DE2205323A1

DE2205323A1 - FLUORESCENCE AND CLAIM METER FOR IN-SITU OPERATION

Info

Publication number: DE2205323A1
Application number: DE19722205323
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung MP Antrag
Original assignee: Impulsphysik GmbH
Current assignee: Impulsphysik GmbH
Priority date: 1972-02-04
Filing date: 1972-02-04
Publication date: 1973-08-16
Also published as: DE2205323B2

Description

Fluoreszenz- und Trübungsmesser für in-sftu-Betrieb (Zusatz zu Patent . ... ... Patentanmeldung P 19 39 524.5) Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung der Konzentration fiuoreszierenden Materials in hoher Ver° dünnung im freien Medium, bei der erstens als Anregungslichtquelle für die Fluoreszenz eine Blitzentladungslampe verwendet wird, deren Blitzfrequenz der Meßgeschwindigkeit (Meßpunkte pro Minute) angepaßt ist, deren Blitzdauer aber länger als die Fluoreszenträgheit ist und vorzugsweise als Funkenentladungslampe für 10-8 bis 10-5 s Blitzzeit ausgebildet ist und bei der zweitens als Empfänger des Fluoreszenzlichtes ein Photosensor verwendet wird, der bei der Beaufschlagung mit zusätzlichem Tageslicht keine Minderung der Meßempfindlichkeit bewirkt und vorzugsweise als Halbleiterphtodiode oder ein mit nur wenigen Stufen arbeitender Photomultiplier ausgebildet ist und bei der drittens dein Photosensor nachgeschaltete elektronische Verstirker für amplitudenrichtige Erfassung unregelmäßig auftretender Impulse in seltener Folge ausgebildet ist Fluorometer für Laboratoriumsmessungen werden benutzt zur Messung dr Intensität oder Menge fluoreszierender Stoffes z-.B, vttalen Ohlorophylls oder künstlich in die Flüssigkeit eingebrachter Farbstoffe1 wie Rhodamin Bo Desgleichen sind bekannt geworden die Fluorometer, die für in situ-Betrieb ausgelegt sind, die also an einer Schlep-plelue z.B. hinter einem Schiff im Meere gezogen werden Für Trübungsmesser benutzte man bisher Transmiaoumeter in Uterwasserausführung, wobei gegenüber solchen für Luft, wie sie beispielsweise bei Flughäfen eingesetzt werden, die Nessbasis entsprechend den viel kleineren Sichtweiten im Wasser entsprechend kurz ist, Aufgabe dar vorliegenden Erfindung ist es, insbesondere für kleinere Laboratorien, mit einem einzigen Gerät sowohl Laboratorium- wie auch in situ-Messungen von Fluoressenzen und Trübungen durchzuführen. Fluorescence and opacimeter for in-sftu operation (addendum to patent . ... ... Patent application P 19 39 524.5) The invention relates to an arrangement for Measurement of the concentration of fluorescent material in high dilution in the open air Medium in which, firstly, a flash discharge lamp is used as the excitation light source for the fluorescence is used, the flash frequency of which corresponds to the measuring speed (measuring points per minute) is adapted, but whose flash duration is longer than the fluorescent inertia and preferably is designed as a spark discharge lamp for 10-8 to 10-5 s flash time and at Second, a photosensor is used as the receiver of the fluorescent light, which, when exposed to additional daylight, does not reduce the measurement sensitivity effected and preferably as a semiconductor phtodiode or one with only a few stages working photomultiplier is formed and in the third your photosensor downstream electronic amplifier for correct amplitude The fluorometer is designed to record irregularly occurring impulses in rare succession for laboratory measurements are used to measure the intensity or amount of fluorescent Substance z-.B, vttalen Ohlorophylls or artificially introduced into the liquid Dyes1 such as Rhodamine Bo Likewise, fluorometers have become known which are designed for in-situ operation, i.e. they are attached to a drag-line, e.g. behind to be dragged in the sea by a ship. Up to now, transmiaoumeters have been used for opacimeters in Uterwasserausführung, compared with those for air, such as are used at airports, the Ness base according to the much smaller visibility is correspondingly short in water, the object of the present invention is, in particular for smaller laboratories, with a single device both laboratory and carry out in situ measurements of fluoro essences and turbidity.

Diese Aufgabe wird durch die gleichzeitige Anwendung folgender Hermmale gelöst: a) Die Blitzentladungslampe ist als ein Strahlung aussendender Impulslichterzeuger mit einer Edelgasfunkenstrecke ausgebildet, die sich in einem Abstand von einigen Millimetern hinter einem schlierenfreine, ggf. plangeschliffenen Austrittsfenster für die Strahlung befindet, das mit einem optischen Korden sursystem ein einen großen Raumwinkel der emittier ten Strahlung erfassendesf das Strahlenbündel in eine Überschneidungszone projizierendes, Linsen system bildet.This task is achieved through the simultaneous use of the following Hermzeichen solved: a) The flash discharge lamp is a pulsed light generator that emits radiation formed with a noble gas spark gap, which are at a distance of some Millimeters behind a streak-free, possibly ground plane exit window for the radiation is located, which is a large sursystem with an optical cord The solid angle of the emitted radiation is captured by the beam in an intersection zone projecting lens system.

b) Dem Impulslichterzeuger ist eine Empfangseinrichtung' zugeordnet, die ein dem Linsensystem im Impulslichterzeuger vergleichbares Linsensystem hoher Apertur und eine diesem nachgeschaltete, das aus der Überschneidungszone durch Fluoreszenz oder Reflexion zurückgeworfene Licht auffangende, großflächige Halbleiter-Phototiode aufweist.b) A receiving device is assigned to the pulsed light generator, the higher a lens system comparable to the lens system in the pulsed light generator Aperture and a downstream one from the intersection zone by fluorescence or reflection, large-area semiconductor phototiode that collects light that is reflected back having.

Das Neue an dem verwendeten Verfahren ist insbesondere, daß die Trübung nicht nach dem Transmissometer-, sondern nach dem Streulichtprinzip gemessen wird0 Dabei wird der Lichtstrahl eines Senders mittels eines in einem spitzen Winkel zu ihm angeordneten Empfängers aufgefangen, so das das zurückgeworfene Licht im Wasser oder in Abwassermustern schwemmende Partikel nachweist Das Gerät ißt auch geeignet im kontinuierlichen Durchfluß Kontrollmessungen an Abwässern durchzuführen, z.B.The novelty of the method used is, in particular, that the turbidity is not measured according to the transmissometer, but according to the scattered light principle0 Here, the light beam from a transmitter is at an acute angle by means of a received by the recipient, so that which is thrown back Light detects particles floating in water or in sewage samples. The device is also suitable to carry out control measurements on wastewater in continuous flow, e.g.

um den Inhalt an Trübstoffen oder auch giftigen fluoreszierenden Stoffen laufend zu registrieren.the content of turbid substances or toxic fluorescent substances to register continuously.

Weitere Einzelheiten und Markmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispilesweise dargestellt sind.Further details and features of the invention emerge from the detailed description below and the accompanying drawings in which preferred embodiments of the invention are shown by way of example.

In den Zeichnungen zeigen: Fig. ia einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Anordnung mit abgewinkeltem Empfängerteil, Fig. 1 b einen Teil-Längsschnitt mit eingebauten Prismen, Fig. 2 einen Teil-Längsschnitt mit einer von einer Küvette umgebenen Meßzone und Fig. 3 eine Filterplatte mit drei verschiedenen Filtren Die Anordnung nach der Erfindung hat als Impulslichterzeuger eine Edelgasimpulslampe 1, die zwischen zwei benachbarten Elektroden Funkenentladungen durchführt Vorzugsweise ist das Fenster dieser Edelgasimpulslampe 1 eine plangeschliffene Platte, die in einem recht geringen Abstand von einem kurzbrennweitigen Kondensorsystem 4 angeordnet ist, Auf diese Weise wird ein sehr großer Teil der ausgesandten Strahlung von dem Kondensorsystem aufgenommen. Die Edelgasimpulslampe 1 wird durch den Impulskondensator gespeist. Die Zündung der Impulsfrequenz erfolgt durch den Impulsgenerator 3a, wobei man als praktische Frequenz beispielsweise 10 Funken/s. wählt. Die beiden Kondensorlinsen 4 sammeln mit sehr hoher Apertur das Licht der Edelgaslampe 1 und leiten es in eine als Meßzone ausgebildete Überschneidungszone 7 hinein. Von dem Kondensorsystem 4 werden Strahlen 6 ausgesandt, Bevor die Strahlen 6 den Impulslichterzeuger verlassen, gehen sie durch ein optisches Breitbandfilter 5. Nach der Erfindung ist die Bandbreite dieses filters 5 so gewählt, daß alle für die Anregung von Pluareszenzen brauchbaren Wellenlängen, insbesondere das Wellenlängen gebiet von 380 - 530 mm, mit möglichet geringem Transmissionsverlust hindurchgelaseen werden, daß dagegen langwelligere Lichtwellen, die z.B. länger als 530 nm sind, absolut abgeschnitten werden. Auf diese Weise ist praktisch kein Nachweis langwelligerer Strahlung möglich. Es hat sich gezeigt, daß man mit solch einem Filter 5 z.B. gleichzeitig den Fluoreszenzfarbstoff Eosin, Rhodamin B sowie auch das natürlich fluoreszierende Chlorophyll A, B, C, D anregen kann.The drawings show: FIG. 1 a longitudinal section through the inventive Arrangement with angled receiver part, Fig. 1b with a partial longitudinal section built-in prisms, Fig. 2 is a partial longitudinal section with one of a cuvette surrounding measuring zone and FIG. 3 shows a filter plate with three different filters the The arrangement according to the invention has a noble gas pulse lamp as the pulsed light generator 1, which carries out spark discharges between two adjacent electrodes Preferably the window of this noble gas pulse lamp 1 is a flat-ground plate, which in a very small distance from a short focal length condenser system 4 arranged is, In this way, a very large part of the radiation emitted by the Condenser system added. The rare gas pulse lamp 1 is powered by the pulse capacitor fed. The pulse frequency is ignited by the pulse generator 3a, wherein a practical frequency is, for example, 10 sparks / s. chooses. The two condenser lenses 4 collect the light from the noble gas lamp 1 with a very high aperture and guide it into a Intersection zone 7 designed as a measuring zone. From the condenser system 4 beams 6 are emitted before the beams 6 leave the pulsed light generator, go through a broadband optical filter 5. According to the invention, the bandwidth is this filter 5 is chosen so that all can be used for the excitation of plural scenes Wavelengths, in particular the wavelength range from 380-530 mm, are also possible low transmission loss are let through that on the other hand longer ones Light waves longer than 530 nm, for example, are absolutely cut off. on In this way, it is practically impossible to detect longer-wave radiation. It has it has been shown that with such a filter 5, for example, the fluorescent dye Eosin, Rhodamine B as well as the naturally fluorescent chlorophyll A, B, C, D can stimulate.

das von der Überschneidungszone 7 herkommende Fluoreszenzlicht wird nun durch ein Filter 9 einer Empfangseinrichtung aufgefangen, das genau auf die Fluoreszenzwellenlänge der zu messenden Substanz abgestimmt ist0 Das gefilterte Licht wird durch ein Linsensystem 10 auf eine Photodiode 11 geleitet. Dieses sollte möglichst großflächig sein, um auch solches Licht, das nicht unmittelbar in der Überschneidungszone 7 sondern in näherer Umgebung entsteht, nützlich aufzufangen. Der Lichtkegel, der von dem tinsensystem 10 aufgesammelt wird, hat eine Strahlrichtung 8. Das Filter 9 hat eine solche Charakteristik, daß es nur die 3andbreite der Fluoreszenz des zu messenden Stoffes durchläßt. Außerhalb dieser Bsndbreite dagegen ist es total blockiert. Auf diese Weise erhält man keinen Lichteindruck, wenn man das senderseitige Filter 5 über das empfangsseitige Filter 9 legt und mit dem Auge gegen die Sonnenscheibe sieht.the fluorescent light coming from the intersection zone 7 becomes now caught by a filter 9 of a receiving device, which is exactly on the The fluorescence wavelength of the substance to be measured is matched to the filtered Light is guided through a lens system 10 onto a photodiode 11. This should be as large as possible in order to include light that is not directly in the Overlap zone 7 but arises in the immediate vicinity, useful to catch. The cone of light that is collected by the ink system 10 has a beam direction 8. The filter 9 has such a characteristic that it only has the 3 bandwidth of the fluorescence of the substance to be measured lets through. Outside of this bandwidth, however, it is total blocked. In this way you don't get a light impression when you use the transmitter side Filter 5 is placed over the receiving-side filter 9 and with the eye against the solar disk sees.

In der Photidiode 11 entstehen nun korrespondierend zu der Intensität des fluoreszierenden Lichtes Licht impulse, die der Edelgaslampe 1 im seitlichen Verlauf etwa entsprechen, da die Bluoressenz von Stoffen außerordentlich rasch angeregt und auch wieder abgeregt wird Der Photodiode 11 ist ein Verstärker 12 nachgeschaltet, der z.B. zusammen mit dem Arbeitswiderstand der Photodiode 11 tunlichst eine longaritmische Kennlinie haben sollte, um das Gerät ohne Umschaltung für mehrere Dekaden brauchbar zu machen. Diese Forderung ist deshalb durch die Erfindung erfüllt worden weil in der Praxis oft recht rasch Konzentrationsänderungen fluoreszierender Substan zen über mehrere Grdßenordnungen stattfinden, und zwar so schnell, daß man zwischendurch nicht das Gerät auf verschiedene Meßbereiche umschalten kannO Bs hat sich z.B. in der Praxis als brauchbar erwiesen, in einem Meßbereich z.B. drei Dekaden unterzubrigen, d.h. einen Intensitätsbereich von 1:1000.In the photidiode 11 now arise corresponding to the intensity of the fluorescent light light pulses that the noble gas lamp 1 in the side Course, since the blue essence of substances is stimulated extremely quickly and is also de-energized again The photodiode 11 is followed by an amplifier 12, which, for example, together with the working resistance of the photodiode 11, if possible, is a longaritmic Characteristic curve should have in order to make the device usable for several decades without switching close. This requirement has therefore been met by the invention because in in practice, changes in the concentration of fluorescent substances often occur very quickly take place over several orders of magnitude, and so quickly that one in between the device cannot switch to different measuring ranges O Bs has e.g. proven to be useful in practice to subdivide, for example, three decades in one measuring range, i.e. an intensity range of 1: 1000.

Der Verstärker 12 wird durch eine spannungsstabilisierte Stromversorgungseinheit 13 versorgt, die aus dem Eabel 14a die elektrische Leistung bezieht. Der Impulslichterzeuger wird durch die Stromversorgungseinheit Db gespeist, die ebenfalls ene stabilisierte Ausgangsgleichspannung liefern soll und über das Stromversorgungskabel 1 4b gespeist wird. Die Kabel 14a und 1 4b kann man nun in der Verteilerdose 14c eutweder nu Serie oder parallel schalten, so daß man ein gemeinsames Kabel 14d zum Meßort hatZ der entweder auf dem Schiff, dem Laboratorimsarbeitsplatz, an eienr Schalttafel oder derglei chen angeordnet sein kann.The amplifier 12 is powered by a voltage stabilized power supply unit 13 supplied, which draws the electrical power from the Eabel 14a. The pulsed light generator is fed by the power supply unit Db, which also stabilized ene Output DC voltage is to provide and via the power supply cable 1 4b is fed. The cables 14a and 14b can now be eutweder in the junction box 14c nu switch in series or in parallel, so that you have a common cable 14d to the measurement location either on the ship, at the laboratory workstation, at a control panel or derglei chen can be arranged.

Bei sehr langen Kabeln 14d, z.B. an einer sehr langen Schleppleine am Schiff, hat es sich bewahrt, auf den sog.With very long cables 14d, e.g. on a very long tow line on the ship, it has been preserved, on the so-called.

Einleiterbetrieb überzugehen. Dabei wird beispielsweise der Minuspol über ein eina1iges Kabel 14d in das Meßgerät gebracht und dessen metallische Außenmasse, die ja galvanisch mit dem Meerwasser verbunden ist, als Rückleitung bis zum Schiff benutzt. Mit einer Versorgungsspannung von ungefähr 100 Volt und einem stabilisierten Strom von etwa 1/4 Amp., vermag man bis su 1000 m entfernte Geräte au9 diese Weise zu versorgen. Den Meßwert, d.h. das von der Empfangseinrichtung abgegebene Ergebnis, formt man in diesem Falle mittels eines Gleichspannungs-Wechselspannungs-Umformers in eine Tonfrequenz um udn gibt diese überlagert über dao Kabel 14b zum Meßort. Dort ist eine analoge, entgegengesetzt arbeitende Decoder-Schaltung angeordnet, die aus der Wechselspannung wieder eine Gleichspannung macht und einem Recorder oder einem Lochstreifengerät zuführt.To pass over single-line operation. In this case, for example, the negative pole brought into the measuring device via a single cable 14d and its metallic external mass, which is galvanically connected to the sea water as a return line to the ship used. With a supply voltage of about 100 volts and a stabilized A current of about 1/4 amp., Devices up to 1000 m away can be used in this way to supply. The measured value, i.e. the result given by the receiving device, is formed in this case by means of a DC-AC converter in an audio frequency around udn this superimposed over the cable 14b to the measurement location. There is an analog, oppositely working decoder circuit, which turns the alternating voltage back into a direct voltage and a recorder or a punched tape machine.

Erfindungsgemäß ist die Empfangseinrichtung in abgeknickter Ausführung. gestaltet, wie in %Fig. 1a dargestellt ist0 Auf diese Weise können Empfangseinge der Impulsliotherseuger, die beide als hylindrische Körper ausgebildet sind, schlank und parallel zueinander aug einer Montageplatte 15 angeordnet werden, Wird das Meßgerät z.3. vom Schiff aus geschleppt, so wird es an einer Halteöse 16 befestigt und an dieser hinter dem Schiff geschleppt. Infolge der schlanken 3auausführung hat es geringen Strömungswiderstand.According to the invention, the receiving device is in a kinked design. designed as in% Fig. 1a is shown0 In this way, receiving inputs the Impulsliotherseuger, which are both designed as cylindrical bodies, slim and are arranged parallel to each other on a mounting plate 15, the measuring device z.3. towed from the ship, it is attached to a retaining eyelet 16 and on towed behind the ship. Due to the slim design it has low flow resistance.

Rechts und links vom Impulslichterzueger können z.B. Je eine Empfangseinrichtung angeordnet sein, von denen die eine die Fluoreszenz von Chlorophyll und die andere die Fluoreszenz eines Farbstoffs Rhodamin B oder einer anderen künstlich eingebrachten fluoreszierenden Substanz mißt. Da nur ein gemeinsames Breitbandfilter 5 für alle Empfangseinrichtungen vorhanden ist, kann der Impulslichterzeuger mehreren Zwecken zugleich dienen. Es kann auch noch eine dritte Empfangseinrichtung angeordnet werden, die in diesem Falle ein dem Filter 5 identisches Empfangsfilter hat. Eine solche Empfangseinrichtung mißt keine Fluoreszenz, sondern nur solche Strahlung, die ohne Veränderung der Frequenz des Impulslichterzeugers von streuenden Partikeln, s.3. Sand im Wasser, zurückgeworfen wird Die Anzeige eines solchen Empfängers ergibt dann die sog. Trübung. Dabei arbeitet man zweckmäßig mit nur 2 Dekaden als Meßbereich. Dieser entspricht einer Sichtweite unter Wasser von beispielsweise 50 cm bis 50 m. Größere Sichtweiten als 50 m kommen nur sehr selten im Wasser vor, kleinere als 50 cm ebenfalls.To the right and left of the pulsed light train, for example, there can be one receiving device each be arranged, one of which is the fluorescence of chlorophyll and the other the fluorescence of a dye Rhodamine B or another artificially introduced fluorescent substance measures. There is only one common broadband filter 5 for everyone Receiving facilities are available, the pulsed light generator can serve several purposes serve at the same time. A third receiving device can also be arranged, which in this case has a receive filter identical to the filter 5. Such Receiving device does not measure fluorescence, but only radiation without Change of the frequency of the pulsed light generator from scattering particles, see 3. Sand in the water, thrown back will display such Receiver then results in the so-called turbidity. It is advisable to work with only 2 Decades as a measuring range. This corresponds to a visibility under water of, for example 50 cm to 50 m. Visibility greater than 50 m is very rare in the water. smaller than 50 cm also.

Wenn man das Meßgerät nur mit einer einzigen Empfangseinrichtung ausführt, muß man für die verschiedenen Me2-aufgaben das Filter 9 wechseln. Dieses kann durch eine eingebaute Revolveranordnung geschehen, die z.B. durch elektromagnetische Fernauslösung die Filter für Chlorphyll-Fluoreszenz, Rhodamin B-Fluoreszenz oder das sendergleiche Filter 5 für Trübungsmessung umschaltet, Bei Trübungsmessungen stellt sich die Ausstattung der Empfangseinrichtung und des Impulslichterzeugers mit gleichen Filtern auch deswegen als vorteilhaft heraus, weil etwaige fluoreszierende Substanzen, die bei der Trübungsmessung nicht mitgemessen werden sollen, den Empfangswert nicht stören können. Da jede Art von Flupreszenz eine größere Wellenlänge hat als das anregende Licht, liegt die Fluoreszenzstrahlung außerhalb des Blockadebererchs des Filters 9 und kann somit nicht detektiert werden.If the measuring device is only used with a single receiving device, you have to change the filter 9 for the various Me2 tasks. This can through a built-in turret arrangement, e.g. by means of electromagnetic remote triggering the filters for chlorophyll fluorescence, rhodamine B fluorescence or the same transmitter Filter 5 switches over for turbidity measurement, the equipment is available for turbidity measurements the receiving device and the pulsed light generator with the same filters for this reason to be advantageous because any fluorescent substances involved in the turbidity measurement should not be measured, cannot disturb the reception value. Since every kind of fluprescence has a longer wavelength than the stimulating light, the lies Fluorescence radiation outside the blockade area of the filter 9 and can thus cannot be detected.

Insbesondere bei Trübungsessungen benötigt man die volle Empfindlichkeit des Meßgerätes. Es ist dann erlaubt, Lichtverluste in Kauf zu nehmen. In diesem Fall kann man eine besonders schlanke Anordnung gemäß Fig. b realisieren. Der Strahl der Edelgaslampe 1 geht hinter den Kondesorlinsen 4 durch das Prisma 17a und dann erst durch die Frontplatte oder das Filter 5. Dadurch ist der Lichtstrahl 6, wie in der Figur 1b dargestellt ist, abgeknickte Die gleiche Anordnung ist bei der Empfangseinrichtung durchgeführt, wobei das Prisma 17b dafür sorgt, daß das Licht aus der Überschneidungszone 7 vou der Photodiode 11 erfaßt wird. Natürlich wird bei der Anordnung nach Fig. 1b ein Teil des Lichtstrahles, der durch die Prismen 17a, 17b gegangen ist vignettiert. Aber bei der Messung der Reflektivität von Sand in Meerwasser oder von Schmutspartikeln in Abwässern spielt das keine Rolle v da ohnehin, wie oben erwähnt, die Empfindlichkeit im Vergleich zum Betrieb als Fluorometer reduziert sein muß.Full sensitivity is required, especially for turbidity measurements of the measuring device. It is then allowed to accept light losses. In this In this case, a particularly slim arrangement according to FIG. B can be implemented. The beam the noble gas lamp 1 goes behind the condenser lenses 4 through the prism 17a and then only through the front plate or the filter 5. This means that the light beam 6 is like is shown in Figure 1b, kinked. The same arrangement is in the receiving device performed, the prism 17b ensures that the light from the intersection zone 7 vou of the photodiode 11 is detected. Of course, in the arrangement according to Fig. 1b, a part of the light beam which has passed through the prisms 17a, 17b is vignetted. But when measuring the reflectivity of sand in sea water or debris particles In wastewater this is irrelevant because, as mentioned above, the sensitivity anyway must be reduced compared to operation as a fluorometer.

Die Anordnung nach Fig. Ib kann man mit einer stromlinienförmigen Enveloppe 18 versehen, die z.B. aus Plaxiglas (Polymethylmethacrylat) bestehen kann. Dadurch kann man ein solches Gerät bei Trübungsmessungen mit sehr hoher Geschwindigkeit durch das Wasser ziehen.The arrangement according to Fig. Ib can be with a streamlined Enveloppe 18 provided, which can for example consist of Plaxiglas (polymethyl methacrylate). This allows such a device to perform turbidity measurements at a very high speed pull through the water.

Insbesondere im in situ-Betrieb bei Messungen in Gewässern ist das erfindungsgemäße Meßgerät oft einer rauhen Behandlung ausgesetzt. Es kann z.B. bei starkem Seegang beim inablassen in die Tiefe gegen die Bordwand oder auf den Grund des Gewässers schlagen. Daher wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, zur Minderung des Strömungswiderstandes das Meßgerät mit einem stromlinienförmigen, transparenten Gehäuse derart zu umgeben, daß die Überschneidungszone 7 etwa axial zu diesem Gehäuse vor dessen vorderer Rundung liegt. Außerden wird die Gesamtheit von Impulslichterzeuger und Empfangseinrichtung von einem käfigartigen Schutzkokorb derart umgeben, daß die Überschneidungszone 7 zwischen der Vorderseite dieses Schutzkorbes und der Enveloppe 18 liegt. Man kann auch ohne Eaveloppe 18 das Meßgerät nur mit einem ausreichend groß dimensionierten Schutzkorb, z.B. aus Edelstahldrähten, versehen. Dabei liegt die Überschneidungszone 7 zwischen diesem Schutzkorb und dem Meßgerät. Auf diese Weise wird eine optische Beeinflussung etwa durch Streulicht des Schutzkorbes vermieden.This is particularly true in in-situ operation for measurements in bodies of water measuring device according to the invention is often subjected to rough treatment. It can e.g. Heavy swell when lowering into the depth against the ship's side or to the bottom beat of the water. Therefore, it is proposed according to the invention to reduce the flow resistance the measuring device with a streamlined, transparent To surround the housing in such a way that the overlap zone 7 is approximately axial to this housing in front of its front rounding. In addition, the entirety of the pulsed light generator and receiving device surrounded by a cage-like protective basket in such a way that the overlap zone 7 between the front of this protective cage and the envelope 18 lies. Even without the Eaveloppe 18, the measuring device can only be used sufficiently with one large protective cage, e.g. made of stainless steel wires. It lies the overlap zone 7 between this protective cage and the measuring device. To this In this way, optical interference, for example through scattered light from the protective cage, is avoided.

Auf Grund der schlanken Bauwetne des ganzen Meßgerätes läßt es sich auch leicht im Inneren eines hochdruckfesten Körpers anordnen. Es kann au9 diese Weise mit eingebauten Batterien und ggf. mit einem ebenfalls eingebauten Tonbandaufnahmegerät versehen werden, so daß das Neßgerät für Tiefseeforschung zu benutzen ist. Erfahrungsgemäß ist das Volumen eines im Inneren eines Drucktanks liegenden Gerätes das preisbestimmende Element bei Geraten, die einen sehr hohen Druck im Tiefseebetrieb aushalten müssen. Die schlanke und räumlich kleine Bauweise des beschriebenen Meßgerätes hat also preismäßig einen enormen Vorteil gegenüber den konventionellen bisherigen Geräten, die sehr große Volumina benötigten.Due to the slim construction of the whole measuring device, it can be also easily arrange inside a high pressure resistant body. It can be based on this Way with built-in batteries and possibly with a built-in one Tape recorder provided so that the measuring device can be used for deep-sea research. According to experience the volume of a device located inside a pressure tank determines the price Element for devices that have to withstand very high pressure in deep-sea operation. The slim and spatially small design of the measuring device described has so in terms of price an enormous advantage over the conventional previous devices, which required very large volumes.

Um das Volumen besonders klein zu halten, sind der Verstärker 12 und die Stromversorgungseinheit 73 ggf. mittels integrierter SchaltleiBe auszuführen. Materialmäßig ist diese Ausführung teuer. Es wird aber Volumen eingespart und eine Vibrations- und Schockunempfindlichkeit erreicht. Diese Vorteile wirken eich letzten Endes preissenkend aus.To keep the volume particularly small, the amplifier 12 and to implement the power supply unit 73, if necessary, by means of an integrated circuit lead. In terms of material, this design is expensive. But it saves volume and one Vibration and shock insensitivity achieved. These advantages have no effect End lowering prices.

Es ergibt sich oft, daß z.B. an Bord eines Schiffes oder auch in einem Laboratorium das gleiche Meßgerät unverzüglich für Laboratoriumsmessungen eingesetzt werden soll. In diesem Falle wird ein Meßgerät gemäß Fig. 2 benutzt. Impulslichterzeuger und Empfangseinrichtung liegen nunmehr eng an einer Plexiglasküvette 20 an, die z.3. einen quadratischen Querschnitt hat. Durch die Verwendung von Plexiglas werden die optischen Eigenschaften des Lichtüberganges von Glas auf Wasser kaum verändert, da Plexiglas und Wasser fast denselben Brschungskoeffizienten haben. Die zu messende Flüssigkeit strömt ständig in Längsrichtung durch eine solche als Rohr mit quadratischem Querschnitt ausgebildete Plexiglasküvette 20.It often happens that e.g. on board a ship or in a Laboratory immediately used the same measuring device for laboratory measurements shall be. In this case, a measuring device according to FIG. 2 is used. Pulsed light generator and receiving device are now close to a plexiglass cuvette 20, which z.3. has a square cross-section. By using from Plexiglas are the optical properties of the light transition from glass to water Hardly changed, as Plexiglas and water have almost the same breaking coefficient. The liquid to be measured flows continuously in the longitudinal direction through such as Plexiglass cuvette 20 with a square cross-section.

Bei u.U. recht langsamen Strömungsgeschwindigkeiten kennen sich Schmutzteile oder Algen an den Wänden der Küvette 20 absetzen, so daß sie häufig gereinigt werden müssen. Nacht einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird nun im Inneren Ber Küvette 2' ein Rohr 21 angeordnet, durch das die zu messende Flüssigkeit fließt.Dirt particles know each other when the flow velocities are quite slow or algae settle on the walls of the cuvette 20 so that they are cleaned frequently have to. Night of an advantageous embodiment of the invention is now inside Ber Cuvette 2 'arranged a tube 21 through which the liquid to be measured flows.

Im Inneren, möglichst in der Achse dieses Rohres 21, soll die Überschneidungszone 7 liegen. Danit der optische Übergang störungsfrei erfolgt und keine optische Umrüstung von Impulslichterzeuger und Empfangseinrichtung erforderlich ist, muß der Raum zwischen der Küvette 20 (19) und dem Rohr 21 mit Wasser /gefüllt werden. Das zu messende Abwasser oder die Laboratoriummsflüssigkeiten mit Fluore szen charakter fließen dann mit rascher Geschwindigkeit durch das Rohr 21. Infolge der sehr hohes Geschwindigkeit setzen sich keine oder nur sehr geringe Ablagerungen bzw. Algenbewuchs an der inneren Oberfläche des Rohres 21 ab. Dadurch eignet sich das Meßgerät hervorrangend zu unterbrochenen Kontrollmessungen der Fluoreszenz oder der Trübung industrieller Flüsssigkeiten oder industrieller Abwässer.In the interior, if possible in the axis of this tube 21, the intersection zone should 7 lie. This means that the optical transition takes place without interference and no optical retrofitting of pulsed light generator and receiving device is required, the space between the cuvette 20 (19) and the tube 21 are filled with water /. The one to be measured Waste water or laboratory fluids with a fluorescent character flow then at rapid speed through the pipe 21. As a result of the very high speed there are no or only very few deposits or algae growth on the inside Surface of the tube 21. This makes the measuring device suitable outstanding to interrupted control measurements of the fluorescence or the turbidity industrial Liquids or industrial wastewater.

Wenn das Meßgerät rasch zu Kontrollzwecken für verschiedene Arbeitsphasen umgeschaltet werden soll, kann das Filter 9 durch eine z.B. dreiteilige Filterplatte gemäß Fig. 3 ersetzt werden. Diese besitzt einem Filter F1 beispielsweise für Rhodamin B oder Erosin-Fluoreszenz, einen zweiten F2 für Chlorophyll-Floureszenz und einen dritten F3, z.B. für Trübungsmessungen, das für das gleiche Spektralgebildet durchlässig ist wie Filter 5.When the measuring device is used quickly for control purposes for various phases of work is to be switched, the filter 9 can be through a three-part filter plate, for example be replaced according to FIG. 3. This has a filter F1, for example for rhodamine B or erosine fluorescence, a second F2 for chlorophyll fluorescence and one third F3, e.g. for turbidity measurements, that formed transparent for the same spectral is like filter 5.

Eine häufig erhobene Forderung bei Messungen von Meereswasser, biologischen Messungen, Abwässerkontrollen oder bei Messungen von Abwässern in Flüssen vom Schiff aus geht dahin, daß die Einstellgeschwindigkeit des Meßgerätes identisch ist mit der Einstellgeschwindigkeit eines sehr schnell arbeitenden Schreibers, z.B. eines Kompensographen. Die Geschwindigkeit eines solchen Gerätes ist oft 1/5 Sekunde, d.h. es benötigt diese Zeit, um vom größten zum kleinsten Bereich oder umgekehrt herüberzuschreiben. Gemaß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Angleich des Meßgerätes an die Schreibgeschwindigkeit des Schreibers dadurch erreicht worden, daß die Schaltung der Empfangseinrichtung so ausgebildet ist, daß jeder einzelne empfangene Impuls aus der Überschneidungszone 7 einen Meßwert liefert. Auf diese Weize ist die Einstellgeschwindigkeit identifisch mit der Zahl der Funken/s. Bei 5 Funken/s ergeben sich 5 Einstellwerte/s, die einer sehr raschen Arbeitsgeschwindigkeit entsprechen.A requirement that is frequently made when measuring seawater, biological Measurements, sewage controls or when measuring sewage in rivers from the ship from assumes that the setting speed of the measuring device is identical to the setting speed of a very fast-working recorder, e.g. a Compensograph. The speed of such a device is often 1/5 of a second, i.e. it takes this time to move from the largest to the smallest area or vice versa to write over. According to a preferred embodiment of the invention is a Adjustment of the measuring device to the writing speed of the recorder thereby achieved been that the circuit of the receiving device is designed so that each individual received pulse from the overlap zone 7 delivers a measured value. To this Wheat, the setting speed is identical to the number of sparks / s. at 5 sparks / s result in 5 setting values / s, which means a very fast working speed correspond.

Die Schaltung des Verstärkers 12 wird dabei entweder so ausgeführt, daß sie in an sich bekannter Art auf die Amplitude der empfangenen Signale anspricht und diese als Meßwert weiterliefert. Oder sie kann ebenfalls in bekannter Art die in der Photodiode 11 erzeugte Ladung jedesmal messen und als Signal auswerfen. Ladungsempfindliche Verstärker haben den Vorteil einer größeren Empfindlichkeit, da das gesamte Quantepaket des fluoreszierenden Stoffes, das durch das Strahlenbündel 8 erfaßt wird, also nicht nur die scharfe Impulsspitze, zur Erzeugung der gemessenen Ladung über die Fotodiode 11 beiträgt.The circuit of the amplifier 12 is either carried out in such a way that that it responds in a manner known per se to the amplitude of the received signals and passes it on as a measured value. Or it can also do the Measure the charge generated in the photodiode 11 each time and output it as a signal. Charge sensitive Amplifiers have the advantage of greater sensitivity as the entire quantum package of the fluorescent substance that is detected by the beam 8, so not only the sharp pulse tip to generate the measured charge via the photodiode 11 contributes.

Impulsspitzen - d.h. amplitudenabhängige Empfänger -haben eine geringere Empfindlichkeit. Sie haben Jedoch den Vorteil, daß keinerlei Kompensationsmaßnahmen für überlagertes Tageslicht erforderlich sind. Der Benutzer kann je nachdem, ob starkes überlagertes Gleichlicht, z.B. Sonnenlicht im Meer, vorhenden ist oder im Dunkeln, z.B. vorwiegend in größeren Meerestiefen oder im Labortorium gearbeitet wird, einen ladungsempfindlichen oder einen spitzen spannungsabhängigen Verstärker 12 wählen.Pulse peaks - i.e. amplitude-dependent receivers - have a lower value Sensitivity. However, they have the advantage that no compensation measures whatsoever are required for superimposed daylight. Depending on whether strong superimposed constant light, e.g. sunlight in the sea, is present or in the Dark, e.g. predominantly in greater depths of the sea or in the laboratory is being worked, a charge-sensitive or a peak voltage-dependent Select amplifier 12.

Eine besonders breite Anwendung hat das beschriebene Meßgerät bei der Verfolgung industrieller Abwässer. Es kant die Abwässer einer Fabrik am Abwasserkanal oder direkt an den industriellen Anlagen laufend überwachen.The measuring device described has a particularly broad application tracing industrial wastewater. The wastewater from a factory ends up at the sewer or continuously monitor them directly on the industrial systems.

Dazu ist es erforderlich, durch Simulierung dieses Abwassers mittels in das Wasser eingebrachter Fluoreszenzstoffe diese über große Strecken s.B. entlang eines Flusses oder im Meer zu verfolgen. Auf diese Weise wird nachgewiesen, wie groß die Konzentration von Sohadboffen an verschiedenen Küstenstrichen oder in befischten Gebieten liegt. Mit diesen Messungen kann einerseits ein Industriewerk beweisen, daß die von ihm imitierten Schadstoffe eine geringe, für Mensch und Tier unschädliche Konzentration haben. Andererseits lassen sich bei starken Verunreinigungen in Gewässern durch gezieltes inbringen fluoreszierender Substanz an den' Einleitungsstellen verschiedener Industriewerke feststellen, von welohem Wei?ls: die Verunreinigung im wesentlichen erzeugt wird.To do this, it is necessary to simulate this wastewater by means of fluorescent substances introduced into the water these over large distances s.B. along to track a river or in the sea. This demonstrates how large concentration of Sohadboffen on different coastlines or in fished areas Areas. With these measurements, on the one hand, an industrial plant can prove that the pollutants he imitates are low, harmless to humans and animals Have concentration. On the other hand, in the case of severe pollution in water through targeted introduction of fluorescent substance at the 'introduction points of various Industrial plants find out how white it is: the main impurity is produced.

wach der geltenden Gesetzgebung gilt das Verursacherprinzip, d.h. derjenige, der Schadstoffe in Gewässer einleitet, ist auch für deren Beseitigung verantwortlich.According to the current legislation, the polluter pays principle applies, i.e. the person who discharges pollutants into water is also responsible for their elimination responsible.

Das erfindungsgemäße Maßgerät erlaubt aufgrund seiner universellen Arbeitsweise sowohl eine Ortung des Verursachers durch die Aufsichtsbehörden als auch eine Selbstüberwachung durch die Industrie. Für Messungen im Gewässer reicht z.B. wegen des sehr kleinen Stromverbrauches des Meßgerätes, der sich aufgrund der Anwendung von Impulslicht als Lichtquelle zur Anregung der Pluoreszenz oder zur Messung der Trübung ergibt, eine kleine Autobatterie aus. Diese kann auf einem Schlauchboot mitgenommen werden, mit dem rasch auch große Strecken in Flüssen oder Seen abgefahren und meßteohnisch überwacht werden können.The measuring device according to the invention allows due to its universal Functioning both a localization of the polluter by the supervisory authorities as also self-monitoring by the industry. Sufficient for measurements in water e.g. because of the very low power consumption of the measuring device, which is due to the Use of pulsed light as a light source for the excitation of the fluorescence or for Measuring the turbidity reveals a small car battery. This can be done on an inflatable boat be taken with you, with which you can quickly cover long distances in rivers or lakes and can be monitored regularly.

Erfindungsgemäße Meßgeräte kennen aber auch im dru¢kdichten Gehäuse mit einer zugeordneten Batterie örtlich an bestimmten Stellen im Gewässer verankert werden, um dort die vorbeiziehenden Schadstoffkonzentrationen laufend meßtechnisch zu registrieren. Auf diese Weise können Ubelwollende Industriebetriebe ausfindig gemacht werden, die beispielsweise nur des Nachts Schadstoffe in Gewässer ableiten, am Tage dagegen nicht. Auch für die Erlangung statistischer Unterlagen über die Trübung von Gewässern ist der Einsatz dieses Universalgerätes nützlich.However, measuring devices according to the invention are also used in the pressure-tight housing anchored locally at certain points in the water with an assigned battery are there to continuously measure the passing pollutant concentrations to register. In this way, malevolent industrial companies can be found which, for example, only discharge pollutants into water at night, on the other hand not during the day. Also for obtaining statistical documents on the The use of this universal device is useful for turbidity of water.

Claims

Arrangement for measuring the concentration of fluorescent material in high dilution in the free medium, in the first place as an excitation light source for The fluorescence a flash discharge lamp is used, the flash frequency of which is the Measuring speed (measuring points per minute) is adapted, but its flash duration is longer than the fluorescence inertia and preferably as a spark discharge lamp for 10-8 up to 10-5 e flash time is formed and in the second as a receiver of the fluorescent light a photosensor is used, which when exposed to additional daylight no reduction in measuring sensitivity and preferably made of semiconductor photodiode or e a photomultiplier operating with only a few stages is formed and thirdly, electronic amplifiers connected downstream of the photosensor for correct amplitudes Detection of irregularly occurring pulses in rare succession is designed accordingly Patent (patent application P 19 39 524.5), characterized by the simultaneous application following features: a) The flash discharge lamp (1) is available as a Pulse light generator emitting radiation designed with a noble gas spark gap, which are located at a distance of a few millimeters behind a streak-free, possibly plane-ground exit window for the radiation (6) is located with an optical condenser system (4) a large solid angle of the emitting Radiation (6) detecting, the beam in an intersection zone (7) perJ izierendes, Lina.snsysten forms.

b) A receiving device is assigned to the pulsed light generator, the lens system comparable to the iza pulsed light generator lens system Aperture and a downstream one from the overlap zone (7) Large-area semiconductor photodiode that collects light from fluorescence or reflection (11) has. -2. Arrangement according to Claim 1, characterized in that the pulsed light generator in a first and the receiving device and the amplifier (12) in a second Housing are arranged and the two housings as substantially parallel to each other trending Pipes are designed with low hydrodynamic flow resistance and that the receiving device in a from the second housing angled at right angles Housing part is housed, the axis of which is also at right angles to: the axis of the Pulsed light generator and with this one in the intersection zone (7) lying intersection.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the pulsed light generator and the receiving device are arranged in two parallel housings and that the radiation (6) emerging convergently from the lens system is stunipfwinkel in the direction of the receiving device deflecting prism (17a) in the housing of the pulsed light generator is provided and that furthermore the receiving device is a mirror image of the pulsed light generator a radiation (8) received by the overhanging zone (7) and kinked through the lens system onto the photodiode (11) projecting prism (17b).

4. Arrangement according to claim 9 to 3, characterized in that pulsed light generator and receiving device from one of optically transparent, plastic deformable plastic existing, streamlined envelope (18) wholly or are partially enclosed and the overlap zone (7) in front of the rounding of the envelope (18) lies in their axis.

5. Arrangement according to claim 1 to 4, characterized in that the Pulsed light generator and the receiving device an overall arrangement with a metal Form cage-like protective covering outside the overlap zone (7) and at a sufficient distance from the overall arrangement against mechanical impacts, in particular by hitting a ship's wall, is arranged protectively.

6. Arrangement according to claim 1 to 5, characterized in that one Pulsed light generator is assigned a plurality of receiving devices which all together are optically aligned with the same intersection zone (7) and that the pulsed light generator is an optical one of the plurality of excitation wavelengths broadband filter enclosing fluorescent substances in its bandwidth (5), preferably for the wavelength range from about 400-530 nm, having, and that each of the associated receiving means, the transmission width of the fluorescence wavelength corresponding to the substance to be measured, has a smelting band filter (9).

7. Arrangement according to claim 1 to 6, characterized by a filterless Arrangement for turbidity measurements.

8. Arrangement according to claim 1 to 5, characterized in that the Receiving device for turbidity measurements and the pulsed light generator have the same Brel band filter (5,9) and the fluorescences of any fluorescent substances outside the passage width of these filters (5.9).

9. Arrangement according to claim 1 to 8, characterized in that for Continuous measurements in front of the receiving device and the pulsed light emitter a cuvette (20) preferably provided with planar interfaces is arranged, and two of their interfaces at the exit windows of the receiving device and of the pulse light generator are flat.

10. Arrangement according to claim 1 to 9, characterized in that a transparent - preferably glass - measuring tube (21) to avoid sediments or growth on the walls inside the cuvette (20) the overlap zone (7) encloses and from the liquid to be measured continuously at high speed is traversed and that the cuvette (20) around the measuring tube (21) one of an optical transparent liquid (19) filled space and the optically transparent Liquid (19) and the measuring tube (21) have approximately the same refractive indices.

11. Arrangement according to claim 1 to 10, characterized in that the receiving device has a linear logarithmic amplification characteristic, which extends over several decades.

12. The arrangement according to claim 1 to 11, characterized in that dSe receiving device one for each individual flash of the flash discharge lamp (1) A circuit delivering a measured value with one of the set flash sequence almost has corresponding measuring speed.

13. Arrangement according to claim 1 to 12, characterized in that The pulsed light generator and the receiving device are correspondingly opposite one another the and similar, on / extinction of a trace substance to be measured, e.g. methyl mercury, have narrow-band filters (5.9) set with an optical transmission width, and the assigned receiving device is a device extending over several decades, directly the concentration of the liquid to be measured as a decadic measured value has ejecting characteristics.

14. Arrangement according to claim 13, characterized in that optical Measures for transmissometric measurements of the emitted by the pulsed light generator Radiation (6) are provided by the receiving device.

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