbaren Filterrad (54) mit einer der Anzahl der Fasern des Faserbündels (32) entsprechenden Anzahl von Abschnitten (56), wobei jeder Abschnitt (56) mindestens zwei Transmissionsflächen (58, 59) mit verschiedenen Transmissionseigenschaften aufweist, wobei das Filterrad (54) im Strahlengang der Strahlung (18) so angeordnet ist, dass jeder Abschnitt (56) vor einer der Fasern liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Filterrad (54) in jedem Abschnitt (56) mindestens eine zumindest teilweise transparente Fläche (60) und mindestens eine schwarze Fläche (62) umfasst, wobei die zumindest teilweise transparente und die schwarze Fläche (60, 62) in jedem Abschnitt (56) benachbart, insbesondere aneinander angrenzend, sind.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die zumindest teilweise transparente und die schwarze Fläche (60, 62) in einem der Abschnitte (56) des Filterrads (54), insbesondere in dem Abschnitt (56) vor der Faser, die das Referenzsignal (14) aufnimmt, in unterschiedlicher Reihenfolge zu der zumindest teilweise transparenten und der schwarzen Fläche (60, 62) in den anderen Abschnitten (56) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei das Filterrad (54) zur Detektion eines Dunkelstroms des Spektraldetektors (34) in jedem Abschnitt (56) zwei schwarze Flächen (62, 70) aufweist, die so angeordnet sind, dass das Messsignal (12) und das Referenzsignal (14) gleichzeitig ausschaltbar sind.