DE19942317A1

DE19942317A1 - Moisture determination, useful for solids, liquids and gases, is characterized by contacting the material with a water insoluble polymer matrix containing a dyestuff and measuring its spectrum.

Info

Publication number: DE19942317A1
Application number: DE1999142317
Authority: DE
Inventors: Walter Grahn; Wolfgang Kowalsky; Stefan Wiese; Juergen Wichern; Hans-Hermann Johannes
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-09-05
Filing date: 1999-09-05
Publication date: 2001-04-12
Anticipated expiration: 2019-09-06
Also published as: DE19942317C2

Abstract

A process for moisture determination is characterized by contacting a material, whose moisture content is to be determined, with a water insoluble polymer matrix containing a dyestuff that has at least one band in its spectrum that is affected by the moisture content of the matrix and determining the moisture content by means of an appropriate light source, spectrometer and calibration curve. A process for moisture determination is characterized by: (A) contacting a material, whose moisture content is to be determined, with a water insoluble polymer matrix (I) containing a dyestuff that has at least one band in its spectrum that is affected by the moisture content of the matrix; (B) ascertaining the position of the band, following exchange of moisture content between matrix and material, by means of an appropriate light source; and (C) determining the moisture content by means of a spectrometer calibration curve. Independent claims are included for (1) a sensor (II) for the determination of moisture content comprising a polymer matrix (I) and means for connecting to an external light source and spectrometer. and (2) a measuring device for the determination of moisture content comprising a sensor (II), a light source, a spectrometer and a means for conducting the light waves.

Description

Die im folgenden beschriebene Erfindung liegt auf dem Gebiet der instrumentel len Analytik und betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Feuchte (Wasser) in unterschiedlichen Materialien wie Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen. Sie be trifft ebenfalls für dieses Verfahren geeignete Sensoren und Meßanordnungen.The invention described below lies in the field of instrumentation len analytics and relates to a method for the determination of moisture (water) in different materials such as solids, liquids and gases. You be also meets suitable sensors and measuring arrangements for this method.

Das Problem der Feuchtemessung, das heißt der Bestimmung des Wasserge haltes, stellt sich bei unterschiedlichsten Materialien wie Feststoffen, beispiels weise Holz, Sand oder Beton, organischen Flüssigkeiten oder Gasen, wie etwa Luft. Dementsprechend sind schon zahlreiche Verfahren zur Feuchtebestim mung entwickelt worden, die von naßchemischen Verfahren, wie etwa die Karl- Fischer-Titration, bis hin zu rein instrumentellen Methoden, wie die Bestimmung der relativen Luftfeuchte mit Hilfe von Hygrometern oder die Bestimmung des Wassergehalts organischer Lösungsmittel mit Hilfe der NMR-Spektroskopie, rei chen. Bei vielen Verfahren ist es notwendig, von dem zu untersuchenden Mate rial eine Probe zu entnehmen, was oft bei festen Materialien zu einer partiellen Zerstörung führt, doch gibt es auch eine Reihe von Verfahren, die mit Hilfe ge eigneter Sensoren eine zerstörungsfreie Bestimmung der Feuchte in unter schiedlichen Materialien erlauben. Übersichten über die bekannten Verfahren finden sich etwa in den folgenden Büchern: S. Soloman, Sensors Handbook, McGraw-Hill, New York, 1998; W. Goepel (Herausgeber), Sensors: A Compre hensive Survey, VCH Weinheim, 1989.The problem of moisture measurement, that is, the determination of the water level halt, arises with a wide variety of materials such as solids, for example wise wood, sand or concrete, organic liquids or gases, such as Air. Accordingly, there are numerous methods for determining moisture developed by wet chemical processes such as the Karl Fischer titration, down to purely instrumental methods such as determination the relative humidity with the help of hygrometers or the determination of the Water content of organic solvents with the help of NMR spectroscopy, rei chen. Many procedures require the mate to be examined rial to take a sample, which often results in a partial with solid materials Destruction leads, but there are also a number of procedures that can be suitable sensors a non-destructive determination of the moisture in under allow different materials. Overviews of the known methods can be found in the following books: S. Soloman, Sensors Handbook, McGraw-Hill, New York, 1998; W. Goepel (Editor), Sensors: A Compre hensive survey, VCH Weinheim, 1989.

So kennt man beispielsweise für die Feuchtemessung an Holz, Stein und Mau erwerk elektrische Methoden, bei denen mit Hilfe geeigneter Sensoren die Leit fähigkeit oder die dielektrischen Eigenschaften des Materials gemessen und daraus anhand entsprechender Eichkurven die Feuchtigkeit bestimmt wird. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, nicht unmittelbar den Widerstand oder die Kapazität am zu untersuchenden Materials selbst zu messen, sondern Leitfähig keit oder Kapazität in einer Polymermatrix zu messen, nachdem diese mit dem zu untersuchenden Material in Kontakt gebracht worden ist und Wasser aus die sem Material bis zum Gleichgewicht aufgenommen hat. Nach entsprechender Kalibrierung kann aus den elektrischen Meßgrößen des Polymeren auf den Wassergehalt des zu untersuchenden Materials geschlossen werden. Da die elektrischen Meßgrößen über Leitungen zu den Meßgeräten übertragen werden können, bieten diese Verfahren die Möglichkeit der Fernmessung auch an entle genen Stellen, so daß eine Probenahme in der Regel nicht notwendig ist.For example, it is known for moisture measurement on wood, stone and mau electrical methods, with the help of suitable sensors ability or the dielectric properties of the material measured and the moisture is determined from this using appropriate calibration curves. It is have also been suggested not directly the resistance or the Capacity to measure yourself on the material to be examined, but conductive measure or capacity in a polymer matrix after this with the material to be examined has been brought into contact and water from the material up to equilibrium. After corresponding Calibration can be based on the electrical parameters of the polymer Water content of the material to be examined can be closed. Since the electrical measured quantities are transmitted via lines to the measuring devices can, these methods also offer the possibility of remote measurement locations, so that sampling is usually not necessary.

Auch die elektrischen Feuchtemeßverfahren haben jedoch eine Reihe von Nachteilen: Aufgrund der Leitungswiderstände ist eine Messung über große Entfernungen nur mit erheblichem Aufwand möglich. Gleichzeitig können selbst bei nur kurzen elektrischen Leitungen externe elektrische Felder sehr leicht die Messung stören. Besonders störend wirkt sich vor allem in chemisch aggressiver Umgebung die Korrosionsempfindlichkeit der elektrischen Sensoren aus, die vor allem durch die galvanische Wirkung des in diesen Sensoren fließenden Stroms bedingt wird. Elektrisch arbeitende Feuchtesensoren sind deshalb nicht zur Überwachung durchfeuchteter Bauwerksubstanz, insbesondere Beton, oder in anderer aggressiver Umgebung, beispielsweise in Kläranlagen, einsetzbar. Es wurde daher nach wie vor nach Verfahren zur Feuchtebestimmung gesucht, die die vorgenannten Nachteile nicht aufweisen. Insbesondere bestand ein Bedarf an einem Verfahren mit dem die Feuchte im Innern von Bauwerkssubstanzen, insbesondere in Beton, über einen längeren Zeitraum zerstörungsfrei bestimmt werden kann.However, the electrical moisture measurement methods also have a number of Disadvantages: Due to the line resistance, a measurement over large Distances only possible with considerable effort. At the same time you can with only short electrical lines, external electrical fields very easily Disrupt measurement. Chemically aggressive is particularly disruptive Environment the corrosion sensitivity of the electrical sensors from that before all thanks to the galvanic effect of the current flowing in these sensors is conditioned. Electrically working moisture sensors are therefore not available Monitoring dampened building substance, especially concrete, or in other aggressive environment, for example in wastewater treatment plants. It was therefore still looking for methods for moisture determination, the do not have the aforementioned disadvantages. In particular, there was a need on a process with which the moisture inside building substances, especially in concrete, determined non-destructively over a long period of time can be.

Auch der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zur Feuchtebestimmung zu entwickeln, das die oben geschilderten Nachteile nicht aufweist. Die Erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, das Verhalten sogenannter solvatochromer Farbstoffe für ein Verfahren zur Feuchtebestim mung auszunutzen. Bei solvatochromen Farbstoffen hängt der energetische Ab stand zwischen dem elektronischen Grundzustand des Farbstoffmoleküls und einem angeregten elektronischen Zustand sehr stark von der Polarität des Lö sungsmittels ab, in dem der Farbstoff sich befindet. Da der energetische Abstand für die spektrale Lage der zugehörigen Absorptions- oder Fluoreszenzbande im Spektrum verantwortlich ist, werden Farbe bzw. Fluoreszenzfarbe des Farbstoffs in mehr oder weniger starkem Maße von der Polarität des Lösungsmittels beein flußt (C. Reichardt, Chem. Soc. Rev. 21 (1992), 147-153). Wesentlicher Gedanke der Erfindung ist es, geeignete solvatochrome Farbstoffe in eine wasserunlösli che Polymermatrix einzubetten und deren spektrales Verhalten als Maß für die Feuchtigkeit in dieser Polymermatrix und damit indirekt als Maß für die Feuchtig keit des die Polymermatrix umgebenden Materials zu verwenden. Die Umset zung dieses Gedankens führte dann überraschenderweise zu einem Verfahren, das die oben genannten Nachteile vermeidet und zahlreiche weitere Vorteile aufweist.The object of the present invention was also a new method to develop moisture, which has the disadvantages described above does not have. The invention is based on the idea of behavior So-called solvatochromic dyes for a method for moisture determination exploitation. With solvatochromic dyes, the energetic depends stood between the electronic ground state of the dye molecule and an excited electronic state very much from the polarity of the Lö solvent in which the dye is located. Because the energetic distance for the spectral position of the associated absorption or fluorescence band in the Spectrum is responsible, color or fluorescent color of the dye influenced to a greater or lesser extent by the polarity of the solvent flows (C. Reichardt, Chem. Soc. Rev. 21 (1992), 147-153). Essential thought The invention is suitable solvatochrome dyes in a water insoluble embed polymer matrix and their spectral behavior as a measure of the Moisture in this polymer matrix and thus indirectly as a measure of moisture speed of the material surrounding the polymer matrix. The implementation This idea then surprisingly led to a procedure that avoids the disadvantages mentioned above and numerous other advantages having.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Feuchtebestimmung, bei dem
The invention relates to a method for determining moisture, in which

a) the material, the moisture of which is to be determined, with a water-insoluble Chen polymer matrix containing a dye, in its spectrum at least one band in its spectral position from Moisture content of the matrix is influenced,
b) the location of this band after compensation of the moisture content between Matrix and material with the help of a suitable light source and suitable neten spectrometer is determined and
c) the moisture content is determined on the basis of a calibration curve from the band position becomes.

Vor allem für Fernmessungen wird die den Farbstoff enthaltende Polymermatrix in einem Sensor untergebracht, der mit Lichtquelle und Spektrometer über min destens einen Lichtwellenleiter so verbunden ist, daß die Ermittlung der Ban denlage in Schritt b) aus der Ferne möglich ist. Weitere Gegenstände der Erfin dung sind ein für das Verfahren geeigneter Sensor und eine für das Verfahren geeignete Meßanordnung.The polymer matrix containing the dye is particularly useful for remote measurements housed in a sensor that with light source and spectrometer over min least an optical fiber is connected so that the determination of Ban position in step b) is possible from a distance. Other items of the inventor are a sensor suitable for the method and one for the method suitable measuring arrangement.

Das neue Verfahren eignet sich für in-situ-Messungen an Materialien aller Ag gregatszustände, d. h. für Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase. Da am eigentlichen Meßpunkt keine elektrischen Ströme fließen und keine elektrischen Spannungen anliegen, ist die Korrosionsgefahr auch in aggressiver Umgebung sehr gering. Eine Gefährdung der Arbeitssicherheit durch Funkenbildung kann ohne weiteres völlig ausgeschlossen werden. Das Verfahren zeichnet sich durch hohe Genau igkeit und, da die Meßanordnung keine Drift zeigt, durch hohe Reproduzierbar keit aus. Das Verfahren eignet sich daher auch sehr gut für Langzeitüberwa chungen. Die Verbindung des Sensorkopfes mit den Meßgeräten über Lichtwel lenleiter auf faseroptischer Basis erlaubt die Feuchtebestimmung aus sehr gro ßer Distanz, wobei die Leitungslängen ohne weiteres mehrere 100 m betragen können. Eine Störung durch elektromagnetische Felder oder ionisierende Strah lung ist nicht möglich.The new method is suitable for in-situ measurements on materials of all types of Ag states of gregates, d. H. for solids, liquids and gases. Since the real thing Measuring point no electrical currents flow and no electrical voltages the risk of corrosion is very low even in an aggressive environment. A risk to occupational safety through sparking can easily be be completely excluded. The process is characterized by high accuracy and, since the measuring arrangement shows no drift, through high reproducibility out. The process is therefore also very suitable for long-term monitoring chung. The connection of the sensor head with the measuring devices via Lichtwel Fiber optic-based cables allow very large moisture measurements ß distance, the cable lengths are easily several 100 m can. A disturbance due to electromagnetic fields or ionizing radiation lung is not possible.

Zur Erreichung verläßlicher Meßergebnisse ist es beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht zwingend notwendig, das Material, dessen Feuchte bestimmt werden soll, und die wasserunlösliche Polymermatrix, die den Farbstoff enthält, in unmittelbaren Kontakt zu bringen. Wichtig ist, daß ein ungestörter Ausgleich der Feuchtigkeit zwischen dem Material und der Polymermatrix stattfinden kann. Dies ist auch dann gegeben, wenn sich ein Übertragungsmedium, wie etwa Luft, zwischen der Oberfläche des Materials und der Oberfläche der Polymermatrix befindet, so daß auch Messungen in Schüttgüter, wie etwa Sand und Sägespä nen, ohne weiteres mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich sind. Für die Einstellung des Feuchtegleichgewichts sind in der Regel nur Zeiten im Minuten bereich erforderlich. To achieve reliable measurement results, it is with the invention Process not absolutely necessary, the material whose moisture determines and the water-insoluble polymer matrix that contains the dye, to bring them into direct contact. It is important that an undisturbed compensation the moisture can take place between the material and the polymer matrix. This is also the case when a transmission medium, such as air, between the surface of the material and the surface of the polymer matrix located, so that measurements in bulk materials, such as sand and sawdust NEN, are easily possible with the inventive method. For the Setting the moisture balance is usually only times in minutes area required.

Zum Aufbau der Polymermatrix eignen sich wasserunlösliche organische Poly mere, die vorzugsweise eine hohe Wasseraufnahmefähigkeit und vorzugsweise im trockenen Zustand eine geringe Polarität aufweisen. Bevorzugt werden wei terhin solche Polymeren, die eine hohe Transparenz aufweisen, da dann Licht verluste durch Streuung oder Eigenabsorption nur gering sind. Vorzugsweise sollen die Polymeren auch Glasübergangstemperaturen unterhalb von 100°C aufweisen, da dies die Diffusionsgeschwindigkeit im Polymeren zu begünstigen scheint. Selbstverständlich wird von den Polymeren auch eine hohe chemische Beständigkeit gegen die Materialien erwartet, in denen sie eingesetzt werden. Als besonders geeignet haben sich unter diesen Gesichtspunkten Cellulosea cetat. Celluloseacetatbutyrat, Polymethacrylnitril, Polyamid, hier insbesondere Nylon-6, sowie das 4-Vinylpyridin-Styrol-Copolymere erwiesen. Geeignet sind auch Mischungen dieser Polymeren, soweit sie miteinander verträglich sind. Die Möglichkeiten der Auswahl unter einer großen Anzahl von organischen Polyme ren und Copolymeren gestattet es, die Polymermatrix allen besonderen Anforde rungen optimal anzupassen.Water-insoluble organic poly are suitable for building up the polymer matrix mere, which preferably has a high water absorption capacity and preferably have a low polarity when dry. White are preferred furthermore those polymers which have a high transparency, since then light losses due to scattering or self-absorption are only slight. Preferably The polymers should also have glass transition temperatures below 100 ° C have, since this favor the rate of diffusion in the polymer seems. Of course, the polymers also have a high chemical Resistance to the materials in which they are used are expected. From this point of view, cellulose has proven to be particularly suitable acetate. Cellulose acetate butyrate, polymethacrylonitrile, polyamide, in particular here Nylon-6, as well as the 4-vinylpyridine-styrene copolymer proved. Are suitable also mixtures of these polymers insofar as they are compatible with one another. The Possibilities to choose from a large number of organic polymers Ren and copolymers allows the polymer matrix to meet all special requirements adapt optimally.

Als Farbstoffe werden vorzugsweise solche solvatochromen Farbstoffe verwen det, die sich durch einen großen solvatochromen Effekt, d. h. durch eine weite Verschiebung der charakteristischen Bande in Abhängigkeit von der Polarität der Polymermatrix ausweisen, da diese eine besonders hohe Meßgenauigkeit erge ben. Geeignet sind sowohl Farbstoffe, bei denen eine Absorptionsbande in ihrer spektralen Lage vom Feuchtegehalt der Matrix beeinflußt wird, als auch Farb stoffe, bei denen eine Fluoreszenzbande in dieser Weise beeinflußt wird. Be sonders gut eignen sich für das erfindungsgemäße Verfahren 2,6-Diphenyl-4- (2,4,6-Triphenylpyridinium-1-yl)-phenolat (CAS-Registry-No. 10081-39-7), 5-Dimethylamino-5'-nitro-2,2'-bithiophen (CAS-Registry-No. 149969-21-1) und 5-Amino-2-methyl-1,3-isoindolindion (CAS-Registry-No. 2307-00-8). Bei den bei den erstgenannten Verbindungen handelt es sich um Farbstoffe, deren längst wellige Absorptionbande sich mit steigendem Wassergehalt der Polymermatrix zu kürzeren Wellenlängen verschiebt. So liegt beispielsweise das Maximum der längstwelligen Absorptionsbande des genannten Phenolats in trockenem Poly methacrylnitril bei 602 nm, während das Maximum bei einem Wassergehalt von 28 Gew.-% in Polymethacrylnitril bei 562 nm zu finden ist. Bei dem genannten Indolindionfarbstoff handelt es sich dagegen um einen Fluoreszenzfarbstoff, bei dem die Lage des Maximums der Fluoreszenzbande vom Wassergehalt der Po lymermatrix abhängt.Such solvatochromic dyes are preferably used as dyes Det, which is characterized by a large solvatochromic effect, d. H. through a wide Shift of the characteristic band depending on the polarity of the Identify polymer matrix, as this results in a particularly high measuring accuracy ben. Both dyes are suitable, in which an absorption band in their spectral location is affected by the moisture content of the matrix, as well as color substances in which a fluorescence band is influenced in this way. Be 2,6-diphenyl-4- are particularly suitable for the process according to the invention (2,4,6-triphenylpyridinium-1-yl) phenolate (CAS Registry No. 10081-39-7), 5-dimethylamino-5'-nitro-2,2'-bithiophene (CAS Registry No. 149969-21-1) and 5-Amino-2-methyl-1,3-isoindolinedione (CAS Registry No. 2307-00-8). With the at The first-mentioned compounds are dyes, their long since wavy absorption band with increasing water content of the polymer matrix shifts to shorter wavelengths. For example, the maximum of Longest-wave absorption band of the phenolate mentioned in dry poly methacrylonitrile at 602 nm, while the maximum at a water content of 28% by weight can be found in polymethacrylonitrile at 562 nm. With the above Indolindione dye, on the other hand, is a fluorescent dye, at which is the location of the maximum of the fluorescence band from the water content of the Po lymermatrix depends.

Die Einarbeitung des Farbstoffs in die Polymermatrix kann im einfachsten Falle dadurch erreicht werden, daß beide Komponenten in einem gemeinsamen Lö sungsmittel gelöst und dieses Lösungsmittel dann wieder aus der Mischung, bei spielsweise durch Abdampfen, entfernt wird. Auf diese Weise lassen sich Folien oder blockförmige Polymermatrices herstellen, die gewünschtenfalls nachträglich auch mechanisch oder im Schmelzverfahren weiter verformt werden können. In Einzelfällen kann es auch zweckmäßig sein, das Polymermaterial nach der Ein bettung des Farbstoffs auf üblichem Wege zu vernetzen und dadurch seine Lös lichkeit zu verringern und die chemische und mechanische Widerstandsfähigkeit der Polymermatrix zu erhöhen. Möglich ist es aber auch, geeignete Farbstoffde rivate in polymeranaloger Reaktion oder durch direktes Einpolymerisieren kova lent mit dem Polymermolekül zu verbinden und auf diese Weise Farbstoff und Matrix zu vereinigen. Dies kann vor allem dann vorteilhaft sein, wenn Farbstoffe verwendet werden sollen, die zum Auswandern aus der Polymermatrix neigen. Die Löslichkeit des Farbstoffs in dem Polymeren, das die Matrix bildet, ist im all gemeinen kein begrenzender Faktor, da nur sehr wenig Farbstoff benötigt wird, um eine zuverlässige Messung der Absorption bzw. der Fluoreszenz zu ermögli chen. Vorzugsweise werden solche Mengen an Farbstoff verwendet, daß die Extinktionen im Maximum der zu messenden Bande zwischen etwa 0,4 und etwa 2, insbesondere zwischen etwa 0,5 und etwa 1,5, liegt. Ähnliche Größenordnun gen sollte bei Verwendung eines Fluoreszenzfarbstoffes die Extinktion der für die Anregung verwendeten Bande aufweisen, doch können hier selbstverständlich auch höhere Konzentrationen an Fluoreszenzfarbstoff verwendet werden.The easiest way is to incorporate the dye into the polymer matrix can be achieved in that both components in a common Lö Solvent dissolved and this solvent then again from the mixture for example by evaporation. In this way, foils or produce block-shaped polymer matrices, which can be added later if required can also be deformed mechanically or by melting. In In individual cases, it may also be appropriate to add the polymer material after the one bed of the dye to crosslink in the usual way and thereby its dissolving to reduce the chemical and mechanical resistance to increase the polymer matrix. But it is also possible to use suitable dyes derivatives in a polymer-analogous reaction or by direct polymerisation kova lent to connect with the polymer molecule and in this way dye and Unite matrix. This can be especially beneficial when coloring to be used, which tend to migrate from the polymer matrix. The solubility of the dye in the polymer that forms the matrix is all in all generally no limiting factor, since only very little dye is required, to enable a reliable measurement of the absorption or fluorescence chen. Such amounts of dye are preferably used that the Absorbances in the maximum of the band to be measured between about 0.4 and about 2, in particular between about 0.5 and about 1.5. Similar sizes If a fluorescent dye is used, the extinction of the Have used excitation band, but can of course here higher concentrations of fluorescent dye can also be used.

Als Lichtquellen kommen für die Absorptionsmessungen übliche Weißlichtquel len, das heißt Lichtquellen mit einem kontinuierlichen Spektrum im sichtbaren spektralen Bereich in Frage, wie beispielsweise Halogenlampen, Weißlicht- Leuchtdioden und Xenonlampen. Für die Anregung der Fluoreszenz eignet sich jede Lichtquelle mit ausreichend starker ultravioletter Strahlung, wie beispiels weise Deuterium-Lampen, Eximer-Laser, verdreifachte Nd-YAG-Laser und UV- Leuchtdioden.Conventional white light sources come as light sources for the absorption measurements len, i.e. light sources with a continuous spectrum in the visible spectral range in question, such as halogen lamps, white light LEDs and xenon lamps. It is suitable for the excitation of fluorescence any light source with sufficiently strong ultraviolet radiation, such as wise deuterium lamps, eximer lasers, tripled Nd-YAG lasers and UV LEDs.

Zur spektralen Analyse des aus der Polymermatrix austretenden Lichts, das heißt hier zur Ermittlung der Wellenlänge des Bandenmaximums, wird ein Spek trometer mit einer für die gewünschte Genauigkeit ausreichenden Auflösung be nötigt. Derartige Gerät sind in vielfältiger Form im Handel. Geeignet sind bei spielsweise Geräte mit durchstimmbarem Monochromator und nachgeschalteter Detektoreinheit, die allerdings eine verhältnismäßig lange Meßzeit benötigen. Eine schnellere Messung ist beispielsweise mit einem CCD-Zeilen-Spektrometer möglich, bei dem das zu analysierende Licht mit Hilfe eines Gitters in seine spektralen Bestandteile zerlegt und diese gleichzeitig in einer entsprechend ge stalteten charged coppled device (CCD)-Zeile vermessen werden.For spectral analysis of the light emerging from the polymer matrix, the means here to determine the wavelength of the band maximum, a spec trometer with a resolution sufficient for the desired accuracy compelled. Such devices are commercially available in a variety of forms. Are suitable for for example devices with a tunable monochromator and downstream Detector unit, which, however, require a relatively long measuring time. A faster measurement is, for example, with a CCD line spectrometer possible, in which the light to be analyzed is grated into its spectral components disassembled and these at the same time in a corresponding ge designed charged coppled device (CCD) line can be measured.

Die Führung des Lichts von der Lichtquelle zur Polymermatrix und von dieser zum Spektrometer kann prinzipiell in herkömmlicher Weise gestaltet werden, d. h. mit Hilfe luftgefüllter, geradliniger Kanäle, wobei eine Umlenkung ggf. mit Spie geln erreicht wird. Besonders bevorzugt wird im Rahmen der Erfindung aber die Führung des Lichts mit Hilfe von Lichtwellenleitern, insbesondere von Faseropti ken. Die Verwendung von Lichtwellenleitern, die aus Fasern aufgebaut sind, und der Einsatz von eigenen Sensoren, in denen die Farbstoff enthaltende Polymer matrix untergebracht ist, ermöglichen erst die räumliche Trennung von Meßort und Signalverarbeitung in der Praxis. Vorzugsweise werden als Lichtwellenleiter solche aus Quarzglasfasern oder aus Fasern organischer Polymerer verwendet. Die letzteren werden besonders bevorzugt, wenn hohe Biegsamkeit und Korro sionsbeständigkeit gegen alkalische Materialien gefordert werden. Ansonsten werden die üblichen Fachkenntnisse der Faseroptik ausgenutzt:Guiding the light from the light source to and from the polymer matrix to the spectrometer can in principle be designed in a conventional manner, d. H. with the help of air-filled, straight-line channels, with a deflection if necessary with spie is achieved. In the context of the invention, however, is particularly preferred Guiding the light with the help of optical fibers, especially fiber optics ken. The use of fiber optic cables and the use of own sensors in which the dye-containing polymer matrix is housed, enable the spatial separation of the measurement site and signal processing in practice. Are preferably used as optical fibers those made from quartz glass fibers or from fibers of organic polymers. The latter are particularly preferred when high flexibility and corrosion resistance to alkaline materials. Otherwise the usual specialist knowledge of fiber optics is used:

Das Licht der Lichtquelle wird vorzugsweise über eine Fokusieroptik in den Lichtwellenleiter eingekoppelt, der zur Polymermatrix hinführt. Als Fokusieroptik können beispielsweise sogenannte Faserkollimatoren oder Gradientenindexlin sen dienen. Die als Lichtwellenleiter dienenden Fasern oder Faserbündel müs sen nicht durchgehend verlegt werden, sondern können an geeigneter Stelle unterbrochen werden und durch Faserkoppler für die Messung verbunden wer den. Am Ende des Lichtwellenleiters befindet sich die Polymermatrix, vorzugs weise in einem Sensor integriert.The light from the light source is preferably in the focusing Optical fiber coupled in, which leads to the polymer matrix. As focusing optics can, for example, so-called fiber collimators or gradient index lines serve. The fibers or fiber bundles serving as optical fibers must not be laid continuously, but can be placed in a suitable place be interrupted and connected by fiber couplers for the measurement the. The polymer matrix is located at the end of the optical waveguide, preferably integrated in a sensor.

Wird mit einem Absorptionsfarbstoff gearbeitet, so ist es durchaus möglich, das Licht durch die Polymermatrix hindurchtreten und auf der gegenüberliegenden Seite von einem zweiten Lichtleiter aufnehmen zu lassen, der dieses Licht zum Spektrometer führt. Im Falle eines Fluoreszenzfarbstoffes kann das emittierte Fluoreszenzlicht grundsätzlich in jeder Richtung mit einem zweiten Lichtleiter abgenommen werden; vorzugsweise wird dieser zweite Lichtleiter aber im rech ten Winkel zum ersten Lichtleiter von der Polymermatrix weggeführt. Vorteilhafter ist es aber, den erfindungsgemäß verwendeten Sensor so zu gestalten, daß das durch die Absorption des Farbstoffs geschwächte Licht beziehungsweise das vom Farbstoff emittierte Fluoreszenzlicht wieder in dasselbe Lichtleiterkabel zu rückgeworfen wird. Auf diese Weise kommt man für Hin- und Rückleitung mit nur einem Lichtkabel am Sensor auf. Das von der Polymermatrix zurückkommende Licht wird dann aus diesem Lichtwellenleiter mit Hilfe eines an sich bekannten Y- Kopplers zumindest anteilsweise ausgekoppelt und über ein abzweigendes Lichtleiterkabel zum Spektrometer geführt. Ein unmittelbarer Übergang des von der Lichtquelle kommenden Lichts zum Spektrometer wird durch den Y-Koppler verhindert.If you work with an absorption dye, it is quite possible that Light pass through the polymer matrix and on the opposite Side to be picked up by a second light guide that this light to Leads spectrometer. In the case of a fluorescent dye, the one emitted Fluorescent light basically in every direction with a second light guide be removed; however, this second light guide is preferably used th angle to the first light guide away from the polymer matrix. More advantageous but it is to design the sensor used according to the invention so that the light weakened by the absorption of the dye or that fluorescent light emitted by the dye is fed back into the same light guide cable is thrown back. In this way, one comes for forward and return lines with only light cable on the sensor. The one coming back from the polymer matrix Light is then emitted from this optical waveguide with the help of a Y Coupler at least partially decoupled and via a branching Fiber optic cable to the spectrometer. An immediate transition from The light coming from the light source becomes the spectrometer through the Y-coupler prevented.

Im erfindungsgemäßen Verfahren bietet die Verwendung von Fluoreszenzfarb stoffen einige wesentliche Vorteile gegenüber der Verwendung von Farbstoffen, die nur eine solvatochrome Absorptionsbande aufweisen. Die entscheidenden Banden des Fluoreszenzspektrums sind auch bei Einsatz der Farbstoffe in der Polymermatrix deutlich schmaler als die Banden des Absorptionsspektrums. Da durch ist die Bestimmung der Lage des Maximums der Fluoreszenzbande bei gleicher Auflösung des Spektrometers wesentlich genauer als die einer Absorp tionsbande. Da bei Fluoreszenzfarbstoffen die Anregung in der Regel im Ultra violettbereich erfolgt, das Fluoreszenzlicht aber im sichtbaren Spektralbereich abgegeben wird, haben Dämpfungen, die bei einigen Lichtleiterkabeln auftreten, keinen Einfluß auf das zu messende Fluoreszenzspektrum. Bei Absorptionsmes sungen, die an die Verwendung von Weißlicht gebunden sind, können die Dämpfungen des Lichtleiterkabels unter ungünstigen Umständen dazu führen, daß zur Aufnahme des Spektrums und der Bestimmung der genauen Bandenla ge eine Referenzmessung durchgeführt werden muß, um den spektralen Einfluß der gesamten Meßanordnung berücksichtigen zu können.In the method according to the invention, the use of fluorescent color offers some significant advantages over the use of dyes, which have only one solvatochromic absorption band. The crucial ones Bands of the fluorescence spectrum are also in the use of the dyes Polymer matrix significantly narrower than the bands of the absorption spectrum. There is the determination of the position of the maximum of the fluorescence band at same spectrometer resolution much more accurate than that of an absorber ties. Since the excitation for fluorescent dyes is usually in the Ultra violet range occurs, but the fluorescent light in the visible spectral range have attenuations that occur with some fiber optic cables, no influence on the fluorescence spectrum to be measured. At absorption measurement Solutions that are tied to the use of white light can Attenuation of the fiber optic cable under unfavorable circumstances lead to that for recording the spectrum and determining the exact Bandla a reference measurement must be carried out to determine the spectral influence to be able to take into account the entire measuring arrangement.

Der im erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Sensor ist auch ein eigener Gegenstand der Erfindung. Er weist als wesentlichen Bestandteil die von außen zugängliche wasserunlösliche Polymermatrix auf, die ihrerseits den solvato chromen Farbstoff enthält, in dessen Spektrum wenigstens eine Bande in ihrer spektralen Lage vom Feuchtigkeitsgehalt der Matrix beeinflußt wird. Der Sensor ist so ausgebildet, daß er mit mindestens einem Lichtwellenleiter so verbunden werden kann oder fest verbunden ist, daß über diesen Lichtwellenleiter das Licht der externen Lichtquelle in die Polymermatrix eingestrahlt werden kann und daß über diesen oder einen weiteren Lichtwellenleiter das aus der Matrix austretende Licht wenigstens anteilsweise einem Spektrometer zugeleitet werden kann. Der Sensor stellt damit im wesentlichen einen Halter sowohl für die Polymermatrix als auch für den oder die Lichtwellenleiter dar. Ist der Sensor nicht fest mit den Lichtwellenleitern verbunden, so enthält er einen oder mehrere geeignete Kopp ler für die als Lichtwellenleiter verwendeten Fasern oder Faserbündel.The sensor used in the method according to the invention is also a separate one Subject of the invention. As an essential component, it shows the outside accessible water-insoluble polymer matrix, which in turn solvato contains chromic dye, in the spectrum at least one band in their spectral location is influenced by the moisture content of the matrix. The sensor is designed so that it is connected to at least one optical fiber can be or is firmly connected that the light via this optical fiber the external light source can be radiated into the polymer matrix and that the one emerging from the matrix via this or a further optical waveguide Light can at least partially be fed to a spectrometer. The The sensor essentially provides a holder for both the polymer matrix as well as for the optical fiber (s). If the sensor is not fixed with the Optical fibers connected, it contains one or more suitable couplers ler for the fibers or fiber bundles used as optical fibers.

Üblicherweise hat der Sensor die Form eines ein- oder mehrteiligen Gehäuses, das die Polymermatrix aber nur soweit umschließt, daß ein ausreichender Feuchtigkeitsübertritt von dem zu untersuchenden Material in die Polymermatrix möglich ist. Üblicherweise enthält das Sensorgehäuse daher ein oder mehrere Fenster, die die Zugänglichkeit der Polymermatrix gewährleisten. Das Sensorge häuse dient nicht zuletzt dem mechanischen Schutz der Polymermatrix und ist daher vorzugsweise aus hartem, widerstandsfähigem Material gefertigt. In einfa cheren Fällen eignen sich hier ausreichend feste Kunststoffe; vorzugsweise wer den aber Metalle, insbesondere Edelstähle, verwendet. Je nach Einsatzbereich ist auf eine ausreichende Korrosionsfestigkeit des Gehäusematerials zu achten. Wenn nötig, kann bei Einsatz in besonders aggressiven Medien die Polymerma trix durch eine widerstandsfähige, für Wasserdampf durchlässige Membran ge schützt werden, die das oder die Fenster im Polymergehäuse verschließt.Usually the sensor is in the form of a one-part or multi-part housing, that only surrounds the polymer matrix to the extent that a sufficient Moisture transfer from the material to be examined into the polymer matrix is possible. The sensor housing therefore usually contains one or more Windows that ensure the accessibility of the polymer matrix. The sensor Last but not least, mechanical protection of the polymer matrix is and is therefore preferably made of hard, resistant material. In simple Cheren cases are sufficiently strong plastics here; preferably who but the metals, especially stainless steels used. Depending on the area of application ensure that the housing material has sufficient corrosion resistance. If necessary, the polymer can be used in particularly aggressive media trix thanks to a resistant membrane that is permeable to water vapor be protected, which closes the window or windows in the polymer housing.

In einer besonderen Ausführungsform ist der Sensor mit einer oder auch mehre ren reflektierenden Flächen versehen, die so angeordnet sind, das eingestrahl tes Licht und aus der Polymermatrix austretendes Licht am Sensor mit nur einem Lichtwellenleiter übertragen werden können. Insbesondere für die Messung der Absorption kann es dabei vorteilhaft sein, die reflektierenden Flächen so anzu ordnen, daß eine mehrfache Durchstrahlung der Polymermatrix stattfindet bevor das Licht wieder in den Lichtwellenleiter eintritt.In a special embodiment, the sensor is with one or more Ren reflective surfaces, which are arranged so that the incident light and light emerging from the polymer matrix on the sensor with just one Optical fibers can be transmitted. Especially for measuring the Absorption, it can be advantageous to turn on the reflective surfaces order that multiple irradiation of the polymer matrix takes place before the light re-enters the optical fiber.

Eine für das erfindungsgemäße Verfahren in vielen Fällen sehr gut geeignete Ausführungsform eines Sensors ist in Abb. 1 schematisch wiedergegeben. Das Gehäuse des Sensors besteht aus einem quaderförmigen Edelstahlblock (2), der eine durchgehende vertikale Bohrung (3) aufweist. Durch eine radial auf diese Öffnung (3) geführte Bohrung wird der Lichtwellenleiter (1) bis an den äu ßeren Rand der Öffnung (3) geführt. Er ist mit dem Gehäuse (2) in geeigneter Weise, beispielsweise durch Verkleben, fest verbunden. Der durch die Bohrung (3) gebildete Hohlraum ist mit der Polymermatrix, die den solvatochromen Farb stoff enthält, ausgefüllt. Die in der Abb. 1 weiterhin gezeigte Nut (4) dient der Befestigung des Sensors und kann fehlen, wenn eine Befestigung nicht not wendig ist oder in anderer Weise vorgenommen wird.An embodiment of a sensor that is very well suited for the method according to the invention is shown schematically in FIG. 1. The housing of the sensor consists of a rectangular stainless steel block ( 2 ) which has a continuous vertical bore ( 3 ). The optical waveguide ( 1 ) is guided up to the outer edge of the opening ( 3 ) through a hole which is guided radially onto this opening ( 3 ). It is firmly connected to the housing ( 2 ) in a suitable manner, for example by gluing. The cavity formed by the bore ( 3 ) is filled with the polymer matrix that contains the solvatochromic dye. The groove ( 4 ) also shown in Fig. 1 is used to attach the sensor and may be missing if attachment is not necessary or is carried out in some other way.

Im Betrieb wird diesem Sensor das Licht der Lichtquelle durch den Lichtwellen leiter (1) zugeführt. Da Licht passiert die in der Bohrung (3) befindliche Polymer matrix und wird von den spiegelnd ausgeführten Innenflächen der zylindrischen Öffnung (3) zurückgeworfen. Es tritt zum Teil erst nach mehrfachem Durchgang durch die Polymermatrix und mehrfacher Reflexion wieder in den Lichtwellenlei ter (1) ein und wird von diesem nach Aufspaltung in einem Y-Koppler zum Spek trometer transportiert. Bei Verwendung eines Fluoreszenzfarbstoffes in der Po lymermatrix leitet der Lichtwellenleiter (1) das in der Matrix entstehende Fluores zenzlicht zumindest anteilig zurück.In operation, this sensor is fed the light from the light source through the optical waveguide ( 1 ). The light passes through the polymer matrix in the bore ( 3 ) and is reflected by the reflective inner surfaces of the cylindrical opening ( 3 ). It occurs in part only after repeated passage through the polymer matrix and multiple reflection in the Lichtwellenlei ter ( 1 ) and is transported by this after splitting in a Y-coupler to the spectrometer. If a fluorescent dye is used in the polymer matrix, the optical waveguide ( 1 ) at least partially returns the fluorescent light that arises in the matrix.

Eine weitere, besonders bevorzugte Ausführungsform des Sensors ist die ge mäß Anspruch 16. Eine Variante dieser Ausführung ist in Abb. 2 schema tisch wiedergegeben. Hier besteht das Sensorgehäuse aus zwei Teilen (1) und (8), die miteinander durch die Bohrungen (3) verschraubt werden können. Der Rumpf (8) ist als Edelstahlzylinder ausgebildet, der eine axiale Bohrung (5) auf weist, in der der Lichtwellenleiter (6) durch den Zylinder hindurchgeführt wird, so daß seine Endfläche flächenbündig mit der Zylinderkopffläche endet. Das eben falls aus Edelstahl bestehende scheibenförmige Gegenstück (1) ist auf der in nenliegenden Scheibenfläche spiegelnd poliert und weist neben zwei für die Schraubenbefestigung vorgesehenen Bohrungen (3) eine weitere Bohrung (2) auf, die den Feuchtigkeitszutritt zur Polymermatrix gewährleisten soll. Diese Boh rung (2) liegt soweit außerhalb des Mittelpunktes der Scheibe, daß ihre Fläche nach Befestigung des Gegenstücks (8) auf dem Rumpf (1) die Endfläche des Lichtwellenleiters nicht überschneidet. Die Polymermatrix (4) ist bei dieser Aus führung des Sensors als kreisförmige Folie gestaltet, die so bemessen ist, daß sowohl die Endfläche des Lichtwellenleiters als auch die Querschnittsfläche der Bohrung (2) überdeckt werden, wenn die Folie zwischen Rumpf und Abdeckung eingeschraubt wird. Durch geeignete Abstandshalter, die in der Zeichnung nicht wiedergegeben sind, wird dafür gesorgt, daß die spiegelnd ausgestaltete Fläche des Gegenstücks (1) nach dem Verschrauben der beiden Gehäuseteile vollflä chig auf der Polymerfolie aufliegt und der Endfläche des Lichtwellenleiters plan parallel gegenübersteht. Eine Nut (7) im Rumpf (8) dient der Befestigung des Sensors.Another, particularly preferred embodiment of the sensor is according to claim 16. A variant of this embodiment is shown schematically in Fig. 2. Here the sensor housing consists of two parts ( 1 ) and ( 8 ), which can be screwed together through the holes ( 3 ). The fuselage ( 8 ) is designed as a stainless steel cylinder which has an axial bore ( 5 ) in which the optical waveguide ( 6 ) is guided through the cylinder, so that its end surface ends flush with the cylinder head surface. The disc-shaped counterpart ( 1 ), which is also made of stainless steel, is mirror-polished on the inner disc surface and, in addition to two holes ( 3 ) provided for screw fastening, has a further hole ( 2 ) which is intended to ensure moisture access to the polymer matrix. This Boh tion ( 2 ) is so far outside the center of the disc that its surface does not overlap the end surface of the optical fiber after attachment of the counterpart ( 8 ) on the fuselage ( 1 ). The polymer matrix ( 4 ) is designed in this embodiment of the sensor as a circular film, which is dimensioned such that both the end face of the optical waveguide and the cross-sectional area of the bore ( 2 ) are covered when the film is screwed between the fuselage and cover. By suitable spacers, which are not shown in the drawing, it is ensured that the mirror-like surface of the counterpart ( 1 ) after the screwing of the two housing parts rests completely on the polymer film and the end face of the optical waveguide faces flat parallel. A groove ( 7 ) in the fuselage ( 8 ) is used to attach the sensor.

Im Betrieb wird auch bei dieser Ausführungsform das Licht der Lichtquelle durch den Lichtwellenleiter (6) zur Polymermatrix (4) geleitet, durchdringt diese, wird an der spiegelnd ausgeführten Innenfläche des Gegenstücks (1) reflektiert, passiert nochmals die Polymermatrix und tritt dann wieder in den Lichtwellenleiter (6) ein. Bei Verwendung eines Fluoreszenzfarbstoffes in der Polymermatrix leitet der Lichtwellenleiter (6) das in der Polymermatrix entstehende Fluoreszenzlicht zu mindest anteilig zurück.In operation, in this embodiment too, the light from the light source is guided through the optical waveguide ( 6 ) to the polymer matrix ( 4 ), penetrates it, is reflected on the reflecting inner surface of the counterpart ( 1 ), passes through the polymer matrix again and then re-enters the Optical fiber ( 6 ). If a fluorescent dye is used in the polymer matrix, the optical waveguide ( 6 ) at least partially returns the fluorescent light produced in the polymer matrix.

Sensoren, die wie die in Abb. 2 gezeigte Ausführungsform die Polymerma trix in einer Folienform enthalten, eigenen sich besonders gut für die Serienferti gung, da die benötigten farbstoffenthaltenden Polymerfolien leicht durch Rakeln oder Spincoaten mit reproduzierbarer Dicke in beliebiger Größe hergestellt wer den können. Die Fertigstellung des Sensors erfolgt dann durch einfachen Zu sammenbau der Einzelteile.Sensors which, like the embodiment shown in Fig. 2, contain the polymer matrix in a film form are particularly suitable for series production, since the dye-containing polymer films required can easily be produced in any size by squeegee or spin coating with reproducible thickness. The sensor is then completed by simply assembling the individual parts.

Das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße Meßanordnung und die erfindungsgemäßen Sensoren eignen sich zur Bestimmung der Feuchte in verschiedensten Materialien, beispielsweise in Schüttgütern wie Sand, Mehl, Korn und Sägespänen, zur Bestimmung der Feuchte im Erdboden, zur Bestim mung des Wassergehalts organischer Flüssigkeiten und zur Bestimmung der relativen Luftfeuchte. Mit besonderem Vorteil werden sie zur Feuchtebestim mung in porösen Baustoffen, insbesondere in Beton, eingesetzt. Die äußerst wi derstandsfähigen Sensoren können in den Beton während des Konstruktions vorgangs eingegossen werden und liefern wenn nötig jahrelang Meßdaten über die Feuchtigkeit im Innern des Betonbauteils. Auf diese Weise kann einerseits einer vorzeitigen Austrocknung des Betons während des Aushärtevorgangs vor gebeugt werden, andererseits kann später aufsteigende Feuchtigkeit, z. B. in un genügend abgedichteten Fundamenten oder bei unzureichender Dichtigkeit ge gen Witterungseinflüsse erkannt werden. Dadurch können rechtzeitig Gegen maßnahmen eingeleitet werden, um zu verhindern, daß mit dem Porenwasser Schadstoffe in den Beton eingetragen werden, die zur Korrosion von Beton und Stahlarmierung führen. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mögliche meßtechnische Erfassung des Feuchtegehalts von Bauwerksbeton ist deshalb von weitreichender Bedeutung für die Bauwerksüberwachung. The method according to the invention, the measuring arrangement according to the invention and the sensors according to the invention are suitable for determining the moisture in various materials, for example in bulk goods such as sand, flour, Grain and sawdust, for determining the moisture in the ground, for determination measurement of the water content of organic liquids and for the determination of relative humidity. They are particularly useful for determining moisture tion in porous building materials, especially in concrete. The extremely wi Durable sensors can be placed in the concrete during construction process and if necessary provide years of measurement data the moisture inside the concrete component. In this way, on the one hand premature drying of the concrete during the hardening process be bent, on the other hand, rising damp, e.g. B. in un enough sealed foundations or in the event of insufficient tightness against weather influences. This allows countermeasures to be made in time Measures are taken to prevent pore water Pollutants are entered in the concrete, leading to the corrosion of concrete and Lead steel reinforcement. The possible with the inventive method Measurement of the moisture content of building concrete is therefore of far-reaching importance for building supervision.

Examples 1.Sensor housing according to Fig. 1

Aus einem Block V2A-Stahl wurde ein Sensorgehäuse entsprechend Abb. 1 mit folgenden Abmessungen hergestellt: Länge 30 mm, Breite 10 mm, Höhe 8 mm. Der Durchmesser der Bohrung (3) betrug 2 mm. Die Nut (4) hatte eine Tiefe von 3 mm und eine Breite von 2 mm. Über die radial auf die Öffnung (3) treffende Bohrung wurde als Lichtwellenleiter eine Standardfaser der Firma Harting (Espekamp), deren Kern aus Polymethylmethacrylat be stand, mit Hilfe eines 2-Komponentenklebers eingeklebt. Der Lichtwellenlei ter hatte die Bezeichnung LWL-Kabel POF Simplex 2.2.A sensor housing according to Fig. 1 was made from a block of V2A steel with the following dimensions: length 30 mm, width 10 mm, height 8 mm. The diameter of the bore ( 3 ) was 2 mm. The groove ( 4 ) had a depth of 3 mm and a width of 2 mm. A standard fiber from Harting (Espekamp), the core of which was made of polymethyl methacrylate, was glued in with the aid of a two-component adhesive as an optical waveguide via the hole radially hitting the opening ( 3 ). The optical waveguide had the designation LWL-Kabel POF Simplex 2.2.

2. Sensor housing according to Fig. 2

Auch dieses Sensorgehäuse wurde in seinen Teilen aus massivem V2A- Stahl hergestellt. Der Durchmesser des Rumpfes (8) betrug 20 mm, seine Länge 43 mm. Das Gegenstück (1) hatte einen Durchmesser von 20 mm und eine Dicke von 3 mm. Die Bohrung (5) zur Aufnahme des Lichtwellenleiters hatte einen Durchmesser von 2 mm. Der Durchmesser der Öffnung (2) lag bei 6 mm, die Nut (7) hatte eine Breite 2 mm und eine Tiefe von 1,5 mm. Auch hier wurde das Lichtwellenleiterkabel POF Simplex 2.2 verwendet und in die Bohrung (5) so eingeklebt, daß seine Endfläche bündig mit der Endflä che des Rumpfes (8) zu liegen kam. Zusätzlich wurde hier das Lichtwellen leiterkabel am Rumpf (8) mit einem Schrumpfschlauch befestigt. The parts of this sensor housing were also made of solid V2A steel. The diameter of the fuselage ( 8 ) was 20 mm, its length 43 mm. The counterpart ( 1 ) had a diameter of 20 mm and a thickness of 3 mm. The bore ( 5 ) for receiving the optical fiber had a diameter of 2 mm. The diameter of the opening ( 2 ) was 6 mm, the groove ( 7 ) had a width of 2 mm and a depth of 1.5 mm. Here, too, the POF Simplex 2.2 fiber optic cable was used and glued into the bore ( 5 ) so that its end face came to lie flush with the end face of the fuselage ( 8 ). In addition, the fiber optic cable was attached to the fuselage ( 8 ) with a shrink tube.

3. Production and application of the dye-doped polymer matrix

In 3 ml Dimethylsulfoxid wurden 10 mg 2,6-Diphenyl-4-(2,4,6- triphenylpyridinium-1-y1)-phenolat und 200 mg Polymethacrylnitril gelöst. Die Lösung wurde filtriert und anschließend in die Bohrung (3) des Sensorgehäu ses gemäß Abb. 1 eingefüllt. Nach dem Abdampfen des Lösungsmittels hatte sich eine optisch homogene glasartige Polymerschicht in dieser Öff nung gebildet.10 mg of 2,6-diphenyl-4- (2,4,6-triphenylpyridinium-1-y1) phenolate and 200 mg of polymethacrylonitrile were dissolved in 3 ml of dimethyl sulfoxide. The solution was filtered and then filled into the bore ( 3 ) of the sensor housing as shown in Fig. 1. After the solvent had evaporated, an optically homogeneous glass-like polymer layer had formed in this opening.

Zur Anwendung im Sensorgehäuse gemäß Abb. 2 wurde die vorste hend beschriebene Lösung in Dimethylsulfoxid auf eine transparente Poly esterfolie aufgetropft und nach gleichmäßigem Verlauf getrocknet. Dabei bil dete sich auf der Polyesterfolie eine optisch homogene gleichmäßige Schicht der Polymermatrix. Zum Einbau in den Sensor gemäß Abb. 2 wurde die Matrix nicht von der Polyesterfolie getrennt, sondern mit dieser Folie zu einer kreisförmigen Platte mit einem Durchmesser von 10 mm gestanzt. Der Ein bau dieser Platte (4) in den Sensor erfolgte in der Weise, daß die Polyester trägerfolie auf dem Rumpf (8) zu liegen kam und die aktive Matrix durch die Öffnung (2) frei zugänglich blieb.For use in the sensor housing according to Fig. 2, the above-described solution in dimethyl sulfoxide was dropped onto a transparent polyester film and dried after a uniform course. An optically homogeneous, uniform layer of the polymer matrix was formed on the polyester film. For installation in the sensor according to Fig. 2, the matrix was not separated from the polyester film, but rather punched with this film into a circular plate with a diameter of 10 mm. A construction of this plate ( 4 ) in the sensor was carried out in such a way that the polyester carrier film came to rest on the fuselage ( 8 ) and the active matrix remained freely accessible through the opening ( 2 ).

4. Calibration of the polymer matrix

Zur Kalibrierung wurden aus der vorstehend beschriebenen Lösung aus Farbstoff und Polymethacrylnitril in Dimethylsulfoxid dünne Schichten der Polymermatrix auf dünnen Glasplättchen aufgezogen und 1 Stunde bei 70°C getrocknet. Die so hergestellten Proben wurden in einem mit einer Feinwaa ge ausgestatteten Klimaschrank bei einer Temperatur von 20°C nacheinan der verschiedenen definierten Luftfeuchten ausgesetzt. Die Proben nahmen unter diesen Bedingungen verschiedene Mengen an Wasser auf, die anhand der Gewichtsänderungen der Proben festgestellt wurden. Gleichzeitig wurde mit Hilfe einer unmittelbar an der Polymerschicht angeordneten Faseroptik über ein außerhalb befindliches Spektrometer die Lage der Absorptionsban de des Farbstoffs bestimmt. Es ergaben sich die in Tabelle 1 wiedergegebe nen Meßdaten, mit deren Hilfe eine Eichkurve erstellt wurde.For calibration, the solution described above was used Dye and polymethacrylonitrile in dimethyl sulfoxide thin layers of the Polymer matrix drawn on thin glass plates and 1 hour at 70 ° C dried. The samples produced in this way were washed in a fine water equipped climate cabinet at a temperature of 20 ° C in succession exposed to the various defined humidity levels. The samples took under these conditions different amounts of water based on changes in the weight of the samples were found. At the same time with the help of a fiber optic arranged directly on the polymer layer the position of the absorption band via a spectrometer located outside de of the dye determined. The results are those shown in Table 1 NEN measurement data, with the help of which a calibration curve was created.

Tabelle 1 Table 1

5. Measurement of moisture in a concrete test specimen

In einer quaderförmigen Verschalung mit den Innenmaßen 50 × 20 × 20 cm wurde eine Baustahlbewehrung angebracht und an dieser mit Hilfe eines Drahtes ein Sensor mit dem oben beschriebenen Sensorgehäuse gemäß Abb. 1 fixiert, der mit der Polymermatrix gemäß Beispiel 3 ausgerüstet war. Der Abstand des Sensorgehäuses von der Schalung betrug 4 cm. Der Lichtwellenleiter wurde durch die offene Seite der Verschalung nach außen geführt. Die Verschalung wurde dann mit Beton der Festigkeitsklasse B25, gemäß DIN 1045, ausgegossen. Der Beton enthielt als Zuschlag Split und Sand, sowie Flugasche. Der Lichtwellenleiter wurde über einen Y-Koppler ei nerseits mit Hilfe einer Linsen-Fokusiereinrichtung an eine Halogen-Weiß lichtlampe und andererseits an ein Vis-Liga-Mikrospektrometer der Firma Micro-Parts angeschlossen.In a cuboid formwork with the internal dimensions 50 × 20 × 20 cm, a reinforcing steel reinforcement was attached and a sensor with the sensor housing described above as shown in FIG. 1, which was equipped with the polymer matrix according to Example 3, was fixed to it with the aid of a wire. The distance between the sensor housing and the formwork was 4 cm. The fiber optic cable was led through the open side of the casing. The formwork was then poured with concrete of strength class B25 in accordance with DIN 1045. As an aggregate, the concrete contained split and sand, as well as fly ash. The optical fiber was connected via a Y-coupler on the one hand to a halogen white light lamp with the aid of a lens focusing device and on the other hand to a Vis-Liga microspectrometer from Micro-Parts.

Die Messungen der Bandenlage wurden am dritten Tag nach Herstellung des Probekörpers direkt nach dessen Ausschalung begonnen und in unregelmä ßigen Abständen über einen Zeitraum von 230 Tagen fortgesetzt. Die Aus wertung erfolgte über die in Tabelle 1 wiedergegebene Eichkurve. Tabelle 2 zeigt die konkreten Ergebnisse dieses Versuchs. Trotz gewisser Schwankun gen wird sehr deutlich, daß der Feuchtigkeitsgehalt im Beton nach dem Er starren zunächst ansteigt und erst im weiteren Verlauf der Reifung allmählich bis nahe Null abnimmt.The measurements of the band position were made on the third day after the production of the Test specimen started immediately after its stripping and in irregular intervals continued over a period of 230 days. The out evaluation was carried out using the calibration curve shown in Table 1. Table 2 shows the concrete results of this experiment. Despite certain fluctuations It becomes very clear that the moisture content in the concrete after the Er rigid initially rises and only gradually as the ripening continues decreases to near zero.

Tabelle 2 Table 2

Claims

1. Procedure for moisture determination, in which

a) the material, the moisture of which is to be determined, is associated with a water-insoluble polymer matrix which contains a dye, in the spectrum of which at least one band is influenced in its spectral position by the moisture content of the matrix,
b) the position of this band after compensation of the moisture content between the matrix and the material is determined using a suitable light source and a suitable spectrometer and
c) the moisture content is determined on the basis of a calibration curve from the band position.

2. The method of claim 1, wherein a dye is used, the one Has absorption band, the spectral location of the moisture content of the Polymer matrix is influenced, and the location of this band in step b mitit is communicated.

3. The method of claim 1, wherein a dye is used, the one Has fluorescence band, the spectral location of the moisture content of the Polymer matrix is influenced, and the location of this band in step b mitit is communicated.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, in which the dye ent Holding polymer matrix is housed in a sensor with a light source and spectrometer via at least one optical waveguide, preferably fiber optic base, is connected so that the determination of the band position in Step b is possible from a distance.

5. The method of claim 4, wherein the sensor at least one reflection rende area in such an arrangement that irradiated and out The polymer matrix emits light at the sensor via only one light wave conductors can be transferred.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the polymer from which the polymer matrix is formed from the group cellulose acetate, Cellu loose acetate butyrate, polymethacrylonitrile, polyamide, 4-vinyl pyridine styrene Copolymer and blends of these polymers is selected.

7. The method according to any one of claims 1, 2, 4 to 6, wherein the dye from is selected from the group 2,6-diphenyl-4- (2,4,6-triphenylpyridinium-1-yl) - phenolate and 5-dimethylamino-5'-nitro-2,2'-bithiophene.

8. The method according to any one of claims 1, 3, 4 to 6, in which as fluorescence dye 5-amino-2-methyl-1,3-isoindolinedione is used.

9. Sensor for determining the moisture in a method according to one of the Claims 4 to 8, which is an externally accessible water-insoluble poly has mermatrix, which contains a dye, in its spectrum little at least one band in its spectral position from the moisture content of the matrix is influenced, and connected to at least one optical fiber can be that through this optical fiber light of an external light source can be irradiated into the polymer matrix and that over this or a further optical waveguide the light emerging from the matrix can at least partially be fed to a spectrometer.

10. The sensor of claim 9, wherein the color contained in the polymer matrix fabric has an absorption band, the spectral location of the damp stop this matrix is affected.

11. The sensor of claim 9, wherein the color contained in the polymer matrix fabric has a fluorescence band, the spectral location of the damp stop this matrix is affected.

12. Sensor according to any one of claims 9 to 11, the at least one reflection rende area in such an arrangement that irradiated light and light emerging from the polymer matrix on the sensor with only one Optical fibers can be transmitted.

13. Sensor according to one of claims 9 to 12, wherein the polymer from which the polymer matrix is formed from the group cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, polymethacrylonitrile, polyamide, 4-vinylpyridine-styrene copolymer and mixtures of these polymers is selected.

14. Sensor according to any one of claims 10, 12 and 13, wherein the dye is selected from the group 2,6-diphenyl-4- (2,4,6-triphenylpyridinium-1-yl) - phenolate and 5-dimethylamino-5'-nitro-2,2'-bithiophene.

15. Sensor according to any one of claims 11 to 13, in which as the fluorescent color 5-Amino-2-methyl-1,3-isoindolinedione is used.

16. Sensor according to one of claims 9 to 15, consisting of a fuselage, which serves as a sensor for the optical waveguide and which is a flat surface has, in which the optical fiber is rectangular and with its end face ends flush, a polymer matrix designed as a film, which on the flat surface of the fuselage rests and the end surface of the optical fiber covers, and a counterpart designed as a flat optical mirror, that is connected to the fuselage so that the mirror surface on the poly mer film rests and against the end face of the optical waveguide plane-parallel protrudes, the counterpart having at least one opening, through which the polymer matrix is accessible to the humidity of the environment.

17. Measuring arrangement for performing the method according to one of claims 4 to 8, consisting essentially of

a sensor according to one of claims 9 to 16,
- a light source,
- a spectrometer and
- At least one optical waveguide, which is arranged such that light from the light source is guided into the polymer matrix of the sensor and the light emerging from the polymer matrix at least partially reaches the spectrometer.

18. Measuring arrangement according to claim 17, in which as an optical waveguide fiber cable, preferably glass fiber cables or cables made from fibers of organic polymers, especially made of polymethyl methacrylate.