用于固体、液体或气体介质的IR光谱分析的设备

摘要

本发明涉及一种用于固体、液体或气体介质的IR光谱分析的设备，其包括过程探针(2)，过程探针(2)具有反射元件(15)。该设备还包括：线性可变滤光器(7)、至少一个检测器元件(8)和调节/分析单元(10)。提供至少一个光源(5)，来自它的光经由准直透镜(29)射入反射单元(15)。提供具有光输入部分(11)和光输出部分(12)的至少一个光波导(3)，从而将光经由光波导(3)的光输出部分(12)引入线性可变滤光器(7)的确定区域。将检测器元件(8)和线性可变滤光器(7)设置为可以在线性可变滤光器(7)的几乎整个长度上相对于彼此运动，并且调节/分析单元(10)根据检测器元件(8)提供的测量值确定介质的光谱。

权利要求

1.用于固体、液体或气体介质的IR光谱分析的设备，其包括过 程探针(2)，过程探针(2)具有反射元件(15)，该设备还包括线 性可变滤光器(7)、至少一个检测器元件(8)和调节/分析单元(10)，其中提供至少一个辐射源(5)，来自它的电磁辐射射入反射元件 (15)，其中提供具有输入部分(11)和输出部分(12)的至少一个波导 (3)，其中电磁辐射经由波导(3)的输出部分(12)引入线性可变滤光 器(7)的至少一个确定区域，其中将检测器元件(8)和线性可变滤光器(7)设置为能够在线 性可变滤光器(7)的几乎整个长度上相对于彼此运动，并且其中调节/分析单元(10)根据检测器元件(8)提供的测量值确 定介质的光谱。

2.根据权利要求1的设备，

其中调节/分析单元(10)步进地或连续地控制检测器元件(8) 和线性可变滤光器(7)之间的相对移动。

3.根据权利要求1的设备，

其中检测器元件(8)被固定安装，并且

调节/分析单元(10)步进地移动线性可变滤光器(7)经过检测 器元件(8)，或者，其中固定地安装辐射源(5)并且

其中调节/分析单元(10)步进地或连续地移动线性可变滤光器(7) 经过检测器元件(8)。

4.根据权利要求1的设备，

其中线性可变滤光器(7)被固定安装，并且其中调节/分析单元(10)步进地移动检测器元件(8)经过线性 可变滤光器(7)。

5.根据权利要求1的设备，

其中提供支持设备(26)，其中安装了检测器元件(8)和光输出 部分(12)，或者安装了辐射源(5)和光输入部分，或线性可变滤光 器(7)。

6.根据权利要求5的设备，

其中支持设备(26)或检测器元件(8)或辐射源(5)或线性可 变滤光器(7)排列在导轨(6)上。

7.根据权利要求1或6的设备，

其中输出部分(12)和/或输入部分包括截面转换器(22)。

8.根据权利要求2、3或4的设备，

其中提供驱动(9)，用于步进地或连续地移动线性可变滤光器(7) 或检测器元件(8)或辐射源(5)。

9.根据权利要求5的设备，

其中提供驱动(9)，用于步进地或连续地移动线性可变滤光器(7) 或检测器元件(8)或辐射源(5)或用于检测元件(8)或辐射源(5) 的支持设备(26)。

10.根据权利要求1的设备，

其中光波导(3)是光纤双工机(32)，测量辐射和参考辐射经由 其引导至反射元件(15)，并且其中测量光束和参考光束被引导至线 性可变滤光器(7)。

11.根据权利要求1的设备，

其中检测器元件(8)包括热电检测器，或者检测器元件(8)包 括检测器阵列。

12.根据权利要求1的设备，

其中反射元件(15)由高纯半导体材料制成。

13.根据权利要求1的设备，

其中反射元件(15)由高纯半导体材料或IR透射材料制成，其上 应用薄钻石涂层(21)。

14.根据权利要求1的设备，

其中反射元件(15)包括微棱镜(48)。

15.根据权利要求1所述的设备，其中反射元件(15)被这样定 尺寸和实现，使得测量光或参考光的光路(18)在反射元件(15)中 经历多次反射，其中反射次数由反射元件(15)的长度确定。

16.根据权利要求14或15的设备，

其中反射元件(15)具有圆形或多边形的截面区域。

17.根据权利要求16的设备，

其中波导(3)包括多个光纤(40；41)，并且在线性可变滤光器 (7)的侧面上具有线性的光纤截面转换器(37)，并且在反射元件(15) 的侧面上具有L形的截面转换器(39)。

18.根据权利要求17的设备，

其中两个L形的光纤截面转换器(39)被在反射元件(15)的侧 面上集成入至少一个支架(43，44)或者至少一个插头，并且紧邻反 射元件(15)的截面区域放置，或者位于反射元件(15)的截面区域 上。

19.根据权利要求1的设备，

其中过程探针(2)包括ATR探针、反射探针或透射探针。

20.根据权利要求11的设备，其中所述热电检测器是热电堆或 MCT检测器。

21.根据权利要求14的设备，其中所述微棱镜(48)由钻石制成。

22.根据权利要求18的设备，其中所述反射元件(15)是微棱镜 (48)。

23.用于固体、液体或气体介质的IR光谱分析的设备，其包括过 程探针(2)，过程探针(2)具有反射元件(15)，该设备还包括线 性可变滤光器(7)、至少一个检测器元件(8)和调节/分析单元(10)，其中提供至少一个辐射源(5)，来自它的电磁辐射被聚焦入线性 可变滤光器(7)的至少一个确定区域，其中提供至少一个波导(4)，电磁辐射经由其在通过线性可变滤 光器(7)之后射入反射元件(15)，其中设置辐射源(5)和线性可变滤光器(7)，使得它们能够在 线性可变滤光器(7)的几乎整个长度上相对于彼此运动，其中电磁辐射在经过反射元件(15)之后由检测器元件(8)接收， 并且其中调节/分析单元(10)根据检测器元件(8)提供的测量值确 定介质的光谱。

24.根据权利要求23的设备，

其中调节/分析单元(10)步进地或连续地控制辐射源(5)和线 性可变滤光器(7)之间的相对移动。

25.根据权利要求23的设备，

其中检测器元件(8)被固定安装，并且

调节/分析单元(10)步进地移动线性可变滤光器(7)经过检测 器元件(8)，或者，其中固定地安装辐射源(5)并且

其中调节/分析单元(10)步进地或连续地移动线性可变滤光器(7) 经过检测器元件(8)。

26.根据权利要求23的设备，

其中线性可变滤光器(7)被固定安装，并且其中调节/分析单元(10)步进地移动检测器元件(8)经过线性 可变滤光器(7)。

27.根据权利要求23的设备，

其中提供支持设备(26)，其中安装了检测器元件(8)和光输出 部分(12)，或者安装了辐射源(5)和光输入部分，或线性可变滤光 器(7)。

28.根据权利要求27的设备，

其中支持设备(26)或检测器元件(8)或辐射源(5)或线性可 变滤光器(7)排列在导轨(6)上。

29.根据权利要求28的设备，

其中输出部分(12)和/或输入部分包括截面转换器(22)。

30.根据权利要求24、25或26的设备，其中提供驱动(9)，用于步进地或连续地移动线性可变滤光器(7) 或检测器元件(8)或辐射源(5)。

31.根据权利要求27的设备，

其中提供驱动(9)，用于步进地或连续地移动线性可变滤光器(7) 或检测器元件(8)或辐射源(5)或用于检测元件(8)或辐射源(5) 的支持设备(26)。

32.根据权利要求23的设备，

其中反射元件(15)由高纯半导体材料制成。

33.根据权利要求23的设备，

其中反射元件(15)由高纯半导体材料或IR透射材料制成，其上 应用薄钻石涂层(21)。

34.根据权利要求23的设备，

其中反射元件(15)包括微棱镜(48)。

35.根据权利要求23所述的设备，其中反射元件(15)被这样定 尺寸和实现，使得测量光或参考光的光路(18)在反射元件(15)中 经历多次反射，其中反射次数由反射元件(15)的长度确定。

36.根据权利要求34或35的设备，

其中反射元件(15)具有圆形或多边形的截面区域。

37.根据权利要求36的设备，

其中波导(4)包括多个光纤(40；41)，并且在反射元件(15) 的侧面上具有L形的截面转换器(39)，并且在检测器(8)的侧面上 具有方形的光纤截面转换器(38)。

38.根据权利要求37的设备，

其中两个L形的光纤截面转换器(39)被在反射元件(15)的侧 面上集成入至少一个支架(43，44)或者至少一个插头，并且紧邻反 射元件(15)的截面区域放置，或者位于反射元件(15)的截面区域 上。

39.根据权利要求23的设备，

其中过程探针(2)包括ATR探针、反射探针或透射探针。

40.根据权利要求34的设备，其中所述微棱镜(48)由钻石制成。

41.根据权利要求38的设备，其中所述反射元件(15)是微棱镜 (48)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种借助于光学探针的用于固体、液体或气体介质的 IR光谱分析的设备。该探针可以具有ATR、透射或反射结构。

背景技术

在ATR(衰减全反射)光谱学中利用以下的效果：当在折射率为 n1的光密介质和折射率为n2的光疏介质(即，满足n1＞n2)之间的界 面处的光束的入射角超过全反射的临界角时，该光束被全部反射。这 个临界角的正弦值对应于商n2/n1。在全反射的情况中，发生以下现象， 其中光束在入射点A离开光疏介质，然后作为表面波移动经过光密介 质直至点B，最终返回光疏介质。如果在光疏介质中没有吸收，则光 束被毫无衰减地完全反射。然而，如果光疏介质确实吸收了穿透辐射， 则发生全反射光束的衰减。这个衰减依赖于波长，并且可以用于所谓 的内反射光谱学：如果确定全反射辐射的透射或吸收光谱，则可以获 得有关光疏介质的成分的信息。光疏介质可以是例如ATR探针直接 接触的IR吸收且粉末状的物质或流体介质。
当前，ATR探针优选地用于IR光谱或UV-VIS区域。ATR探针 的基本元件是反射元件，其由在IR区具有高折射率的材料制成。已 知的探针诸如实现为在反射元件内具有多次反射。
US专利No.5459316描述了一种用于IR区的ATR探针，其可以 用于粉末状或流体介质。利用测量管将光引入或引出ATR晶体。从 截面图可以看出，ATR晶体的面向介质的端面和远离介质的端面都是 楔形的。优选地，该专利中公开的ATR晶体的实施例围绕它们的纵 轴旋转对称。这种ATR晶体或这种ATR反射元件的双圆锥形式用于 防止傅立叶变换(FT-IR)光谱仪中的串扰，其很复杂并且可以通过 使用该专利中建议的光谱仪而避免。另外，US专利No.5459316中建 议的反射元件与FT-IR光谱仪相结合太大，无法以合适的材料钻石廉 价地生产。
另外，透射光谱学领域中具有探针，其中由两个光学窗的分离而 限定测量部分。这导致具有相对多的部件(窗、镜、夹具)的探针主 体。与ATR探针的反射元件类似，已知有透射排列，其中反射元件 具有狭缝。测量间隙由这个狭缝的宽度限定。正如已经提到的，本发 明中可以使用所有已知类型的反射元件。
关于辐射接收器，气体测量技术领域还具有这样的系统，其中依 赖于波长而衰减的反射光经由与特定应用相匹配的特殊线性可变滤光 器抵达象素阵列检测器。US专利No.5920069中描述了相应的应用。 然后，对象素阵列检测器的每一检测器元件测量的强度值进行分析， 以用于生成测试样本的光谱。
这个并行进行测量值检测的实施例的缺点首先是象素检测器的数 目很大。另外，在每一象素检测器中仅测量总强度的一部分，这一部 分越小，象素检测器的数目越大。由于不令人满意的信噪比，使用这 一技术得到相对较差的信号分辨率。另外，这一已知实施例的缺点在 于，匹配特定应用的特殊实现的象素阵列检测器导致高制造成本， 并且尽管花费高，通常还会出现一个或多个有缺陷的象素检测器或者 甚至出现非线性特性的曲线。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种成本低的设备，用于待测介质的光 谱分析。
该目的在本发明的第一变型中通过一种设备实现，该设备具有带 有反射元件的过程探针、线性可变滤光器、至少一个检测器元件和调 节/分析单元。另外，本发明的设备还具有至少一个光源，来自它的光 例如经由准直透镜或椭球面镜，借助于光波导或者不借助于光波导， 射入反射单元，并且至少一个光波导具有光输入部分和光输出部分。 将光经由光波导的光输出部分引入线性可变滤光器的确定区域；将检 测器元件和线性可变滤光器设置为可以在线性可变滤光器的几乎整个 长度上相对于彼此运动。调节/分析单元根据检测器元件提供的测量值 确定介质的光谱。
可以特别地利用聚焦单元，经由波导的输入部分无损耗地将辐射 输出反射元件。波导通常是光学波导束，它引导在反射元件中衰减的 光通过线性可变滤光器，用于波长选择检测。检测器元件和波导的输 出部分相对放置，并且都可以在线性可变滤光器的几乎整个长度上相 对于线性可变滤光器移动，其中线性可变滤光器位于检测器元件和光 导的输出部分之间。
根据本发明的另一变型，通过使得辐射源和线性可变滤光器彼此 相对移动，而发生相对运动以及被测介质的光谱扫描。在这种解决方 案中，单色辐射被输入反射元件。
通过上述本发明的两种组合。可以制造非常紧凑且廉价的光谱仪 模块。光波导是波导管或IR区中透明的光导纤维。例如，光纤由卤 化银制成。这种多晶材料的光纤的突出优点在于，其非常柔软、振动 稳定、具有易成形的截面并且适于高温。当然，根据应用，可以以光 纤束的形式实现光波导。各个光纤束具有圆形或多边形的截面，例如 矩形截面。束中各个光纤的排列由对于光谱仪的最优装配而确定。
在本发明的设备的具有优点的进一步发展中，调节/分析单元调 节检测器元件和线性可变滤光器之间的相对运动。当然，检测器元件、 光波导的输出部分和线性可变滤光器也可以相继移动。
本发明的设备的一个实施例中，检测器元件被固定安装，并且调 节/分析单元步进地或连续地移动线性可变滤光器经过检测器元件。或 者，将线性可变滤光器固定地安装并且调节/分析单元步进地或连续地 移动检测器元件经过线性可变滤光器。
在两种变型中，本发明的设备的优选实施例都具有叉形支持设 备，其中安装了检测器元件和光波导的输出部分。为了产生建议的相 对运动，支持设备或检测器元件或线性可变滤光器排列在导轨上。本 发明的设备特别具有优点的是使用步进电机，用于步进地或连续地移 动线性可变滤光器或检测器元件，或者用于检测器元件的支持设备。
本发明的设备的具有优点的另一发展包括光波导，其将来自反射 元件的测量光引至线性可变滤光器，该光波导是截面转换器。以这种 方式，通过光波导的输出部分中的各个光波导的线性行，可以得到通 过线性可变滤光器的输出光量的增加。
另外，本发明的设备的实施例提供了波导的第二输入部分，来自 辐射源/光源的辐射或光经由它通过部分反射元件而作为内部参考光束 射入。特别地，提供了具有一个或两个辐射体的交流辐射源，经由它， 借助于检测器，能够对测量光和参考光进行连续测量。为此，在一个 实施例中的波导被构造为具有两个输入部分和一个输出部分的光纤双 工机。当然，光线也可以经由其它光学系统引至线性可变滤光器并且 随后引至检测器元件。
优选地，检测器元件是单元件检测器，也可能是象素阵列检测器。 具有优点的是使用热电检测器，因为与半导体检测器相比，热电检测 器无需额外的冷却并且成本更低。
根据本发明的设备的优选实施例，反射元件由高纯半导体材料制 成。这种情况中优选的例子是硅或锗，它们在IR区都是透明的。根 据本发明，反射元件可以由高纯半导体材料的晶片非常廉价地制备。 为此，由晶片钻出圆柱状盘。圆柱状盘例如厚度为2～5mm。在圆柱 状盘的两侧上磨削刻面，使得反射元件具有顶部的形式。然后将探针 管中的反射元件装入例如用于过程探针的收缩组件或过程连接，使得 在移去探针的情况下被测介质不能逸出过程。在本发明中可用的已知 收缩组件可以是受让人在商标CLEANFIT(参见DE 19948990A1)下 的收缩组件。当然，原理上，晶片或反射元件可以由IR区中透明的 任何材料制成。
在本发明的ATR探针或者本发明的反射元件的具有优点的另一 发展中，至少接触待测介质的反射元件的区域具有薄钻石层。优选地， 钻石层是单晶涂层。这个钻石层使得反射元件本身对于侵蚀和腐蚀性 介质是惰性的。在合适选择基体(例如由半导体材料制成)的内部反 射角的情况中，应用钻石层使得能够调整内部反射角；这里，可以使 用ATR效应。反射元件的特殊几何结构允许高度紧凑的实施形式， 其中通过在射入/射出表面之间的反射而在被涂敷的反射元件中发生两 个接触产品的反射。
为了排除系统测量误差，除了测量光束的光谱检查之外，并行执 行参考光束的检查。参考光束采取与测量光束类似的路径穿过ATR 探针；然而它通过反射元件中入射点的相应涂层，这样作必然没有参 考光能够逸出进入光疏介质，即，进入实际被测介质。例如通过部分 涂敷金属涂层，没有衰减效应地得到全反射。优选地，参考光在反射 元件面向待测介质的侧面上的入射点具有蒸气沉积的金属层。
为了尽可能避免测量光或反射光中的强度损失，在反射元件中光 线的射入/输出中，反射元件远离被测介质的表面优选地载有抗反射 层。
根据本发明的设备的具有优点的进一步发展，反射元件被这样定 尺寸和实现，使得测量光或参考光在反射元件中经历多达七次反射。 在这个实施例形式中，实际反射次数可以由反射元件的长度确定。以 这样的方式，与较少次数反射相比，特别是被测介质的弱吸收频带被 更好地检测。测量光或参考光的波长优选地位于5～14μm的波长区 域。
在优选实施例中，反射元件是微棱镜。优选地，微棱镜由钻石制 成；然而，也可以使用其它材料。红外微测量探针的结构在DE 10034 220A1中有详细描述。该公开中描述的探针可以用于本发明；然而， 与DE 10034220A1的公开相比，优选使用圆锥小型棱镜，并且对于 束中光波导的设置设定特殊值。
根据本发明的反射元件的实施例形式具有决定性的优点，在于在 测量光和参考光的情况中，射入和输出的光束都彼此平行。相应地， 由于射入和输出侧不同反射元件(ATR和透射)的相等的尺寸，只要 通过互换反射元件，探针就可以适用于特定的测量任务。
当然，在设备的第一实施例形式中可以将至少一个辐射源或光源 放置在反射元件附近，使得无需在入射侧拥有光波导。优选地，辐射 源是没有可移动部件的电脉冲光源。自然，也可以使用机械断路器。

附图说明

现在以附图为基础详细解释本发明，附图中：
图1是本发明的设备的第一实施例的示意图；
图2a是具有光纤双工机的截面转换器的示意图；
图2b是图2a的截面转换器的输入和输出部分的正视图；
图3a是本发明的ATR反射元件的第一实施例形式的正视图；
图3b是沿图3a的A-A切割面得到的图3a所示的实施例形式的 截面；
图3c是图3a所示的实施例形式的透视图；
图3d是本发明的ATR反射元件的过程密封的实施例形式的示意 图；
图4a是本发明的ATR反射元件的第二实施例的正视图；
图4b是根据图4a的A-A参考得到的图4a所示的实施例形式的 侧视图；
图4c是图4b的切割面A-A得到的截面；
图4d是图4a所示的实施例形式的透视图；
图5a是本发明的ATR反射元件的第三实施例的正视图；
图5b是根据图5a的A-A参考得到的图5a所示的实施例形式的 侧视图；
图5c是图5b的切割面A-A得到的截面；
图5d是图5a所示的实施例形式的透视图；
图6是本发明的设备的第二实施例的示意图；
图7是本发明的设备的第三实施例的示意图；
图8是优选地与图6和7的实施例使用的截面转换器的示意图；
图9是用于将光波导安装至LVF光谱仪的插塞接头的示意图； 和
图10是具有微棱镜的ATR探针的测量端头的示意图。

具体实施方式

图1是本发明的设备1的第一实施例的示意图。ATR探针2包括 过程组件25和反射元件15。过程组件25例如是收缩组件，例如受让 人商标CLEANFIT下的产品。本发明的一个方面涉及反射元件15的 不同几何结构，下面将详细说明。与所选的几何结构无关，反射元件 15由过程组件25机械保护，然而仍然与被测介质直接接触。
优选地源自两个光源5的测量光和参考光经由光波导4射入ATR 探针2。光波导4和光波导3都优选地是光纤束。图2a(侧视图)和 图2b(正视图)给出了相应的实施例。当然，其它入射也是可能的。 而且，光源5可以直接位于反射元件5前方，在这种情况中可以忽略 光波导4。
截面转换器22位于光波导3的光输出部分12的区域中。截面转 换器22将用于测量光和参考光的各个光纤转变为多个互相重叠的光 纤。测量光及参考光经过线性可变滤光器7，并且它们的强度由检测 器元件8记录。
截面转换器22和检测器元件8紧固在支持设备26上，支持设备 26可移动地设置在导轨6上。支持设备26由驱动9连续移动经过线 性可变滤光器7。线性可变滤光器是已知的；这里将美国专利US. 5920069完全合并作为参考。
驱动9例如是步进电机，其利用图1中单独显示的主轴移动支持 设备26。检测器元件8在支持设备由步进电机驱动时得到的每一位置， 测量测量光和参考光的强度值。基于这些值，调节/分析单元10生成 与反射元件15接触的被测介质的光谱。谱分布提供了有关所关心的 被测介质中物质的信息。基于已知的算法进行分析。
图3、4、5显示了本发明的用于ATR探针2的反射元件15的不 同变型。当然，反射元件15的使用不限于根据图1所述的本发明的 设备1。而是，可以将过程探针2中的反射元件15连接至通过光波导 耦合的任何光谱仪/摄谱仪。
正如已经说明的，本发明的反射元件15由在IR区中高度透明的 材料制成。优选地，材料是半导体材料，例如高纯硅或锗。为了增加 半导体材料的阻力以承受腐蚀或侵蚀性待测介质，至少反射元件15 接触被测介质的区域具有钻石涂层21。图3d中给出了以这种方式修 改的实施例形式，其在截面中具有反射元件15。
本发明的反射元件15或ATR棱镜优选地由半导体晶片钻成圆柱 状盘。然后，在圆柱状盘的两侧上磨削刻面16、17，使得反射元件15 在面向待测介质一侧上具有鞍状顶部的形式。例如图3a、3b和3c中 显示了反射元件15的相应实施例。
这些图还显示了测量光的光路18。来自光源5的准直光束在反 射元件15的刻面16的区域中反射。在向光疏被测介质的边界面，测 量光在与被测介质接触时发生第一衰减全反射；在刻面17发生第二 衰减全反射。在反射元件15的远离被测介质的射入/射出表面处的全 反射几乎衰减地发生。这是入射角或反射角的重要作用，该角在所示 的例子中约为60°。另外，射入/射出表面可以具有抗反射涂层24。
这样磨削刻面16、17，使得在测量光垂直入射在射入/射出表面 的情况中对于全反射的入射角和反射角约为30°。另外，对于所示的 情况，这样设定反射元件15的直径，使得测量光在反射元件15内仅 经历三次反射。因为以这种方式实现测量光在反射元件15内的较短 的行程距离，所以棱镜材料中的吸收损耗保持的较小。
不言而喻，每一种其它形式的刻面磨削都是可能的，只要不超过 全反射的临界角，或者低于全反射的临界角。在本发明的反射元件15 的实施例中，可以在反射元件15的边界面上发生测量光或参考光的 其它衰减及未衰减的全反射。在反射元件15的任一实际实施例中， 自然一方面优化光校正另一方面优化测量精度(反射次数)。
正如图3、4和5中清楚显示的，本发明的反射元件的多种实施 例的主要优点在于以下特征，即具有相互平行的入射和输出测量光(或 参考光)。这简化了准直光学部件29的机械构造。
图4和5中所示的反射元件15的实施例形式与图3中所示的不 同，在于图4的ATR反射元件15在45°的内部反射角处显示了更多 次反射。反射次数可以通过棱镜的增长的距离30而增加。
图5显示了具有横向测量槽31的反射元件15。这种实施例形式 是透射型的设计。在射入/射出表面(图4和5)中的两个孔27是未 单独显示的抗扭转紧固的部分，其将反射元件15在正确的位置相对 于准直光学部件29固定，随后在过程探针2中紧固反射元件15。抗 扭转紧固例如通过将适当形成的插头插入孔27而得到。当然，可以 使用任何其它类型的抗扭转紧固，只要它不干扰测量光和参考光的光 路18、28。
在图3a、3c、4a和5a中，参考光的光路28被按照固定格式沿 着测量光的光路18而引导。尽管测量光在每一刻面16、17的区域中 经历衰减的全反射，但是这样实现参考光的相应区域，使得参考光在 刻面16、17上的反射中不经历衰减。为此，提供相应的区域，其例 如具有不能由IR辐射穿透的金属涂层。
图6是本发明的设备的第二实施例的示意图。辐射源或光源5的 辐射或光由椭球面镜33聚焦到波导3的光输入部分上。为了调制测 量光和反射光，使用断路器34，其由断路器马达35转动。光被经由 光波导3引导至反射元件15。在这种情况中，反射元件15是由钻石 制成的微棱镜48。优选地，微棱镜48具有图6所示的圆锥形式。然 后，含有有关被测介质的构成的信息的辐射被经由波导4在线性可变 滤光器7和检测器元件8的方向上传导。在所示的情况中，检测器元 件8被固定地安装，而线性可变滤光器通过驱动9和主轴36步进地 或准连续地移动经过检测器元件8。以这种方式，连续扫描辐射的光 谱。光谱的分析经由调节/分析单元10进行，调节/分析单元10没有 在图6中单独显示。
图7显示了本发明的设备的优选的第三实施例。这个实施例与图 6的实施例相比，突出之处在于非常简单并且因而成本低廉的构造。 从光源5发出并且由断路器34脉动的光被椭球面镜33聚焦到波导3 的输入部分上。在辐射源5和波导3的输入部分之间，放置线性可变 滤光器7。线性可变滤光器由驱动9和主轴36步进地移动通过辐射源 5和波导3的输入部分或反射元件15之间的间隙。在辐射经过线性可 变滤光器7之后，光是单色的。这个单色光被经由光波导3传导至反 射元件15。在反射元件15中反射的光经由光波导4传导入检测器元 件8。
这个实施例的优点在于，光波导4可以直接位于检测器元件8之 上，并且因而没有损耗。优选地使用所谓的绞编技术实现耦合。这允 许获得更高的光输出。结果，可以进一步增加所获得的光谱的信噪比， 从而进一步减少在反射元件15处对于被测介质中物质的检测极限。
优选地，图7所示的实施例的反射元件15也是ATR晶体。作为 ATR晶体而优选使用的是钻石微棱镜48。图10显示了在过程探针2 的端头上紧固的钻石棱镜。探针2也这样实现在所示情况中，使得考 虑药品和食品工业的卫生要求。特别地，探针2具有圆形边缘。具有 探针端头47的探针管46优选地由钛、哈司特镍合金或PEEK制成。 依赖于待测物质，钻石微棱镜48被焊接或粘附入探针体中。这样制 造探针2，使得它可以用于现有的收缩组件中，例如可以从受让人获 得的收缩组件中。
图8是优选地用于图7的实施例的截面转换22的示意图。截 面转换器22由三个部分37、38、39组成。截面转换器37放置在线 性可变滤光器7的方向上，并且具有排列成行的四个光纤40。光纤40 将单色光在朝向微棱镜48的方向上传导。在检测器元件8的方向上 设置的截面转换器38类似地具有以正方形放置的四条光纤41。位于 优选为锥形的微棱镜48的圆形端面正前方的截面转换器39例如具有 图8所示的设计。另外，光波导3、4的光纤40、41优选地具有图8 所示的矩形截面。当然，本发明的光纤40、41也可以是圆形的。
优选地，反射元件15进一步具有所示的锥形形状。这样的优点 是，正方形截面转换器39的定位可以旋转不变。自然，内部反射元 件48也可以是正方形或更有棱角的形状，例如八角形；然而，正方 形截面转换器39必须根据反射元件48的基础表面而对齐。
如图9所示，过程探针2的输入部分和输出部分集成在插塞中。 所以，可以容易地将探针2与线性可变滤光器7相连。优选地，经由 套圈43、44实现将波导3、4的输入或输出部分紧固至LVF光谱仪。
参考符号表
1  本发明的设备
2  过程探针
3  第一波导/光纤(束)
4  第二波导/光纤(束)
5  辐射源/光源
6  导轨
7  线性可变滤光器
8  检测器元件
9  驱动
10  调节/分析单元
11  输入部分/光波导
12  输出部分/光波导
13  第一入射/光波导
14  第二入射/光波导
15  反射元件
16  刻面
17  刻面
18  测量光的光路
19  入射光束
20  出射光束
21  钻石涂层
22  截面转换器
23  密封环
24  抗反射涂层
25  收缩组件
26  支持设备
27  孔(用于放置插头)
28  参考光的光路
29  准直透镜
30  增长的距离
31  测量槽
32  光纤双工机
33  聚焦单元/椭球面镜
34  断路器
35  断路器马达
36  主轴
37  截面转换器(LVF-端)中光纤的设置
38  截面转换器(检测器端，特别是辐射体端)中光纤的设置
39  截面转换器(反射元件处)中光纤的设置
40  发送的辐射
41  接收的辐射
42  锥形端头(经研磨)
43  套圈
44  套圈
45  用于光谱仪外壳的法兰
46  管/探针体
47  探针端头
48  微棱镜