Optische Bestimmung der mittleren Wassertemperatur

Anbieter zum Thema

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

dataTec AG

ISAS Institute for Analytical Sciences

Fachhochschule Südwestfalen Fachbib. Iserlohn Periodika

Wellenlängenverschiebung bei der Temperaturbestimmung

Das Microspektrometer „spec-i“ wurde bisher mit LabVIEW 8.2 über den Formelknoten mit der Scilab-Syntax angesteuert. Zur Datenauswertung kam das Mathematikprogramm Scilab zum Einsatz. Zunächst wurde das Messverfahren an einer in eine Makroküvette gefüllte Wasserprobe mit verschiedenen Temperaturen getestet.

Die Integrationszeit wurde so gewählt, dass die Wasserabsorptionsbande ab 910 nm nicht übersteuert wurde. Mit dieser Messzeit wurde eine Standard-Küvette „Makro“ mit einer Schichtdicke von 10 mm ohne Wasserfüllung mit der integrierten Xenonlampe durchleuchtet. Bei ausgeschalteter Lampe wurde das Hintergrundrauschen mit gleicher Integrationszeit aufgenommen. Anschließend wurde die Küvette mit warmem Wasser gefüllt und aus diesen Spektren die Absorptionsspektren beim Abkühlen des Wassers aufgenommen.

Die Wasserbande wird so deutlich sichtbar. Das Spektrum mit der größten Absorption bei 970 nm wurde zu dem Zeitpunkt aufgenommen, als das Wasser noch am wärmsten war. Nun ließe sich die maximale Absorption oder die Steigung der linken Flanke als Parameter für die Temperaturmessung heranziehen. Da der Untergrundlevel aber bei nicht idealen Messbedingungen schwanken kann, wird die Wellenlängenverschiebung als Parameter zur Temperaturmessung genutzt.

Es lässt sich gut erkennen, dass nach ca. 10 min das Wasser in der Küvette bereits auf Raumtemperatur abkühlt. Auch bei dem Absorptionsspektrum der Haut ist diese temperaturabhängige Wellenlängenverschiebung sichtbar.

Realisierung mit LabVIEW

Zunächst wurde in LabVIEW eine indirekte Ansteuerung realisiert. Befehle und Messdaten werden über Textdateien ausgetauscht und durch die externe Software an das spec-i weitergegeben. In einer zweiten Version wurde die Ansteuerung zwar weiterhin indirekt, aber komfortabler über Dynamic Link Libraries gelöst.

Die Textdateien werden dann nicht mehr gebraucht. Der LabVIEW-Quellcode ist nach einer Automatenstruktur von Geroge H. Mealy entworfen, die sich problemlos in das Hauptprogramm integrieren lässt. Zur Bestimmung des temperaturabhängigen Wellenlängenshift wird noch eine Spline- und Glättungsfunktion in das Hauptprogramm integriert.

Literatur

[1] Kelly, J. J., Kelly, K. A., Barlow, C. H., Tissue temperature by near-infrared spectroscopy, Proc. SPIE, 1995, 2389, 818-828.

[2] Delwiche, S. R. Norris, K. H. Pitt, R. E, Temperature Sensitivity of Near-Infrared Scattering Transmittance Spectra of Water-Adsorbed Starch and Cellulose, Applied Spectroscopy, 1992, 46, 782-789.

[3] Krivtzun, V., Graß, B., Hergenröder, R., Bolshov, M., Niemax, K., Zybin, A., Temperature Measurement of Liquids by Differential Absorption of Two Diode Lasers: Application of Contactless Optical Detection in Isotachophoresis, Applied Spectroscopy, 2001, 55, 1251-1258.

[4] Dr. jur. R. Hess, Hyperthermie, Unterausschuss „Ärztliche Behandlung“ des Gemeinsamen Bundesausschusses , 2005

[5] Licht, M.,Optische Diabetes-Früherkennung im infraroten Spektralbereich, Dissertation, Martin-Luther Universität Halle-Wittenberg (Saale,) 2007

*Michael Licht arbeitet am ISAS – Institute of Analytical Sicens in Dortmund, B. Mütterlein, M.S. Grieb und M. Richter an der Fachhochschule Südwestfalen in Iserlohn.

(ID:314555)