DE102024132567A1

DE102024132567A1 - Kalibrierungslichtquelle und verfahren zur kalibrierung von spektrometern

Info

Publication number: DE102024132567A1
Application number: DE102024132567.4A
Authority: DE
Inventors: Darren Schipper
Original assignee: Endress Hauser Optical Analysis Inc; Endress and Hauser Optical Analysis Inc
Current assignee: Endress Hauser Optical Analysis Inc; Endress and Hauser Optical Analysis Inc
Priority date: 2023-12-29
Filing date: 2024-11-08
Publication date: 2025-07-03
Also published as: CN120232520A; US20250216256A1

Abstract

Eine Kalibrierungslichtquelle schließt ein: eine Breitbandlichtquelle, die Licht in einem breiten Spektralbereich emittiert; und einen Filter, der von der Breitbandlichtquelle emittiertes Licht empfängt und strukturiertes Licht bereitstellt, indem er dem empfangenen Licht ein Dämpfungsmuster aufprägt, das Mustermerkmale an mehreren spektralen Referenzlinien aufweist, sodass ein Emissionsspektrum des von der Kalibrierungslichtquelle emittierten strukturierten Lichts identifizierbare Emissionsspektrummerkmale aufweist, die den Mustermerkmalen an den mehreren spektralen Referenzlinien entsprechen. Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Kalibrieren von mindestens einem Spektrometer unter Verwendung der Kalibrierungslichtquelle offenbart.

Description

Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf und beansprucht den Prioritätsvorteil der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 63/615,917 , eingereicht am 29. Dezember 2023, deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Kalibrierungslichtquelle und ein Verfahren zum Kalibrieren von mindestens einem Spektrometer unter Verwendung der Kalibrierungsquelle.
Spektrometer, wie etwa dispersive Spektrometer, sind beispielsweise in Absorptionsmessvorrichtungen sowie in Messvorrichtungen der Raman-Spektroskopie enthalten, die derzeit in einer Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen sowohl in der Industrie als auch im Labor eingesetzt werden, um verschiedene Messgrößen eines Mediums zu ermitteln und Messwerte bereitzustellen.
Beispielsweise werden mittels eines dispersiven Spektrometers einer Absorptionsmessvorrichtungen ermittelte Absorptionsspektren eines Mediums dazu verwendet, um Konzentrationen von im Medium enthaltenen Inhaltsstoffen, eine Trübung des Mediums und/oder mindestens eine weitere Messgröße zu ermitteln und Messergebnisse bereitzustellen.
Als weiteres Beispiel werden Raman-Spektren einer Probe des Mediums, die mit einem dispersiven Spektrometer einer Raman-spektroskopischen Messvorrichtungen bestimmt werden, beispielsweise verwendet, um Konzentrationen von im Medium enthaltenen Komponenten, einen pH-Wert des Mediums, einen Schmelzindex des Mediums, eine Zellmotilität des Mediums und/oder mindestens eine andere Messgröße zu bestimmen und Messergebnisse bereitzustellen.
Dispersive Spektrometer schließen üblicherweise einen Dispergierer ein, z. B. ein diffraktives oder holographisches Gitter, das einfallendes Licht streut, und einen Detektor, der eine Anordnung von Detektionselementen umfasst, z. B. eine CCD-Kamera, eine Anordnung von Fotodioden oder eine andere Art von Detektoranordnung. Die Detektionselemente sind so angeordnet, dass jedes Detektionselement einen anderen Anteil des gestreuten Lichts empfängt und ein Detektionssignal bestimmt und bereitstellt, das einer Intensität des empfangenen Anteils des gestreuten Lichts entspricht. Die Detektionssignale werden beispielsweise einem Signalprozessor bereitgestellt, der basierend auf den Detektionssignalen spektrale Intensitätswerte der Intensitätsspektren des vom Detektor empfangenen Lichts bestimmt und bereitstellt.
Dispersive Spektrometer sollten vor der Inbetriebnahme kalibriert werden.
Die Kalibrierung umfasst üblicherweise eine Kalibrierung einer Spektralachse des/der Spektrometer(s), z. B. einer Wellenlängenachse oder einer Frequenzachse, unter Berücksichtigung einer Verteilung der Spektrallinien des gestreuten Lichts über die Detektionselemente des jeweiligen Spektrometers.
Wie in US 6,351,306 B1 offenbart, kann die Kalibrierung der Wellenlängenachse von Raman-Spektrometern beispielsweise auf Grundlage bekannter Atomemissionslinien einer Referenzlampe, beispielsweise einer Neon- oder Argon-Referenzlampe, durchgeführt werden. Dabei werden mit dem zu kalibrierenden Raman-Spektrometer Intensitätsspektren des von der Referenzlampe emittierten Lichts bestimmt und anhand der in den Intensitätsspektren reflektierten bekannten Atomemissionslinien eine Zuordnungsfunktion bestimmt, welche die von den einzelnen Detektorelementen empfangenen Wellenlängen bzw. Frequenzen dem jeweiligen Element korrekt zuordnet.
Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht jedoch darin, dass die durch die Atomemissionslinien gelieferten Referenzpunkte durch die verwendete Referenzlampe vorgegeben sind und in Spektralbereichen, die für eine gegebene spektroskopische Anwendung von besonderem Interesse sind, fehlen können. Daraus ergibt sich eine entsprechend schlechte Charakterisierung der spektralen Verteilung in diesen Spektralbereichen.
Darüber hinaus sind Referenzlampen mit bekannten Atomemissionslinien aufgrund ihrer Kosten, Komplexität und Zuverlässigkeit möglicherweise nicht für den Einbau in oder den Einsatz mit kommerziellen Spektrometern geeignet, wenn niedrige Kosten, geringer Wartungsaufwand, zuverlässige Leistung und lange Lebensdauer erwartet werden.
Verschiedene dispersive Spektrometer können unterschiedliche spektrale Empfindlichkeiten aufweisen. Dies hat zur Folge, dass die Spektralform und die absoluten spektralen Intensitäten von Intensitätsspektren identischer Proben, die mit verschiedenen Spektrometern bestimmt wurden, unterschiedlich sein können. Einige spektroskopische Anwendungen erfordern eine Kompensation dieser Unterschiede. Dies kann durch Kalibrierungsverfahren erreicht werden, die zusätzlich eine Kalibrierung einer Intensitätsachse der Spektrometer in einer Weise umfassen, die die spektrale Empfindlichkeit des jeweiligen Spektrometers berücksichtigt.
In diesem Zusammenhang offenbart US 6,351,306 B1 die Kalibrierung einer spektralen Empfindlichkeit oder Intensitätsachse eines Raman-Spektrometers basierend auf einem bekannten Emissionsspektrum einer Breitband-Intensitätskalibrierungslichtquelle, z. B. einer Wolframlampe. Dabei werden Referenzspektren von Licht, das von der Intensitätskalibrierungslichtquelle emittiert wird, die mit dem zu kalibrierenden Raman-Spektrometer bestimmt wurden, verwendet, um die spektrale Empfindlichkeit des jeweiligen Raman-Spektrometers zu bestimmen und anschließend eine Bestimmung der spektralen Intensitätswerte der Intensitätsspektren anzupassen, die durch das jeweilige Raman-Spektrometer basierend auf den Referenzspektren und dem bekannten Emissionsspektrum der Breitband-Intensitätskalibrierungslichtquelle durchgeführt wird.
Ein Nachteil der in US 6,351,306 B1 offenbarten Kalibrierungsverfahren besteht darin, dass zum Kalibrieren sowohl der Spektralachse als auch der Intensitätsachse von dispersiven Spektrometern ein erster Kalibrierungsvorgang mit der Referenzlampe und ein zweiter Kalibrierungsvorgang mit der Intensitätskalibrierungslichtquelle durchgeführt werden muss.
In manchen Anwendungen kann es notwendig oder wünschenswert sein, die Genauigkeit der Kalibrierung eines Spektrometers vor, nach oder zwischen den mit dem Spektrometer durchgeführten spektroskopischen Messungen zu verifizieren, beispielsweise um die Gültigkeit der mit dem Spektrometer bestimmten Intensitätsspektren von Proben eines Mediums zu bestätigen. Überprüfungen können beispielsweise dadurch erfolgen, dass man mit dem Spektrometer ein Intensitätsspektrum einer Referenzprobe, beispielsweise einer Reinsubstanz, bestimmt und das auf Basis der aktuellen Kalibrierung des Spektrometers bestimmte Intensitätsspektrum mit einem Referenzspektrum der Referenzprobe vergleicht.
Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht jedoch darin, dass eine Verteilung der in den Intensitätsspektren der Referenzprobe und des Referenzspektrums enthaltenen spektroskopischen Informationen möglicherweise nicht gut auf einen bestimmten Spektralbereich abgestimmt ist, der in einer bestimmten Zielanwendung von Interesse ist. Die Auswahl anwendungsspezifischer Referenzproben kann aus logistischen Gründen unpraktisch sein und es sind möglicherweise nicht immer gut passende Referenzproben verfügbar, die für den Einsatz vor Ort mit kommerziellen Spektrometern geeignet sind. Zudem kann es sich bei hochwertigen Referenzproben in manchen Fällen um Gefahrstoffe oder um Stoffe handeln, die unpraktisch bzw. schwierig zu handhaben sind. Ein weiteres Problem im Zusammenhang mit Referenzproben besteht darin, dass sie möglicherweise empfindlich auf Umgebungsbedingungen reagieren. Dies kann zu fehlerhaften Verifizierungsergebnissen führen, wenn diese Referenzproben vor Ort unter unterschiedlichen Umgebungsbedingungen eingesetzt werden. Für Referenzproben können außerdem Versand-, Export-, Import- oder andere gesetzliche Beschränkungen gelten. Referenzproben und Proben des Mediums in der Zielanwendung sind möglicherweise nicht miteinander kompatibel mit demselben Probenahmegerät, beispielsweise aufgrund von Unterschieden in der Aggregatphase der Proben (flüssig vs. fest vs. gasförmig) oder aufgrund von Lösungsmitteleigenschaften oder anderen chemisch reaktiven Eigenschaften der Referenzprobe. Weitere mit Referenzproben verbundene Probleme bestehen beispielsweise darin, dass Referenzproben von Bedienern falsch identifiziert werden können, dass Referenzproben während der Handhabung verunreinigt werden können und/oder dass die Zusammensetzung einer Referenzprobe durch Ungenauigkeiten während ihrer Herstellung negativ beeinflusst werden kann und/oder dass sie im Laufe der Zeit nicht stabil ist.
Dementsprechend besteht weiterhin ein Bedarf an weiteren Beiträgen auf diesem technischen Gebiet.
Beispielsweise besteht Bedarf an einer Kalibrierungslichtquelle und/oder einem Kalibrierungsverfahren, das eine Kalibrierung der Spektralachse von Spektrometern ermöglicht, die eine bessere Charakterisierung der spektralen Verteilung über den gesamten spektralen Messbereich der Spektrometer liefert und/oder auf kostengünstigere und/oder effizientere Weise durchgeführt werden kann.
Als weiteres Beispiel besteht Bedarf an einer Kalibrierungslichtquelle und/oder einem Kalibrierungsverfahren, das Kalibrierungen einschließlich der Überprüfung zuvor durchgeführter Kalibrierungen und/oder Kalibrierungen der Spektralachse, der Intensitätsachse oder sowohl der Spektralachse als auch der Intensitätsachse von Spektrometern auf effizientere Weise ermöglicht.
Die vorliegende Offenbarung umfasst eine Kalibrierungslichtquelle zum Kalibrieren von mindestens einem Spektrometer, die Kalibrierungslichtquelle umfassend:

eine Breitbandlichtquelle, die Licht in einem breiten Spektralbereich emittiert; und
einen Filter, der von der Breitbandlichtquelle emittiertes Licht empfängt und strukturiertes Licht bereitstellt, indem er dem empfangenen Licht ein Dämpfungsmuster aufprägt, das Mustermerkmale an mehreren spektralen Referenzlinien aufweist, sodass ein Emissionsspektrum des von der Kalibrierungslichtquelle emittierten strukturierten Lichts identifizierbare Emissionsspektrummerkmale aufweist, die den Mustermerkmalen an den mehreren spektralen Referenzlinien entsprechen.

Das Emissionsspektrum der Kalibrierungslichtquelle, das die identifizierbaren Emissionsspektrummerkmale an den mehreren spektralen Referenzlinien aufweist, stellt den Vorteil bereit, dass die Kalibrierungslichtquelle Kalibrierungen der Spektralachse von Spektrometern über den gesamten breiten Spektralbereich ermöglicht, der von den mehreren spektralen Referenzlinien abgedeckt wird.
Gleichzeitig stellt das Emissionsspektrum der Kalibrierungslichtquelle, das sich über den breiten Spektralbereich erstreckt, der von der Breitbandlichtquelle abgedeckt wird, den Vorteil bereit, dass es Kalibrierungen einer Intensitätsachse von Spektrometern über den gesamten breiten Spektralbereich ermöglicht.
Darüber hinaus stellt die Kalibrierungslichtquelle den Vorteil bereit, dass damit bereits durchgeführte Kalibrierungen von Spektrometern, beispielsweise bereits durchgeführte Kalibrierungen der Spektralachse und/oder der Intensitätsachse, überprüft werden können.
In bestimmten Ausführungsformen schließen die Emissionsspektrummerkmale Kanten, Maxima, Minima und/oder andere Arten identifizierbarer Merkmale ein, die jeweils an einer der spektralen Referenzlinien auftreten, die Emissionsspektrummerkmale schließen mindestens ein spezielles Merkmal ein, das von den anderen Emissionsspektrummerkmalen unterscheidbar ist, und/oder das Dämpfungsmuster ist ein wellenlängenabhängiges (oder frequenzabhängiges) Muster abwechselnd zunehmender und abnehmender Dämpfung oder ein Sägezahnmuster, das bewirkt, dass das Emissionsspektrum der Kalibrierungslichtquelle eine entsprechend abwechselnd zunehmende und abnehmende Intensität aufweist.
Gemäß weiteren Ausführungsformen schließt der Filter mindestens ein Filterelement oder eine Kombination von Filterelementen ein; wobei das/die Filterelement(e) einen Etalonfilter, einen multivariaten optischen Elementfilter, einen Jammed Array Wideband Sawtooth Filter, einen Interferenzfilter und/oder einen anderen Typ eines optischen Filterelements einschließt/einschließen.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform schließt der Filter ein Gas ein, das bekannte atomare Absorptionslinien aufweist. In dieser alternativen Ausführungsform ist das Gas ein reines Gas, das aus einer einzigen Komponente besteht, oder ein Mischgas, das zwei oder mehr Komponenten einschließt, die unterschiedliche atomare Absorptionslinien aufweisen, und/oder das Gas schließt Neon, Argon, Xenon und/oder mindestens eine andere Komponente ein. Darüber hinaus wird das von der Breitbandlichtquelle emittierte Licht durch das Gas geleitet, wobei Teile des Lichts an den spektralen Referenzlinien, die den atomaren Absorptionslinien des Gases entsprechen, selektiv absorbiert werden.
Gemäß einer Verbesserung der alternativen Ausführungsform schließt der Filter einen Behälter ein, der das Gas enthält, wobei der Behälter eine Zelle, ein Rohr, ein flexibler Schlauch, der zumindest teilweise in einer Spule angeordnet ist, eine optische Hohlkernfaser, eine optische Hohlkernfaser, die zumindest teilweise in einer Spule angeordnet ist, oder eine andere Art von Behälter ist, wobei der Behälter einen Lichteinlass oder ein transparentes Fenster einschließt, das den Behälter verschließt, durch das von einer Breitbandlichtquelle emittiertes Licht in den Behälter eintritt, und wobei der Behälter einen Lichtauslass oder ein transparentes Fenster einschließt, das den Behälter verschließt, durch das das strukturierte Licht den Behälter verlässt.
In bestimmten Ausführungsformen schließt die Breitbandlichtquelle einen Schwarzkörperstrahler, eine Glühlampe oder eine Wolframlampe ein. In alternativen Ausführungsformen schließt die Breitbandlichtquelle eine Anregungslichtquelle oder einen Laser ein, der Anregungslicht bereitstellt, und ein lumineszierendes Material, das Lumineszenzlicht emittiert, wenn das lumineszierende Material das Anregungslicht empfängt, wobei das lumineszierende Material ein fluoreszierendes Material, ein fluoreszierendes Glas oder eine andere Art von lumineszierendem Material ist.
Die vorliegende Offenbarung schließt ferner ein Verfahren zum Kalibrieren von mindestens einem Spektrometer ein, das Verfahren umfassend:

Bereitstellen einer Kalibrierungslichtquelle umfassend eine Breitbandlichtquelle, die Licht in einem breiten Spektralbereich emittiert, und einen Filter, der von der Breitbandlichtquelle emittiertes Licht empfängt und strukturiertes Licht bereitstellt, indem er dem empfangenen Licht ein Dämpfungsmuster aufprägt, das Mustermerkmale an mehreren spektralen Referenzlinien aufweist, sodass ein Emissionsspektrum des von der Kalibrierungslichtquelle emittierten strukturierten Lichts identifizierbare Emissionsspektrummerkmale aufweist, die den Mustermerkmalen an den mehreren spektralen Referenzlinien entsprechen;
Bereitstellen einer Referenzcharakteristik des von der Kalibrierungslichtquelle emittierten strukturierten Lichts; wobei die Referenzcharakteristik mindestens eines von dem Emissionsspektrum der Kalibrierungslichtquelle und den Referenzlinien einschließt, an denen die Merkmale des Emissionsspektrums der Kalibrierungslichtquelle auftreten; und
für jedes Spektrometer Durchführen der Verfahrensschritte: Bestimmen eines Kalibrierungsspektrums des von der Kalibrierungslichtquelle emittierten strukturierten Lichts mit dem jeweiligen Spektrometer; und Kalibrieren des jeweiligen Spektrometers auf Basis des Kalibrierungsspektrums und der Referenzcharakteristik.

Das Verfahren stellt den Vorteil bereit, dass die Verwendung der Kalibrierungslichtquelle es ermöglicht, dass die Kalibrierungen die Überprüfung zuvor durchgeführter Kalibrierungen und/oder Kalibrierungen der Spektralachse, der Intensitätsachse oder sowohl der Spektralachse als auch der Intensitätsachse von Spektrometern einschließen, und zwar auf effizientere Weise basierend auf den Kalibrierungsspektren des strukturierten Lichts, das von der Kalibrierungslichtquelle bereitgestellt wird.
In bestimmten Ausführungsformen schließt der Verfahrensschritt des Kalibrierens des jeweiligen Spektrometers für jedes Spektrometer das Kalibrieren einer Spektralachse und/oder einer Intensitätsachse des jeweiligen Spektrometers und/oder das Verifizieren einer vorherigen Kalibrierung des jeweiligen Spektrometers ein.
Gemäß einer ersten Ausführungsform des Verfahrens schließt die Referenzcharakteristik die spektralen Referenzlinien ein, und für mindestens ein oder jedes der mindestens einen zu kalibrierenden Spektrometer schließt der Verfahrensschritt des Kalibrierens des jeweiligen Spektrometers das Kalibrieren einer Spektralachse des Spektrometers durch Identifizieren von Kalibrierungsspektrummerkmalen, die im Kalibrierungsspektrum eingeschlossen sind, das Bestimmen von Kalibrierungsspektrumlinien, an denen die identifizierten Kalibrierungsspektrummerkmale auftreten, und das Kalibrieren der Spektralachse des jeweiligen Spektrometers basierend auf den Kalibrierungsspektrumlinien und den entsprechenden spektralen Referenzlinien, an denen die den Kalibrierungsspektrummerkmalen entsprechenden Emissionsspektrummerkmale auftreten, ein.
Verbesserungen der ersten Ausführungsform des Verfahrens schließen Ausführungsformen ein, wobei:

a) für jedes Kalibrierungsspektrummerkmal das Emissionsspektrummerkmal, das dem jeweiligen Kalibrierungsspektrummerkmal entspricht, basierend auf einer Reihenfolge des Auftretens der Kalibrierungsspektrummerkmale entlang der Spektralachse bestimmt wird, die einer Reihenfolge des Auftretens der Emissionsspektrummerkmale entlang der Spektralachse entspricht, und die spektrale Referenzlinie, die der Kalibrierungsspektrumslinie entspricht, bei der das jeweilige Kalibrierungsspektrummerkmal auftrat, durch die spektrale Referenzlinie gegeben ist, bei der das entsprechende Emissionsspektrummerkmal auftritt; und/oder
b) wobei die Emissionsspektrummerkmale ein spezielles Merkmal einschließen, das von den anderen Merkmalen des Emissionsspektrums unterscheidbar ist, wobei das Kalibrierungsspektrum ein spezielles Kalibrierungsspektrummerkmal einschließt, das dem unterscheidbaren speziellen Merkmal entspricht, das von den anderen Merkmalen des Kalibrierungsspektrums unterscheidbar ist; als Referenzpunkte das spezielle Kalibrierungsspektrummerkmal und das entsprechende spezielle Merkmal des Emissionsspektrums verwendet werden; und das Bestimmen der Emissionsspektrummerkmale, die den anderen Kalibrierungsspektrummerkmalen entsprechen, basierend auf der Reihenfolge ihres Auftretens entlang der Spektralachse relativ zu den Referenzpunkten durchgeführt wird.

Eine weitere Verbesserung der ersten Ausführungsform schließt eine Ausführungsform des Verfahrens ein, wobei:

mindestens eines der Spektrometer einen Dispergierer einschließt, der einfallendes Licht streut, einen Detektor, der eine Anordnung von Detektionselementen einschließt, und einen Signalprozessor, der Intensitätsspektren des vom Detektor empfangenen Lichts bestimmt und bereitstellt; wobei jedes Detektionselement einen Anteil des gestreuten Lichts empfängt und ein Detektionssignal bereitstellt, das einer Intensität des empfangenen Anteils des gestreuten Lichts entspricht; und wobei der Signalprozessor auf der Grundlage der Detektionssignale spektrale Intensitätswerte der Intensitätsspektren bestimmt und bereitstellt; und
das Kalibrieren der Spektralachse des jeweiligen Spektrometers das Bestimmen und anschließende Anwenden einer Zuordnungsfunktion basierend auf den Kalibrierungsspektrumlinien und den entsprechenden Referenzlinien einschließt, welche die von den einzelnen Detektorelementen empfangenen Spektrallinien den jeweiligen Detektorelementen korrekt zuordnet, sodass Kalibrierungsspektrumlinien eines von dem jeweiligen Spektrometer basierend auf dieser Zuordnungsfunktion bestimmten Kalibrierungsspektrums mit den entsprechenden spektralen Referenzlinien übereinstimmen.

Die Offenbarung schließt ferner eine zweite Ausführungsform des Verfahrens ein, wobei die Referenzcharakteristik das Emissionsspektrum der Kalibrierungslichtquelle einschließt, und wobei für mindestens ein oder jedes der mindestens einen zu kalibrierenden Spektrometer der Verfahrensschritt des Kalibrierens des jeweiligen Spektrometers das Kalibrieren einer Intensitätsachse des jeweiligen Spektrometers basierend auf spektralen Intensitätswerten des Kalibrierungsspektrums und entsprechenden spektralen Intensitätswerten des Emissionsspektrums einschließt.
Eine Verbesserung der zweiten Ausführungsform schließt eine Ausführungsform des Verfahrens ein, wobei das Kalibrieren der Intensitätsachse des jeweiligen Spektrometers das Anpassen einer durch das jeweilige Spektrometer durchgeführten Bestimmung von spektralen Intensitätswerten von Intensitätsspektren durch Bestimmen und Anwenden von spektralen Korrekturtermen, spektralen Korrekturfaktoren oder einer spektralen Korrekturfunktion zum Korrigieren von durch das jeweilige Spektrometer bestimmten spektralen Intensitätswerten einschließt, sodass die korrigierten spektralen Intensitätswerte des Kalibrierungsspektrums den spektralen Intensitätswerten des Emissionsspektrums der Kalibrierungslichtquelle entsprechen.
In bestimmten Ausführungsformen des hierin offenbarten Verfahrens schließt die Referenzcharakteristik das Emissionsspektrum und die spektralen Referenzlinien ein, und für mindestens ein oder jedes der mindestens einen zu kalibrierenden Spektrometer schließt der Verfahrensschritt des Kalibrierens des jeweiligen Spektrometers Folgendes ein: das Identifizieren von Kalibrierungsspektrummerkmalen, die im Kalibrierungsspektrum eingeschlossen sind, das Bestimmen von Kalibrierungsspektrumlinien, an denen die identifizierten Kalibrierungsspektrummerkmale auftreten, und das Kalibrieren der Spektralachse des jeweiligen Spektrometers basierend auf den Kalibrierungsspektrumlinien und den entsprechenden spektralen Referenzlinien, an denen die den Kalibrierungsspektrummerkmalen entsprechenden Emissionsspektrummerkmale auftreten; und anschließendes Kalibrieren einer Intensitätsachse des jeweiligen Spektrometers basierend auf spektralen Intensitätswerten des Kalibrierungsspektrums und entsprechenden spektralen Intensitätswerten des Emissionsspektrums.
Die Offenbarung schließt ferner eine dritte Ausführungsform des Verfahrens ein, wobei die Referenzcharakteristik das Emissionsspektrum einschließt, und wobei für mindestens ein oder jedes Spektrometer, das zuvor kalibriert wurde, der Verfahrensschritt des Kalibrierens des jeweiligen Spektrometers basierend auf dem durch das jeweilige Spektrometer bestimmten Kalibrierungsspektrum und dem Emissionsspektrum der Kalibrierungslichtquelle das Verifizieren der vorherigen Kalibrierung des jeweiligen Spektrometers und das Bestimmen und Bereitstellen eines entsprechenden Verifizierungsergebnisses einschließt.
Eine Verbesserung der dritten Ausführungsform schließt das Verfahren ein, wobei:

das Verifizieren der vorherigen Kalibrierung des jeweiligen Spektrometers das Bestimmen eines Übereinstimmungsgrades zwischen dem durch das jeweilige Spektrometer bestimmten Kalibrierungsspektrum und dem Emissionsspektrum der Kalibrierungslichtquelle einschließt; und
das Bestimmen und Bereitstellen des Verifizierungsergebnisses das Bereitstellen eines positiven Verifizierungsergebnisses einschließt, das anzeigt, dass die vorherige Kalibrierung des jeweiligen Spektrometers gültig ist, wenn der Übereinstimmungsgrad größer oder gleich einem vorgegebenen Schwellenwert ist, und/oder das Bereitstellen eines negativen Verifizierungsergebnisses, das anzeigt, dass die vorherige Kalibrierung des jeweiligen Spektrometers ungültig ist, wenn der Übereinstimmungsgrad kleiner als der vorgegebene Schwellenwert ist.

Gemäß einer weiteren Verbesserung der dritten Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner für mindestens ein oder jedes Spektrometer, für das ein Verifizierungsergebnis bestimmt wurde, das anzeigt, dass die vorherige Kalibrierung des jeweiligen Spektrometers ungültig ist, das Durchführen eines Verfahrensschritts zum Neukalibrieren der Spektralachse und/oder der Intensitätsachse des jeweiligen Spektrometers basierend auf dem von dem jeweiligen Spektrometer bestimmten Kalibrierungsspektrum und der Referenzcharakteristik des von der Kalibrierungslichtquelle emittierten Lichts.
Die beschriebenen Ausführungsformen und andere Merkmale, Vorteile und Offenbarungen, die hierin enthalten sind, und die Art und Weise der Erreichung derselben werden durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher werden, und die vorliegende Offenbarung wird besser nachvollziehbar sein, wobei:

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Kalibrierungslichtquelle gemäß der vorliegenden Offenbarung und eines Spektrometers;
2 zeigt ein Beispiel-Emissionsspektrum einer Breitband-Lichtquelle in willkürlichen Einheiten;
3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Kalibrierungslichtquelle gemäß der vorliegenden Offenbarung;
4 zeigt die wellenlängenabhängige Durchlässigkeit eines Filters in willkürlichen Einheiten;
5 zeigt ein Emissionsspektrum einer Kalibrierungslichtquelle gemäß der vorliegenden Offenbarung, die einen Filter einschließt, der dem von einer Breitbandlichtquelle emittierten Licht ein Sägezahnmuster aufprägt, in willkürlichen Einheiten;
6 zeigt ein Emissionsspektrum einer Kalibrierungslichtquelle gemäß der vorliegenden Offenbarung, die einen Absorptionsfilter einschließt, der ein Gas enthält, das atomare Absorptionslinien Einheiten aufweist, in willkürlichen;
7: zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Kalibrierung von mindestens einem Spektrometer gemäß der vorliegenden Offenbarung; und
8 zeigt ein Beispiel-Kalibrierungsspektrum gemäß der vorliegenden Offenbarung in willkürlichen Einheiten.

Die vorliegende Offenbarung schließt eine Kalibrierungslichtquelle zum Kalibrieren von mindestens einem dispersiven Spektrometer und ein Verfahren zum Kalibrieren von mindestens einem dispersiven Spektrometer unter Verwendung der Kalibrierungslichtquelle ein.
Eine beispielhafte Ausführungsform der Kalibrierungslichtquelle 10a und eine beispielhafte Ausführungsform eines zu kalibrierenden dispersiven Spektrometers 20 sind in 1 gezeigt.
Die Kalibrierungslichtquelle 10a besteht aus einer Breitbandlichtquelle 1a und einem Filter 3a. Die Breitbandlichtquelle 1a ist konfiguriert, um Licht Ba in einem breiten Spektralbereich auszusenden, z. B. einem Spektralbereich, der einen spektralen Messbereich Δλ einschließt, z. B. einen Wellenlängenmessbereich oder einen Frequenzmessbereich des bzw. der zu kalibrierenden Spektrometer 20. Ein beispielhaftes Breitband-Emissionsspektrum B(λ) des von der Breitband-Lichtquelle 1a emittierten Lichts Ba ist in 2 gezeigt.
Was die Breitbandlichtquelle 1a, angeht, so können Lichtquellen verwendet werden, die gegenwärtig zur Kalibrierung der spektralen Empfindlichkeit oder der absoluten oder relativen Intensität von Spektrometern eingesetzt werden.
Wie in 1 gezeigt, ist die Breitbandlichtquelle 1a in bestimmten Ausführungsformen z. B. ein Schwarzkörperstrahler, z. B. eine Glühlampe, z. B. eine Wolframlampe.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Kalibrierungslichtquelle 10b, wobei die Breitbandlichtquelle 1b eine Anregungslichtquelle 5, die Anregungslicht Lx bereitstellt, z. B. einen Laser oder eine andere Art von Anregungslichtquelle, und ein lumineszierendes Material 7 einschließt, das das Anregungslicht Lx empfängt und als Reaktion darauf Lumineszenzlicht emittiert. In einer solchen Ausführungsform schließt das von der Breitbandlichtquelle 1b emittierte Licht Bb Lumineszenzlicht ein, das von dem lumineszierenden Material 7 emittiert wird, und zwar als Reaktion darauf, dass das lumineszierende Material 7 Anregungslicht Lx empfängt, das von der Anregungslichtquelle 5 bereitgestellt wird, die das lumineszierende Material 7 beleuchtet.
In bestimmten Ausführungsformen ist das lumineszierende Material 7 beispielsweise ein fluoreszierendes Material, beispielsweise ein fluoreszierendes Glas. Die für diesen Zweck geeigneten lumineszierenden Materialien schließen Standardreferenzmaterialien (SRM) ein, die vom National Institute of Standards and Technology (NIST) für eine Reihe verschiedener Anregungswellenlängen zur relativen Intensitätskorrektur von Raman-Spektroskopiegeräten entwickelt wurden. Zu diesen Standardreferenzmaterialien (SRM) gehören bestimmte Arten von fluoreszierendem Glas, die zusammen mit deren veröffentlichten Emissionsspektren erhältlich sind.
Unabhängig von der Art der verwendeten Breitbandlichtquelle 1a, 1b ist der Filter 3a, 3b beispielsweise ein Dämpfungsmusterfilter oder ein anderer Filtertyp, der konfiguriert ist, um das von der Breitbandlichtquelle 1a, 1b emittierte Licht Ba, Bb zu empfangen und strukturiertes Licht Sa, Sb bereitzustellen, indem dem empfangenen Licht Ba, Bb ein Dämpfungsmuster aufgeprägt wird, das deutliche (z. B. identifizierbare, erkennbare, ausgeprägte) Mustermerkmale an mehreren spektralen Referenzlinien λri aufweist, sodass ein Emissionsspektrum Ea(λ) Eb(λ) des von der Kalibrierungslichtquelle 10a, 10b emittierten strukturierten Lichts Sa, Sb deutliche Emissionsspektrummerkmale Fi an den mehreren spektralen Referenzlinien λri aufweist, die jeweils einem der Mustermerkmale entsprechen.
In bestimmten Ausführungsformen schließen die Merkmale Fi des Emissionsspektrums beispielsweise Kanten, Maxima, Minima und/oder andere Arten identifizierbarer Merkmale ein, die jeweils an einer der spektralen Referenzlinien λri auftreten.
Das Aufprägen des Dämpfungsmusters auf das von der Breitbandlichtquelle 1a, 1b emittierte Licht Ba, Bb wird beispielsweise dadurch erreicht, dass der Filter 3a, 3b ein Dämpfungsmusterfilter ist und/oder dass der Filter 3a, 3b eine wellenlängenabhängige (oder frequenzabhängige) Durchlässigkeit T aufweist, die dem auf das empfangene Licht Ba, Bb aufzuprägenden Dämpfungsmuster entspricht.
In bestimmten Ausführungsformen ist das Dämpfungsmuster beispielsweise ein wellenlängenabhängiges (oder frequenzabhängiges) Muster aus abwechselnd zunehmender und abnehmender Dämpfung, beispielsweise ein Sägezahnmuster. Bei dem Filter 3a handelt es sich in einer solchen Ausführungsform beispielsweise um einen Filter, der in Abhängigkeit von der Spektrallinie λ eine abwechselnd zunehmende und abnehmende Durchlässigkeit T aufweist. Ein Beispiel für eine entsprechende Durchlässigkeit T des Filters 3a ist in 4 gezeigt. Die abwechselnd zu- und abnehmende Durchlässigkeit T des Filters 3a führt dazu, dass das Emissionsspektrum Ea(λ) der Kalibrierungslichtquelle 10a eine entsprechend abwechselnd zu- und abnehmende Intensität aufweist. Ein beispielhaftes Emissionsspektrum Ea(λ) der Kalibrierungslichtquelle 10a einschließlich des Filters 3a, der dem von der Breitbandlichtquelle 1a bereitgestellten Licht Ba ein Sägezahndämpfungsmuster aufprägt, ist in 5 gezeigt.
Abhängig von der Spektralform des Dämpfungsmusters können unterschiedliche Filtertypen zum Einsatz kommen. Wie in 1 gezeigt, schließt der Filter 3a in bestimmten Ausführungsformen beispielsweise mindestens ein Filterelement oder eine Kombination von Filterelementen ein. Das/die Filterelement(e) schließen z. B. einen Etalonfilter, einen multivariaten optischen Elementfilter, einen Jammed Array Wideband Sawtooth Filter, einen Interferenzfilter und/oder mindestens einen anderen Typ eines optischen Filterelements ein. Das bzw. die Filterelement(e) bieten den Vorteil, dass das Dämpfungsmuster und die spektralen Referenzlinien λri, bei denen die Emissionsspektrummerkmale Fi auftreten, je nach Bedarf auf der Grundlage der wellenlängenabhängigen (oder frequenzabhängigen) Durchlässigkeit der ausgewählten Filterelemente angepasst werden können. Somit kann der Filter 3a leicht so konfiguriert werden, dass die spektralen Referenzlinien λri über den breiten Spektralbereich verteilt sind, der durch das Emissionsspektrum Ea(λ) der Kalibrierungslichtquelle 10a abgedeckt wird, und/oder über einen Spektralbereich, der für eine bestimmte Anwendung von Interesse ist.
In alternativen Ausführungsformen kann stattdessen ein anderer Filtertyp verwendet werden. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Filter 3b ein Absorptionsfilter ist, der ein Gas 9 einschließt, das bekannte atomare Absorptionslinien aufweist. In einer solchen Ausführungsform wird dem von der Breitbandlichtquelle 1b emittierten Licht Bb das Dämpfungsmuster aufgeprägt, indem das Gas 9 selektiv Teile des durch das Gas 9 hindurchgelassenen Lichts Bb an den spektralen Referenzlinien λri absorbiert, die den atomaren Absorptionslinien des Gases 9 entsprechen. Dies wird in 6 veranschaulicht, die ein beispielhaftes Emissionsspektrum Eb(λ) der Kalibrierungslichtquelle 10b zeigt, das durch Durchlässigkeit des von der Breitbandlichtquelle 1b bereitgestellten Lichts Bb durch das im Absorptionsfilter 3b eingeschlossene Gas 9 erreicht wird.
Bei dem Gas 9 kann es sich beispielsweise um ein reines Gas bestehend aus einer einzigen Komponente oder um ein Mischgas bestehend aus einer Mischung zweier oder mehrerer Komponenten handeln. In bestimmten Ausführungsformen schließt das Gas 9 beispielsweise Neon, Argon, Xenon und/oder mindestens eine andere Komponente ein. Ausführungsformen, bei denen das Gas 9 aus mehreren Komponenten besteht, stellen den Vorteil einer entsprechend großen Anzahl spektraler Referenzlinien λri bereit, einschließlich der verschiedenen atomaren Absorptionslinien der einzelnen Komponenten. Dadurch, dass das Gas 9 mehrere Komponenten enthält, die unterschiedliche atomare Absorptionslinien aufweisen, wird eine gute Verteilung der spektralen Referenzlinien λri über den breiten Spektralbereich erreicht, der durch das Emissionsspektrum Eb(λ) der Kalibrierungslichtquelle 10b abgedeckt wird, und/oder über einen Spektralbereich, der für eine bestimmte Anwendung von Interesse ist.
Wie in 3 veranschaulicht, ist das Gas 9 in bestimmten Ausführungsformen beispielsweise in einem Behälter 11 enthalten, der einen Lichteinlass 13 aufweist, durch den das von der Breitbandlichtquelle 1b emittierte Licht Bb in den Behälter 11 eintritt, und einen Lichtauslass 15, durch den das strukturierte Licht Sb den Behälter 11 verlässt.
Der in 3 gezeigte beispielhafte Behälter 11 schließt ein transparentes Fenster 17 ein, das den Lichteinlass 13 verschließt, und ein transparentes Fenster 19, das den Lichtauslass 15 verschließt. Alternativ kann stattdessen auch ein transparenter Behälter oder ein Behälter mit transparenten Behälterwandabschnitten verwendet werden, die den Lichteinlass und den Lichtauslass verschließen.
In bestimmten Ausführungsformen ist der Behälter 11 beispielsweise eine Zelle, ein Rohr, eine optische Hohlkernfaser oder ein anderer Behältertyp. Unabhängig davon erhöht sich die vom Gas 9 an den mehreren atomaren Absorptionslinien absorbierte Lichtmenge mit zunehmender Länge eines optischen Pfads OP, der durch das Gas 9 im Behälter 11 verläuft und entlang dem das von der Breitbandlichtquelle 1b bereitgestellte Licht Bb mit dem Gas 9 interagiert. In dieser Hinsicht bieten Rohre und optische Hohlkernfasern den Vorteil einer längeren optischen Weglänge, was wiederum zu ausgeprägteren Emissionsspektrummerkmalen Fi führt. Sowohl Rohre als auch optische Hohlkernfasern können beispielsweise in einer Linie angeordnet sein. In alternativen Ausführungsformen ist der Behälter 11 beispielsweise als flexibler Schlauch oder als zumindest teilweise gewickelte optische Hohlkernfaser ausgebildet. Letzteres bietet den Vorteil, dass eine kompaktere Bauweise erreicht wird.
Unabhängig von der Art des verwendeten Filters 3a, 3b kann in bestimmten Ausführungsformen das dem empfangenen Licht Ba, Bb aufgeprägte Dämpfungsmuster beispielsweise so konfiguriert sein, dass die Merkmale Fi des Emissionsspektrums mindestens ein spezielles Merkmal Fs umfassen, das von den anderen Merkmalen Fi des Emissionsspektrums unterscheidbar ist, beispielsweise ein deutlich erkennbares spezielles Spektralmerkmal, das eine deutlich höhere oder niedrigere Intensität des Emissionsspektrums aufweist als die Emissionsspektrummerkmale Fi, die sich in der Nähe des speziellen Merkmals Fs befinden.
Als Beispiel wird in den 4 und 5 gezeigt, dass das identifizierbar unterscheidbare, spezielle Spektralmerkmal Fs beispielsweise dadurch erreicht wird, dass die Durchlässigkeit T des Filters 3a bei der spektralen Referenzlinie λs, bei der das spezielle Merkmal Fs auftritt, ein absolutes Minimum aufweist.
Dass die Emissionsspektrummerkmale Fi mindestens ein identifizierbar unterscheidbares spezielles Merkmal Fs einschließen, ist insbesondere im Hinblick auf periodische Dämpfungsmuster von Vorteil, da hierdurch die Identifizierung jedes Emissionsspektrummerkmals Fi einzeln, z. B. basierend auf seiner Position relativ zu dem unterscheidbaren speziellen Merkmal Fs, erleichtert wird.
Bei Atomabsorptionsfiltern wie dem in 3 gezeigten Filter 3b, der das Gas 9 enthält, können die einzelnen Emissionsspektrummerkmale Fi beispielsweise als identifizierbar unterscheidbare spezielle Merkmale Fs betrachtet werden, die identifizierbar sind auf der Grundlage der Abfolge unterschiedlicher Abstände zwischen den spektralen Referenzlinien λr, bei denen sie auftreten.
In bestimmten Ausführungsformen kann die Identifizierbarkeit der einzelnen Emissionsspektrummerkmale Fi weiter dadurch verbessert werden, dass das Gas 9 eine Zusammensetzung aufweist, in der die Konzentration einer der Komponenten deutlich höher ist als die Konzentration jeder anderen im Gas 9 eingeschlossenen Komponente. Dadurch können die Emissionsspektrummerkmale Fi, die den atomare Absorptionslinien der in der höchsten Konzentration enthaltenen Komponente zugeordnet sind, von den Emissionsspektrummerkmalen Fi, die den atomare Absorptionslinien der anderen Komponente(n) zugeordnet sind, aufgrund ihrer geringeren spektralen Intensität unterschieden werden.
Unabhängig davon, ob die Emissionsspektrummerkmale Fi mindestens ein identifizierbar unterscheidbares spezielles Merkmal Fs einschließen oder nicht, sind Kalibrierungslichtquellen gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht auf die Ausführungsformen der Kalibrierungslichtquelle 10a, 10b beschränkt, die in den 1 und 3 gezeigt sind. Beispielsweise kann die in 1 gezeigte Breitbandlichtquelle 1a oder ein anderer Typ einer Breitbandlichtquelle in der in 3 gezeigten Kalibrierungslichtquelle 10b verwendet werden und umgekehrt. Als weiteres Beispiel kann der in 1 gezeigte Filter 3a oder ein anderer Filtertyp in der in 3 gezeigten Kalibrierungslichtquelle 10b verwendet werden und umgekehrt. In beiden Ausführungsformen stellt die hierin beschriebene Kalibrierungslichtquelle 10a, 10b die oben aufgeführten Vorteile bereit.
Die hierin beschriebene Kalibrierungslichtquelle 10a, 10b wird vorzugsweise zur Kalibrierung mindestens eines dispersiven Spektrometers 20 eingesetzt. Ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Kalibrieren von mindestens einem dispersiven Spektrometer 20 ist in 7 gezeigt.
Das mindestens eine zu kalibrierende dispersive Spektrometer 20 schließt beispielsweise mindestens ein Spektrometer 20 ein, das eine Erstkalibrierung erfordert, und/oder mindestens ein Spektrometer 20, das zuvor kalibriert wurde, z. B. durch eine vorherige Durchführung des hierin offenbarten Kalibrierungsverfahrens oder durch ein anderes Kalibrierungsverfahren. Dabei stellt die Verwendung der Kalibrierungslichtquelle 10a, 10b den Vorteil bereit, dass damit sowohl Kalibrierungen möglich sind, die eine Kalibrierung einer Spektralachse und/oder einer Intensitätsachse des jeweiligen Spektrometers 20 einschließen, als auch Kalibrierungen, die eine Überprüfung einer vorherigen Kalibrierung des jeweiligen zuvor kalibrierten Spektrometers 20 einschließen.
Das oder jedes zu kalibrierende dispersive Spektrometer 20 ist beispielsweise konfiguriert, um einfallendes Licht zu empfangen, das einfallende Licht zu streuen und Intensitätsspektren I(λ) des gestreuten einfallenden Lichts in einem spektralen Messbereich Δλ zu bestimmen und bereitzustellen. Der spektrale Messbereich Δλ ist beispielsweise ein vorgegebener Wellenlängenbereich oder ein vorgegebener Frequenzbereich.
Wie in 1 gezeigt, schließt in bestimmten Ausführungsformen das mindestens eine oder jedes dispersive Spektrometer 20 beispielsweise einen Dispergierer 21 ein, beispielsweise ein diffraktives oder holographisches Gitter, das zum Dispergieren von einfallendem Licht geeignet ist, einen Detektor 23, der eine Anordnung von Detektionselementen einschließt, und einen Signalprozessor 25, beispielsweise einen Mikroprozessor, der zum Bestimmen und Bereitstellen von Intensitätsspektren I(λ) des vom Detektor 23 empfangenen Lichts konfiguriert ist. Jedes Detektionselement ist beispielsweise konfiguriert, um einen Anteil des gestreuten Lichts zu empfangen und ein Detektionssignal zu bestimmen und bereitzustellen, das einer Intensität des empfangenen Anteils des gestreuten Lichts entspricht, und zwar an den Signalprozessor 25, der wiederum spektrale Intensitätswerte der Intensitätsspektren I(λ) basierend auf den entsprechenden Detektionssignalen bestimmt und bereitstellt, die vom Detektor 23 bereitgestellt werden. In bestimmten Ausführungsformen ist der Detektor 23 beispielsweise eine CCD-Kamera, eine Anordnung von Fotodioden oder ein anderer Detektortyp, der eine Anordnung von Detektionselementen einschließt.
Wie in 7 gezeigt, schließt das hierin beschriebene Kalibrierungsverfahren einen Verfahrensschritt A1 zum Bereitstellen einer Kalibrierungslichtquelle 10 ein, die wie in Bezug auf die in den 1 und 3 gezeigten beispielhaften Kalibrierungslichtquellen 10a, 10b beschrieben konfiguriert ist. Das Verfahren schließt ferner einen Verfahrensschritt A2 des Bereitstellens einer Referenzcharakteristik R(S) des von der Kalibrierungslichtquelle 10 emittierten strukturierten Lichts S ein. Als Beispiel ist in bestimmten Ausführungsformen das strukturierte Licht S z. B. durch das von der in 1 gezeigten Kalibrierungslichtquelle 10a emittierte strukturierte Licht Sa oder das von der in 3 gezeigten Kalibrierungslichtquelle 10b emittierte strukturierte Licht Sb gegeben.
Abhängig von den Arten der mit der Kalibrierungslichtquelle 10 durchzuführenden Kalibrierungen schließt die Referenzcharakteristik R(S) beispielsweise das Emissionsspektrum E(λ) der Kalibrierungslichtquelle 10 und/oder die spektralen Referenzlinien λri ein, bei denen die Emissionsspektrummerkmale Fi des Emissionsspektrums E(λ) der Kalibrierungslichtquelle 10 auftreten. Als Beispiel ist in bestimmten Ausführungsformen das Emissionsspektrum E(λ) z. B. durch das von der in 1 gezeigten Kalibrierungslichtquelle 10a emittierte Emissionsspektrum Ea(λ) oder durch das von der in 3 gezeigten Kalibrierungslichtquelle 10b emittierte Emissionsspektrum Eb(λ) gegeben.
In beiden Fällen wird das Emissionsspektrum E(λ) beispielsweise basierend auf mindestens einem Intensitätsspektrum des von der Kalibrierungslichtquelle 10 emittierten strukturierten Lichts S bestimmt und bereitgestellt, das von einem spektroskopischen Messinstrument bestimmt und bereitgestellt wird. In bestimmten Ausführungsformen wird die Bestimmung jedes Intensitätsspektrums beispielsweise durch ein hochgenaues spektroskopisches Messinstrument und/oder unter Laborbedingungen durchgeführt.
Die Referenzlinien λri werden beispielsweise dadurch bestimmt und bereitgestellt, dass die Emissionsspektrummerkmale Fi im Emissionsspektrum E(λ) identifiziert werden und dass für jedes identifizierte Emissionsspektrummerkmal Fi die spektrale Referenzlinie λri bestimmt und bereitgestellt wird, bei der das jeweilige Emissionsspektrummerkmal Fi auftritt. Als Alternative stehen bei Ausführungsformen, bei denen der Filter 3b ein Absorptionsfilter ist, der das Gas 9 einschließt, das die bekannten atomare Absorptionslinien aufweist, die bekannten atomaren Absorptionslinien beispielsweise als spektrale Referenzlinien λri zur Verfügung.
Das Verfahren schließt ferner für jedes zu kalibrierende Spektrometer 20 das Durchführen eines Verfahrensschritts A3 ein, bei dem mit dem jeweiligen Spektrometer 20 ein Kalibrierungsspektrum I_cal(λ) des von der Kalibrierungslichtquelle 10 emittierten strukturierten Lichts S bestimmt wird, und einen Verfahrensschritt A4 des Kalibrierens des jeweiligen Spektrometers 20 basierend auf dem Kalibrierungsspektrum I_cal(λ) und der Referenzcharakteristik R(S).
Im Verfahrensschritt A3 wird das Bestimmen des Kalibrierungsspektrums I_cal(λ) beispielsweise wie in 1 gezeigt durchgeführt, indem die Kalibrierungslichtquelle 10 vor dem jeweiligen Spektrometer 20 positioniert wird, indem das von der Kalibrierungslichtquelle 10 emittierte strukturierte Licht S mit dem Spektrometer 20 empfangen wird und indem das Kalibrierungsspektrum I_cal(λ) des empfangenen strukturierten Lichts S mit dem Spektrometer 20 bestimmt und bereitgestellt wird. Ein beispielhaftes Kalibrierungsspektrum I_cal(λ) des von der Kalibrierungslichtquelle 10a emittierten strukturierten Lichts Sa, welches das in 5 gezeigte Emissionsspektrum Ea(λ) aufweist, ist in 8 gezeigt.
Da das Emissionsspektrum E(λ) der Kalibrierungslichtquelle 10 die Emissionsspektrummerkmale Fi an den Referenzlinien λri aufweist, weist das Kalibrierungsspektrum I_cal(λ) unterscheidbare, identifizierbare Kalibrierungsspektrummerkmale Gi auf, die jeweils an einer entsprechenden Kalibrierungsspektrumlinie λci auftreten. Jedes Kalibrierungsspektrummerkmal Gi des Kalibrierungsspektrums I_cal(λ) ist einem der Emissionsspektrummerkmale Fi des Emissionsspektrums E(λ) der Kalibrierungslichtquelle 10 zugeordnet. Entsprechend ist jede Kalibrierungsspektrumlinie λci einer der Referenzlinien λri zugeordnet.
Wie in 7 gezeigt, schließt der Verfahrensschritt A4 des Kalibrierens des jeweiligen Spektrometers 20 für mindestens eines der zu kalibrierenden Spektrometer 20 beispielsweise einen Verfahrensschritt C des Kalibrierens einer Spektralachse und/oder einer Intensitätsachse des jeweiligen Spektrometers 20 basierend auf dem Kalibrierungsspektrum I_cal(λ) und der Referenzcharakteristik R(S) ein.
Das Kalibrieren der Spektralachse des jeweiligen Spektrometers 20 erfolgt beispielsweise auf Basis des Kalibrierungsspektrums I_cal(λ) durch Identifizieren der in dem Kalibrierungsspektrum I_cal(λ) eingeschlossenen Kalibrierungsspektrummerkmale Gi und Bestimmen der Kalibrierungsspektrumlinien λci, bei denen die identifizierten Kalibrierungsspektrummerkmale Gi auftreten. Anschließend wird die Spektralachse des jeweiligen Spektrometers 20 auf Basis der Kalibrierungsspektrumlinien λci und der entsprechenden spektralen Referenzlinien λri kalibriert, bei denen die den jeweiligen Kalibrierungsspektrummerkmalen Gi entsprechenden Emissionsspektrummerkmale Fi auftreten.
Unter Berücksichtigung des Umstands, dass die Kalibrierungsspektrummerkmale Gi in der gleichen Reihenfolge entlang der Spektralachse λ auftreten wie die entsprechenden Emissionsspektrummerkmale Fi, wird das jedem Kalibrierungsspektrummerkmal Gi zugeordnete Emissionsspektrummerkmal Fi beispielsweise basierend auf der Reihenfolge des Auftretens der Kalibrierungsspektrummerkmale Gi und der Reihenfolge des Auftretens der Emissionsspektrummerkmale Fi entlang der Spektralachse λ bestimmt. Sobald das mit jedem Kalibrierungsspektrummerkmal Gi verknüpfte Emissionsspektrummerkmal Fi bestimmt wurde, sind die spektralen Referenzlinien λri, die der Kalibrierungsspektrumlinie λci entsprechen, bei der das jeweilige Kalibrierungsspektrummerkmal Gi auftrat, durch die spektralen Referenzlinien λri gegeben, bei denen das zugeordnete Emissionsspektrummerkmal Fi auftritt.
Wie in 8 gezeigt, ist in Ausführungsformen, in denen die Emissionsspektrummerkmale Fi das unterscheidbare spezielle Merkmal Fs einschließen, schließt das Kalibrierungsspektrum I_cal(λ) ein entsprechendes spezielles Kalibrierungsspektrummerkmal Gs ein, das von den anderen Kalibrierungsspektrummerkmalen Gi unterscheidbar ist. In solchen Ausführungsformen werden das spezielle Kalibrierungsspektrummerkmal Gs und das entsprechende spezielle Merkmal Fs des Emissionsspektrums E(λ) beispielsweise als Referenzpunkte genommen und das Bestimmen der Emissionsspektrummerkmale Fi, die den anderen Kalibrierungsspektrummerkmalen Gi entsprechen, wird beispielsweise basierend auf der Reihenfolge ihres Auftretens entlang der Spektralachse relativ zu den Referenzpunkten durchgeführt.
In bestimmten Ausführungsformen schließt das Kalibrieren der Spektralachse des jeweiligen Spektrometers 20 beispielsweise das Bestimmen und anschließende Anwenden einer Zuordnungsfunktion f(λ) ein, die auf den Kalibrierungsspektrumlinien λci und den entsprechenden Referenzlinien λri basiert und die von den einzelnen Detektorelementen, beispielsweise den CCD-Kamerapixeln oder den Fotodioden, empfangenen Spektrallinien den jeweiligen Detektorelementen korrekt zuordnet, sodass Kalibrierungsspektrumlinien λci eines vom Spektrometer 20 basierend auf dieser Zuordnungsfunktion f(λ) bestimmten Kalibrierungsspektrums mit den entsprechenden spektralen Referenzlinien λri übereinstimmen.
Das Kalibrieren der Intensitätsachse des jeweiligen Spektrometers 20 erfolgt beispielsweise auf Basis der spektralen Intensitätswerte des Kalibrierungsspektrums I_cal(λ) und den entsprechenden spektralen Intensitätswerten des Emissionsspektrums E(λ) der Kalibrierungslichtquelle 10.
In bestimmten Ausführungsformen schließt das Kalibrieren der Intensitätsachse beispielsweise das Anpassen einer Bestimmung der spektralen Intensitätswerte der Intensitätsspektren I(λ), die durch das jeweilige Spektrometer 20 durchgeführt wird. Die Anpassung der durch das zu kalibrierende Spektrometer 20 durchgeführten Bestimmung der Intensitätswerte der Intensitätsspektren I(λ) wird z. B.durch Bestimmen und Anwenden von spektralen Korrekturtermen, spektralen Korrekturfaktoren oder einer spektralen Korrekturfunktion zur Korrektur der durch das jeweilige Spektrometer 20 bestimmten spektralen Intensitätswerte durchgeführt, sodass die korrigierten spektralen Intensitätswerte des Kalibrierungsspektrums I_cal(λ) den spektralen Intensitätswerten des Emissionsspektrums E(λ) der Kalibrierungslichtquelle 10 entsprechen. Nach der Anpassung werden die vom so kalibrierten Spektrometer 20 bestimmten und bereitgestellten Intensitätsspektren I(λ) durch entsprechend korrigierte Intensitätsspektren angegeben.
Bei Spektrometern 20, bei denen die im Verfahrensschritt C durchgeführte Kalibrierung sowohl die Kalibrierung der Spektralachse als auch die Kalibrierung der Intensitätsachse einschließt, wird die Kalibrierung der Spektralachse vorzugsweise vor der Kalibrierung der Intensitätsachse durchgeführt.
Der Verfahrensschritt C des Kalibrierens der Spektralachse und/oder der Intensitätsachse kann unabhängig davon durchgeführt werden, ob das jeweilige Spektrometer 20 zuvor kalibriert wurde.
Im Anschluss an Verfahrensschritt C wird das jeweilige Spektrometer 20 beispielsweise wieder in Betrieb genommen, wie durch den in 7 gezeigten Verfahrensschritt OP des Betreibens des Spektrometers 20 angedeutet. Anschließend kann das Spektrometer 20 für einen Zeitraum betrieben werden, bis es das nächste Mal erneut kalibriert wird, z. B. durch Ausführen des hierin offenbarten Verfahrens oder durch Ausführen eines anderen Kalibrierungsverfahrens. In beiden Fällen schließt die nächste Kalibrierung beispielsweise eine Verifizierung der vorherigen Kalibrierung und/oder eine Neukalibrierung der Spektralachse und/oder der Intensitätsachse des jeweiligen Spektrometers 20 ein.
Falls das bzw. die zu kalibrierenden Spektrometer 20 mindestens ein Spektrometer 20 einschließen, das zuvor kalibriert wurde, z. B. mit dem hierin offenbarten Verfahren oder mit einem anderen Kalibrierungsverfahren, schließt der Verfahrensschritt A4 des Kalibrierens des jeweiligen Spektrometers 20 für mindestens ein oder jedes zuvor kalibrierte Spektrometer 20 beispielsweise einen Verfahrensschritt V des Verifizierens der vorherigen Kalibrierung des jeweiligen Spektrometers 20 und des Bestimmens und Bereitstellens eines entsprechenden Verifizierungsergebnisses VR ein.
Das Verifizieren der vorherigen Kalibrierung schließt beispielsweise das Bestimmen des Übereinstimmungsgrades zwischen dem Kalibrierungsspektrum I_cal(λ) bestimmt durch das jeweilige Spektrometer 20 und dem Emissionsspektrum E(λ) der Kalibrierungslichtquelle 10 und schließt das Bestimmen und Bereitstellen eines Verifizierungsergebnisses VR basierend auf dem Übereinstimmungsgrad ein.
Das Bestimmen und Bereitstellen des Verifizierungsergebnisses VR schließt dabei beispielsweise das Bereitstellen eines positiven Verifizierungsergebnisses VR := VR+ ein, das bedeutet, dass die vorherige Kalibrierung des jeweiligen Spektrometers 20 gültig ist, wenn der Übereinstimmungsgrad größer oder gleich einem vorgegebenen Schwellenwert ist. Zusätzlich oder alternativ schließt das Bestimmen und Bereitstellen des Verifizierungsergebnisses VR beispielsweise das Bereitstellen eines negativen Verifizierungsergebnisses VR := VR- ein, das anzeigt, dass die vorherige Kalibrierung des jeweiligen Spektrometers 20 ungültig ist, wenn der Übereinstimmungsgrad kleiner als der vorgegebene Schwellenwert ist.
In bestimmten Ausführungsformen wird der Übereinstimmungsgrad beispielsweise anhand der Unterschiede zwischen den spektralen Intensitätswerten des Kalibrierungsspektrums I_cal(λ) und den entsprechenden spektralen Intensitätswerten des Emissionsspektrums E(λ) bestimmt und/oder basierend auf den Unterschieden zwischen den Kalibrierungsspektrumlinien λci, bei denen die Kalibrierungsspektrummerkmale Gi im Kalibrierungsspektrum I_cal(λ) auftreten und den entsprechenden Referenzlinien λri, bei denen die den jeweiligen Kalibrierungsspektrummerkmalen Gi entsprechenden Emissionsspektrummerkmale Fi im Emissionsspektrum E(λ) der Kalibrierungslichtquelle 10 auftreten.
In bestimmten Ausführungsformen kann basierend auf dem Verifizierungsergebnis VR mindestens ein zusätzlicher Verfahrensschritt ausgeführt werden.
Beispielsweise wird mindestens ein oder jedes Spektrometer 20, für das im Verfahrensschritt V ein positives Verifizierungsergebnis VR := VR+ bestimmt wurde, das die Gültigkeit der vorherigen Kalibrierung des jeweiligen Spektrometers 20 anzeigt, wieder in Betrieb genommen, wie durch den in 7 gezeigten Verfahrensschritt OP des Betreibens des Spektrometers 20 angezeigt. In diesem Fall wird das jeweilige Spektrometer 20 beispielsweise für eine Zeitspanne wieder in Betrieb genommen, bis es das nächste Mal erneut kalibriert wird, beispielsweise durch Durchführen des hierin offenbarten Verfahrens oder durch Durchführen eines anderen Kalibrierungsverfahrens. In beiden Fällen schließt die nächste Kalibrierung beispielsweise eine Verifizierung der vorherigen Kalibrierung und/oder eine Neukalibrierung der Spektralachse und/oder der Intensitätsachse des jeweiligen Spektrometers 20 ein.
Ergänzend oder alternativ wird beispielsweise mindestens ein oder jedes Spektrometer 20, für das im Verfahrensschritt V ein negatives Verifizierungsergebnis VR := VRbestimmt wurde, welches auf eine Ungültigkeit der vorherigen Kalibrierung des jeweiligen Spektrometers 20 hinweist, vor seiner erneuten Inbetriebnahme neu kalibriert.
Eine Neukalibrierung des/der jeweiligen Spektrometer(s) 200 erfolgt beispielsweise wie in 7 gezeigt durch Ausführen des Verfahrensschritts C des hierin offenbarten Verfahrens oder durch Ausführen eines anderen Kalibrierungsverfahrens.
Die Neukalibrierung des/der jeweiligen Spektrometer(s) durch Ausführen des Verfahrensschritts C des Kalibrierens der Spektralachse und/oder der Intensitätsachse des/der jeweiligen Spektrometer(s) 20 bietet den Vorteil, dass diese Neukalibrierung sofort auf der Grundlage des Kalibrierungsspektrums I_cal(λ) durchgeführt werden kann, das zuvor zur Ermittlung des Verifizierungsergebnisses VR verwendet wurde. Dies stellt den Vorteil bereit, dass weder bei einer Neukalibrierung der Spektralachse noch bei einer Neukalibrierung der Intensitätsachse des/der jeweiligen Spektrometer(s) 20 zusätzliche Kalibrierungsmessungen mit dem jeweiligen Spektrometer 20 durchgeführt werden müssen.
Im Anschluss an die Neukalibrierung kann das jeweilige Spektrometer 20 beispielsweise für eine Zeitspanne wieder in Betrieb genommen werden, bis es das nächste Mal erneut kalibriert wird, beispielsweise durch Durchführen des hierin offenbarten Verfahrens oder durch Durchführen eines anderen Kalibrierungsverfahrens. In beiden Fällen schließt die nächste Kalibrierung beispielsweise eine Verifizierung der vorherigen Kalibrierung und/oder eine Neukalibrierung der Spektralachse und/oder der Intensitätsachse des jeweiligen Spektrometers 20 ein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 63/615,917 [0001]
US 6,351,306 B1 [0009, 0013, 0014]

Claims

Kalibrierungslichtquelle (10a, 10b) zum Kalibrieren von mindestens einem Spektrometer (20), die Kalibrierungslichtquelle (10a, 10b) umfassend: eine Breitbandlichtquelle (1a, 1b), die betreibbar ist, um Licht (Ba, Bb) in einem breiten Spektralbereich zu emittieren; und einen Filter (3a, 3b), der konfiguriert ist, um das von der Breitbandlichtquelle (1a, 1b) emittierte Licht (Ba, Bb) zu empfangen und strukturiertes Licht (Sa, Sb) bereitzustellen, indem er dem empfangenen Licht (Ba, Bb) ein Dämpfungsmuster aufprägt, das Mustermerkmale an mehreren spektralen Referenzlinien (λri) aufweist, sodass ein Emissionsspektrum (Ea(λ), Eb(λ)) des von der Kalibrierungslichtquelle (10a, 10b) emittierten strukturierten Lichts (Sa, Sb) deutliche Emissionsspektrummerkmale (Fi) aufweist, die den Mustermerkmalen an den mehreren spektralen Referenzlinien (λri) entsprechen.
Kalibrierungslichtquelle (10a, 10b) nach Anspruch 1, wobei mindestens eines von Folgendem gilt: die Emissionsspektrummerkmale (Fi) schließen Kanten, Maxima, Minima und/oder andere Arten identifizierbarer Merkmale ein, die jeweils an einer der spektralen Referenzlinien (λri) auftreten; die Emissionsspektrummerkmale (Fi) schließen mindestens ein spezielles Merkmal (Fs) ein, das von den anderen Emissionsspektrummerkmalen (Fi) unterscheidbar ist; und das Dämpfungsmuster ist ein wellenlängenabhängiges Muster abwechselnd zunehmender und abnehmender Dämpfung oder ein Sägezahnmuster, das dazu führt, dass das Emissionsspektrum (Ea(λ), Eb(λ)) der Kalibrierungslichtquelle (10a, 10b) eine entsprechend abwechselnd zunehmende und abnehmende Intensität aufweist.
Kalibrierungslichtquelle (10a) nach den Ansprüchen 1 bis 2, wobei der Filter (3a) mindestens ein Filterelement oder eine Kombination aus Filterelementen einschließt, wobei das/die Filterelement(e) mindestens eines der folgenden Elemente einschließt/einschließen: einen Etalonfilter, einen multivariaten optischen Elementfilter, einen Jammed Array Wideband Sawtooth Filter, einen Interferenzfilter und einen anderen Typ eines optischen Filterelements.
Kalibrierungslichtquelle (10b) nach Anspruch 1 bis 2, wobei: der Filter (3b) ein Gas (9) einschließt, das bekannte atomare Absorptionslinien aufweist; das Gas (9): ein reines Gas (9) ist, das aus einer einzigen Komponente besteht; ein Mischgas (9) ist, das aus zwei oder mehr Komponenten besteht, die unterschiedliche atomare Absorptionslinien aufweisen; und/oder Neon, Argon, Xenon und/oder mindestens eine andere Komponente einschließt; und das von der Breitbandlichtquelle (1b) emittierte Licht (Bb) durch das Gas (9) geleitet wird, das selektiv Anteile des Lichts an den spektralen Referenzlinien (λri) absorbiert, die den atomare Absorptionslinien des Gases (9) entsprechen.
Kalibrierungslichtquelle (10b) nach Anspruch 4, wobei: der Filter (3b) einen Behälter (11) einschließt, der konfiguriert ist, um das Gas (9) zu enthalten; der Behälter (11) eine Zelle, ein Rohr, ein flexibler Schlauch, der zumindest teilweise in einer Spule angeordnet ist, eine optische Hohlkernfaser, eine optische Hohlkernfaser, die zumindest teilweise in einer Spule angeordnet ist, oder ein anderer Behältertyp ist; der Behälter (11) einen Lichteinlass (13) oder ein transparentes Fenster (17) aufweist, das den Behälter (11) abschließt, durch das von der Breitbandlichtquelle (1b) emittiertes Licht (Bb) in den Behälter (11) eintritt, und der Behälter (11) einen Lichtauslass (15) oder ein den Behälter (11) abschließendes transparentes Fenster (19) aufweist, durch das das strukturierte Licht (Sb) aus dem Behälter (11) austritt.
Kalibrierungslichtquelle (10a, 10b) nach Anspruch 1 bis 5, wobei: die Breitbandlichtquelle (1a) einen Schwarzkörperstrahler, eine Glühlampe oder eine Wolframlampe einschließt; oder die Breitbandlichtquelle (1b) eine Anregungslichtquelle (5), die Anregungslicht (Lx) emittieren kann, und ein lumineszierendes Material (7), das Lumineszenzlicht emittiert, wenn das lumineszierende Material (7) das Anregungslicht (Lx) empfängt, einschließt, wobei das lumineszierende Material (7) ein fluoreszierendes Material, ein fluoreszierendes Glas oder eine andere Art von lumineszierendem Material ist.
Verfahren zum Kalibrieren von mindestens einem Spektrometer (20), das Verfahren umfassend: Bereitstellen einer Kalibrierungslichtquelle (10) nach den Ansprüchen 1 bis 6; Bereitstellen einer Referenzcharakteristik (R(S)) des von der Kalibrierungslichtquelle (10) emittierten strukturierten Lichts (S), wobei die Referenzcharakteristik (R(S)) mindestens eines der folgenden Elemente umfasst: das Emissionsspektrum (E(λ)) der Kalibrierungslichtquelle (10); und die spektralen Referenzlinien (λri), an denen die Emissionsspektrummerkmale (Fi) des Emissionsspektrums (E(λ)) der Kalibrierungslichtquelle (10) auftreten; und mit dem jeweiligen Spektrometer (20): Bestimmen eines Kalibrierungsspektrums (I_cal(λ)) des von der Kalibrierungslichtquelle (10) emittierten strukturierten Lichts (S); und Kalibrieren des jeweiligen Spektrometers (20) auf der Basis des Kalibrierungsspektrums (I_cal(λ)) und der Referenzcharakteristik (R(S)).
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Kalibrieren des jeweiligen Spektrometers (20) das Kalibrieren einer Spektralachse und/oder einer Intensitätsachse des jeweiligen Spektrometers (20) und/oder das Verifizieren einer vorherigen Kalibrierung des jeweiligen Spektrometers (20) einschließt.
Verfahren nach Anspruch 7 bis 8, wobei: die Referenzcharakteristik (R(S)) die spektralen Referenzlinien (λri) einschließt; und für mindestens eines oder jedes der mindestens einen zu kalibrierenden Spektrometer (20) das Kalibrieren des jeweiligen Spektrometers (20) das Kalibrieren einer Spektralachse des Spektrometers (20) einschließt durch: Identifizieren der Kalibrierungsspektrummerkmale (Gi), die im Kalibrierungsspektrum (I_cal(λ)) eingeschlossen sind; Bestimmen von Kalibrierungsspektrumlinien (λci), bei denen die identifizierten Kalibrierungsspektrummerkmale (Gi) auftreten; und Kalibrieren der Spektralachse des jeweiligen Spektrometers (20) auf der Basis der Kalibrierungsspektrumlinien (λci) und der entsprechenden spektralen Referenzlinien (λri), bei denen die den Kalibrierungsspektrummerkmalen (Gi) entsprechenden Emissionsspektrummerkmale (Fi) auftreten.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei: für jedes Kalibrierungsspektrummerkmal (Gi) das Emissionsspektrummerkmal (Fi), das dem jeweiligen Kalibrierungsspektrummerkmal (Gi) entspricht, basierend auf einer Reihenfolge des Auftretens der Kalibrierungsspektrummerkmale (Gi) entlang der Spektralachse bestimmt wird, die einer Reihenfolge des Auftretens der Emissionsspektrummerkmale (Fi) entlang der Spektralachse entspricht, und die spektrale Referenzlinie (λri), die der Kalibrierungsspektrumlinie (λci) entspricht, bei der das jeweilige Kalibrierungsspektrummerkmal (Gi) auftrat, durch die spektrale Referenzlinie (λri) gegeben ist, bei der das entsprechende Emissionsspektrummerkmal (Fi) auftritt; und/oder wobei: die Emissionsspektrummerkmale (Fi) ein spezielles Merkmal (Fs) einschließen, das von den anderen Emissionsspektrummerkmalen (Fi) unterscheidbar ist; das Kalibrierungsspektrum (I_cal(λ)) ein spezielles Kalibrierungsspektrummerkmal (Gs) einschließt, das dem unterscheidbaren speziellen Merkmal (Fs) entspricht, das von den anderen Kalibrierungsspektrummerkmalen (Gi) unterscheidbar ist; das spezielle Kalibrierungsspektrummerkmal (Gs) und das entsprechende spezielle Merkmal (Fs) des Emissionsspektrums (E(λ)) als Referenzpunkte verwendet werden; und das Bestimmen der Emissionsspektrummerkmale (Fi), die dem anderen Kalibrierungsspektrummerkmal (Gi) entsprechen, auf der Basis der Reihenfolge ihres Auftretens entlang der Spektralachse relativ zu den Referenzpunkten erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7 bis 9, wobei: mindestens eines der Spektrometer (20) einen Dispergierer (21) einschließt, der einfallendes Licht streut, einen Detektor (23), der eine Anordnung von Detektionselementen einschließt, und einen Signalprozessor (25), der konfiguriert ist, um Intensitätsspektren (I(λ)) des vom Detektor (23) empfangenen Lichts zu bestimmen und bereitzustellen, wobei jedes Detektionselement einen Anteil des gestreuten Lichts empfängt und ein Detektionssignal bereitstellt, das einer Intensität des empfangenen Anteils des gestreuten Lichts entspricht, und wobei der Signalprozessor (25) spektrale Intensitätswerte der Intensitätsspektren (I(λ)) basierend auf den Detektionssignalen bestimmt und bereitstellt; und das Kalibrieren der Spektralachse des jeweiligen Spektrometers (20) das Bestimmen und anschließende Anwenden einer Zuordnungsfunktion (f(λ)) basierend auf den Kalibrierungsspektrumlinien (λci) und den entsprechenden Referenzlinien (λri) einschließt, welche die von den einzelnen Detektorelementen empfangenen Spektrallinien (λ) den jeweiligen Detektorelementen korrekt zuordnet, sodass Kalibrierungsspektrumlinien eines von dem jeweiligen Spektrometer (20) basierend auf dieser Zuordnungsfunktion (f(λ)) bestimmten Kalibrierungsspektrums (I_cal(λ)) mit den entsprechenden spektralen Referenzlinien (λri) übereinstimmen.
Verfahren nach Anspruch 7 bis 11, wobei: die Referenzcharakteristik (R(S)) das Emissionsspektrum (E(λ)) der Kalibrierungslichtquelle (10) einschließt; und für mindestens eines oder jedes der mindestens einen zu kalibrierenden Spektrometer (20) das Kalibrieren des jeweiligen Spektrometers (20) das Kalibrieren einer Intensitätsachse des jeweiligen Spektrometers (20) einschließt, wobei das Kalibrieren der Intensitätsachse: auf Basis der spektralen Intensitätswerte des Kalibrierungsspektrums (I_cal(λ)) und der entsprechenden spektralen Intensitätswerte das Emissionsspektrum (E(λ)) durchgeführt wird; und/oder das Anpassen einer Bestimmung von spektralen Intensitätswerten von Intensitätsspektren (I(λ)) einschließt, die durch das jeweilige Spektrometer (20) durchgeführt wird, durch Bestimmen und Anwenden von spektralen Korrekturtermen, spektralen Korrekturfaktoren oder einer spektralen Korrekturfunktion zum Korrigieren von spektralen Intensitätswerten, die durch das jeweilige Spektrometer (20) bestimmt wurden, sodass die korrigierten spektralen Intensitätswerte des Kalibrierungsspektrums (I_cal(λ)) den spektralen Intensitätswerten des Emissionsspektrums (E(λ)) der Kalibrierungslichtquelle (10) entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 7 bis 12, wobei: die Referenzcharakteristik (R(S)) das Emissionsspektrum (E(λ)) und die spektralen Referenzlinien (λri) einschließt; und für mindestens eines oder jedes der mindestens einen zu kalibrierenden Spektrometer (20), das Kalibrieren des jeweiligen Spektrometers (20) Folgendes umfasst: Identifizieren der Kalibrierungsspektrummerkmale (Gi), die im Kalibrierungsspektrum (I_cal(λ)) eingeschlossen sind; Bestimmen von Kalibrierungsspektrumlinien (λci), bei denen die identifizierten Kalibrierungsspektrummerkmale (Gi) auftreten; Kalibrieren der Spektralachse des jeweiligen Spektrometers (20) auf der Basis der Kalibrierungsspektrumlinien (λci) und der entsprechenden spektralen Referenzlinien (λri) denen die den Kalibrierungsspektrummerkmalen (Gi) entsprechenden Emissionsspektrummerkmale (Fi) auftreten; und anschließendes Kalibrieren einer Intensitätsachse des jeweiligen Spektrometers (20) basierend auf spektralen Intensitätswerten des Kalibrierungsspektrums (I_cal(λ)) und entsprechenden spektralen Intensitätswerten des Emissionsspektrums E(λ)).
Verfahren nach Anspruch 7 bis 13, wobei: die Referenzcharakteristik (R(S)) das Emissionsspektrum E(λ)) einschließt; und für mindestens ein oder jedes Spektrometer (20), das zuvor kalibriert wurde, das Kalibrieren des jeweiligen Spektrometers (20) - basierend auf dem Kalibrierungsspektrum (I_cal(λ)) des jeweiligen Spektrometers (20) und des Emissionsspektrums (E(λ)) der Kalibrierungslichtquelle (10) - das Verifizieren der vorherigen Kalibrierung des jeweiligen Spektrometers (20) und das Bestimmen und Bereitstellen eines entsprechenden Verifizierungsergebnisses (VR) einschließt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei: das Verifizieren der vorherigen Kalibrierung des jeweiligen Spektrometers (20) das Bestimmen eines Übereinstimmungsgrades zwischen dem durch das jeweilige Spektrometer (20) bestimmten Kalibrierungsspektrum (I_cal(λ)) und dem Emissionsspektrum (E(λ)) der Kalibrierungslichtquelle (10) einschließt; und das Bestimmen und Bereitstellen des Verifizierungsergebnisses (VR) Folgendes einschließt: Bereitstellen eines positiven Verifizierungsergebnisses (VR+), das anzeigt, dass die vorherige Kalibrierung des jeweiligen Spektrometers (20) gültig ist, wenn der Übereinstimmungsgrad größer oder gleich einem vorgegebenen Schwellenwert ist; und/oder Bereitstellen eines negativen Verifizierungsergebnisses (VR-), das anzeigt, dass die vorherige Kalibrierung des jeweiligen Spektrometers (20) ungültig ist, wenn der Übereinstimmungsgrad kleiner als der vorgegebene Schwellenwert ist.
Verfahren nach den Ansprüchen 14 bis 15, ferner umfassend, für mindestens ein oder jedes Spektrometer (20), für das ein Verifizierungsergebnis (VR) vorliegt, das anzeigt, dass die vorherige Kalibrierung des jeweiligen Spektrometers (20) ungültig ist, das Neukalibrieren der Spektralachse und/oder der Intensitätsachse des jeweiligen Spektrometers (20) basierend auf dem Kalibrierungsspektrum (I_cal(λ)), das vom jeweiligen Spektrometer (20) bestimmt wurde, und der Referenzcharakteristik (R(S)) des von der Kalibrierungslichtquelle (10) emittierten Lichts.