WO2006136147A2 - Device for particle detection in a diffuser with a limited depth - Google Patents

Device for particle detection in a diffuser with a limited depth Download PDF

Info

Publication number
WO2006136147A2
WO2006136147A2 PCT/DE2006/001073 DE2006001073W WO2006136147A2 WO 2006136147 A2 WO2006136147 A2 WO 2006136147A2 DE 2006001073 W DE2006001073 W DE 2006001073W WO 2006136147 A2 WO2006136147 A2 WO 2006136147A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light source
lens
rectangular aperture
linear light
rod lenses
Prior art date
Application number
PCT/DE2006/001073
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
WO2006136147A3 (en
Inventor
Jan Schulz
Original Assignee
Stiftung Alfred-Wegener-Institut Für Polar- Und Meeresforschung
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Stiftung Alfred-Wegener-Institut Für Polar- Und Meeresforschung filed Critical Stiftung Alfred-Wegener-Institut Für Polar- Und Meeresforschung
Publication of WO2006136147A2 publication Critical patent/WO2006136147A2/en
Publication of WO2006136147A3 publication Critical patent/WO2006136147A3/en

Links

Classifications

    • G01N15/1433
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/10Investigating individual particles
    • G01N15/14Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers
    • G01N2015/1477Multiparameters
    • G01N2015/1479Using diffuse illumination or excitation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N2021/4704Angular selective
    • G01N2021/4726Detecting scatter at 90°

Definitions

  • the invention relates to a device for particle detection in a flowing fluid in an optically limited measurement volume with an illumination device comprising a light source, a diaphragm system and a focusing lens system and with an optical evaluation unit with further diaphragms and lenses and a recording system aligned with the measurement volume.
  • a central goal of marine ecology is the understanding of the distribution of planktonic organisms in the ocean and their regulatory processes.
  • abundance and diversity of small plankers which represent one of the largest sources of animal protein in the sea due to their numbers of individuals. This gives them an important role in the biological material circulation system.
  • the unexplained impact of anthropogenic and climatic changes on marine ecosystems has been the focus of attention in recent years and decades
  • VPR video plankton recorders In addition to the acoustic, the field of imaging techniques is of particular interest.
  • the devices used here are referred to as VPR video plankton recorders, and they also provide the advantage of being able to study in situ fragile species, such as gelatinous plankton, and obtain information about the biology of these agents using classical methods during the sampling process, images of these species in the natural habitat allow conclusions about behavior, distribution and interactions.
  • VPRs for a mobile towing operation are known.
  • the VPR of the company SEASCAN, Inc. Falmouth, MA, USA for example, from the publication I "Autonomous Vertically Profiling Plankton Officer” (Coastal Ocean Institute WHOI, available from the Internet at the web address http://4dgeo.whoi.edu/ vpr / vpr_overview.html, as of 08.06.2005), the publication "Video Plankton Recorder on CTD” (NOAA Arctic Research Office, available on the Internet at the web address http://www.arctic.noaa.gov/aro/russian- american / cruisel O-ctd-rosette.htm, as of 08.06.2005) or from the Globec Newsletter Vol.8, no.
  • Video Plankton Recorder reveals environmental problems of marine copepod, which is towed behind a ship for profiling plankton detection with a video camera system
  • the diaphragm and lens system used and the design of the light source are not known
  • relatively complex and space-consuming construction promotes disturbances in operation and in handling and problems in the evaluation.
  • the device can not work independently without major effort or modifications stationary.
  • a similar device from Canada is an optical plankton counter.
  • this device does not provide images, but only measures particle size distributions, which can only be assigned to individual species with some uncertainty. Newer models use a laser light source for improved size resolution.
  • VPRs use punctiform light sources and individual spherical lenses for collimation. In the large scale range, strong halogen systems and Fresnel lenses are also used. However, the known devices have the problem that no sharp optical limit of the measuring volume can be generated and the depth of field in the measuring volume is adjusted by software, which in the small-scale range of
  • Plankton observation leads to high inaccuracies in volume estimation.
  • DD 232 552 A1 is a device for
  • Counting and classifying dispersed particles in liquids e.g. Colors
  • a laser beam is used to illuminate the measuring volume, whereby the beam focus lies in the middle of the measuring volume so that the detected measuring volume is reduced to one point.
  • the beam focus lies in the middle of the measuring volume so that the detected measuring volume is reduced to one point.
  • the liquids are with a Injection syringe injected into the measuring chamber, a detection and
  • DD 221 861 A1 describes a lighting device for generating a two-dimensional light strip for pattern recognition and identification of workpieces in an industrial environment.
  • a linear light source is used whose rays are directed through a louvre diaphragm and bundled by a cylindrical lens on the object to be detected.
  • a sharp black-and-white image of the respective illuminated strip is generated and analyzed by contrast adjustment in the recording system.
  • a reflector can be mounted behind the light source for a higher light output. The objects are illuminated at an acute angle and the camera is located vertically above it.
  • Quantity and type of parts can be determined depending on the resolution of the camera. To limit the viewing space, a solid background is required. Furthermore, from DE 298 13 109 U1 a lighting device for producing a long, narrow light band with two-dimensional expression is known in which the light of a number of lamps in a narrow housing with a first own and a second common lens to a narrow beam Focus is generated on a line of selectable distance. The light output corresponds approximately to the beam angle and is therefore very low.
  • DE 197 36 172 B4 describes a device for analyzing particles dispersed in a flowing fluid, which works with diaphragms whose edges are curved in a hyperbolic manner and thus define a three-dimensional measuring volume with a known depth of field which is formed in a truncated cone with curved edges.
  • particles with a defined transit time are evaluated in the measuring volume.
  • the shape of the optically demarcated measurement volume allows particles of different speeds to be measured at a constant given transit time in the measurement volume take into account, whereby by the defined depth of focus, a three-dimensional measuring volume is detected by the detector.
  • particles with sizes in the micrometer range are considered.
  • the illumination device is arranged parallel to the detector, the detection signal is deflected by a prism from the measurement volume.
  • a shutter and lens system with circular dimensions for the optical definition of a three-dimensional measuring volume with cube-shaped dimensions in a flow channel.
  • the focus of the light source is in the middle of the measurement volume, the goal of this focal position is the required separation of the particles for better scattered light detection, but this is not guaranteed, especially with the smallest particles.
  • the detection takes place in an optical evaluation unit with further diaphragms and lenses and a recording system, wherein the evaluation unit is aligned in the form of a photomultikanalverStorers parallel to the illumination device, so that there is a spatially compact design, and the optical Detection signal is detected by a 90 ° beam deflection from the measurement volume.
  • the object of the present invention is to provide a device of the generic type described above, which reliably and accurately detects all particles occurring in a given measuring volume in a flowing fluid in real time.
  • the device should be simple and robust design and handling even under adverse environmental conditions and allow flexible use.
  • the solution according to the invention for this task can be found in the main claim.
  • Advantageous developments of the device according to the invention are shown in the subclaims and are explained in more detail below in connection with the invention.
  • the device according to the invention is characterized in that the optically determined measurement volume is also limited in depth and is designed as a three-dimensional light disk which is deeply delimited by a linear light source and whose thickness is determined by rectangular aperture diaphragms and rod lenses. These are arranged on the same axis as the linear reflector lamp so that their longitudinal axes run parallel.
  • the focus line of the rod lenses lies in front of the measurement volume. Focusing takes place deliberately outside the measuring volume, whereby uniform illumination of the measuring volume without light convergence or divergence is achieved.
  • the focus line is set approximately 30 cm from the lens of a video camera as a recording system
  • a strip of approximately 0.5 cm should be placed in front of and behind the plane of the lens most sharply detected by the recording system be illuminated so that the lens has a total thickness of about 1 cm. Thicknesses between 0.5 cm and 3 cm are conceivable, the choice of thickness also depends on the type of particles to be detected. The widening of the beam path to the front is almost negligible or can be computationally well detected.
  • the determination of the recorded measurement volume is of essential importance in order to provide a concentration indication of the measured water body with regard to the abundance and diversity of the planets in the corresponding area.
  • the rod lenses may preferably be embodied as plano-convex or concave-convex rod lenses (or else cylindrical lenses), in particular with an aspherical design of the lens curvature, in order to achieve optimum linear focusing of the light beams emitted by the linear light source, which are linear in one plane but in the orthogonal plane spread out in a circle to reach.
  • the recording system of the device according to the invention is an orthogonal to the lens arranged video camera, which may be followed by a pattern recognition system.
  • the device thus operates with an imaging system and does not use the principle of scattered light measurement for particle detection.
  • a video camera as a recording system can be described on the resolution of only the two dimensions of orthogonal to the video camera oriented surface of the measuring volume.
  • the picture With a uniform illumination and appropriate lighting conditions, the picture thus has a theoretically infinite depth dimension.
  • the lens with a defined depth limitation in the device according to the invention, the depth dimension is now determined exactly.
  • the depth of the focus area for the recording system is thus resolved by direct illumination. Only particles in the illuminated measuring volume can be seen. Disturbances from outside the measuring volume are minimal and can be tolerated become. This represents a method in underwater measurement, which is used in this form so far of any optical plankton recorder.
  • a device for example, as a video plankton recorder (VPR) video and still images of planktem in natural environment in a visually narrow and well-defined measurement volume, for example, of about 4 cm 3 size, can absorb in flowing relative to the device water, which can then be reliably evaluated by the evaluation.
  • VPR video plankton recorder
  • particle detection for example in clarifiers or in chemical columns, possible.
  • the range of uses is very broad.
  • the fast, high-resolution image acquisition and storage with the aid of an evaluation software enables particle counting as well as particle identification, for example for recognizing important plankton species.
  • a three-dimensional image of the plankton distribution can thus be determined relatively quickly.
  • an intelligent scientific system is created that can be used worldwide by research institutes, environmental organizations and environmental authorities. Due to the compact design of the device as VPR this can be used both as a towed device in ship missions, but also as anchorable or permanently mountable unit for a stationary operation and make continuous recordings of a defined volume of the water column. In this case, the low power consumption caused by the components used is favorable, since thereby an autonomous use of the VPR in stationary operation is possible.
  • the planters contained in the water column are cut out of the total images as regions of interest (ROI) of interest, with the local physical ones Parameters associated and classified by the pattern recognition system as part of the evaluation.
  • ROI regions of interest
  • the device according to the invention is characterized by a significantly lower processing cost of the data obtained and allows easy-to-obtain, high-resolution and large-scale time series studies.
  • environmental sensors such as salinity, depth, temperature, fluorescence or oxygen probes to the device according to the invention, environmental parameters are associated with each captured image.
  • each planktic representative is also assigned the physical parameters of his direct environment.
  • the device according to the invention thus offers the possibility of determining the abundance and diversity of individual planktonic organisms groups on a small scale.
  • zooplankton variabilities can also be quantified quickly at a corresponding sampling frequency on small time scales.
  • the resulting data should help to complete the understanding of biological-physical relationships, provide new in-situ insights into the ecology of individual organisms, and provide an important contribution to other time-series studies.
  • the VPR can open up new possibilities in plankton research, which are not provided in this way by any other plankton recorder system. Particular emphasis is placed on modularity and scalability so that individual components are easy to modify and allow for refinement even after construction. In general, the VPR can be used wherever determining the abundance and diversity of plankton is of interest. There is no limit to whether it is estimates for food chain analyzes oraffl Clarification of variability, the daily vertical migration, the
  • the individual planks which enter the lens and simultaneously into the field of view of the video camera are detected by a CCD video camera in a normal recording cycle.
  • the video camera requires a very short exposure time as well as a
  • a telephoto or macro lens is set in front of the video camera with the help of extender rings, which ensures a resolution of about 10 ⁇ m per pixel.
  • the quality of the images is influenced by other parameters such as suspended matter and the like.
  • the video camera must have a high resolution (e.g., 2000 x 2000 pixels corresponding to 20 x 20 mm).
  • a plankter of 2 x 1.5 mm would deliver uncompressed at 8-bit color depth corresponding to 200 x 150 x 8 "30 kBit of pure image information.
  • the magnification level should be as constant as possible in order to always provide the same parameters for the evaluation.
  • the accuracy of the abundance calculations increases with the sampled volume per time and thus also with a higher resolution, which increases the scanned volume per image at the same ⁇ m / pixel value.
  • An evaluation module ensures the ROI extraction and the linkage with the parameters and can take place on a computer in the underwater unit.
  • the data can then be sent, for example, online via the Internet or LAN to another computer in the network or on board, which performs the evaluation, if possible in real time. It is expected that on every second to eighth image organisms and particles occur. Attention must be paid to the Fact that individual structures may not always appear coherent (see below). In some areas, however, the number of ROIs per recording can increase significantly.
  • the ROIs are stored along with metadata such as cruise name, date, time, latitude, longitude, and physical parameters such as CTD data and water volume. In the event that the energy supply is interrupted unexpectedly, it must be ensured that the data collected so far are preserved. For the same reason, in this case, as in all other follow-up modules, a high system stability is to be ensured. The pictures must be stored unchanged, so that a later
  • two rectangular aperture diaphragms may be provided, wherein the second rectangular aperture diaphragm is narrower than the first rectangular aperture diaphragm and the focus line lies between the two rectangular aperture diaphragms.
  • the rectangular panels together with the rod lenses ensure the rectangular appearance of the lens.
  • an increase in the illuminance in the direction of the measuring volume is achieved in the sense of concentration.
  • a rectangular field of view aperture arranged in the region of the focal line with respect to the axis ensures reliable suppression of stray light in the part of the water body outside the illuminated measuring volume and thus for improved video detection of the particles.
  • the recording system can furthermore be aligned parallel to the illumination device, with the lens then being deflected at right angles via a 90 ° beam deflection in order to ensure that the recording direction of the Video camera stands orthogonally on the lens.
  • the lens can be deflected at right angles via a 90 ° beam deflection in order to ensure that the recording direction of the Video camera stands orthogonally on the lens.
  • other deflection, multiple deflections or a design without deflection may be considered. It is important only that the recording axis is aligned perpendicular to the lens.
  • the linear light source has an emission angle of less than 70 ° and a maximum light output.
  • the linear light source is designed as a reflector lamp, which has a combined reflector of an elliptically extended and a spherically extended mirror with a central aperture and arranged in the focal line of the reflector, linear lighting means.
  • This may be, for example, a strong flash / halogen / xenon lamp or a high-efficiency LED field, in particular in the embodiment as a series of several adjacent light-emitting diodes.
  • the reflector may have reflector regions assigned to the individual light-emitting diodes.
  • the light beams are combined via the optical aperture and diaphragm structure, directed, deflected and projected into the water as a light band parallel to the trailing or Fierraum.
  • the first panel determines the width of the lens.
  • the width of the lens can be varied, to which the video camera is directed at right angles.
  • the contrast and iris settings can be used to hide as much as possible organisms that are in front of or behind the illuminated measurement volume.
  • the captured volume of water can be determined via the section of the video camera recorded horizontally and vertically in the surface and the thickness of the lens as a depth limit.
  • VPR Another modification of the VPR provides that at least the light source and the video camera are arranged in a pressure-resistant and aerodynamically shaped housing. Furthermore, the rectangular aperture stops, the rectangular field stop and the rod lenses can be arranged in the housing, wherein this on its inside a
  • VPR has mirroring.
  • An aspired flat design of the VPR makes it possible to design the housing as streamlined as possible.
  • the VPR is therefore a device which, due to its design, builds up a low dynamic pressure. This prevents small planks from being washed around the sampling site and avoiding the evaluation.
  • the number of less abundant species is sometimes underestimated by the method of sampling or they are not recorded at all.
  • a high sampling rate must be achieved as well as an exact determination of the measuring volume. It must be as undisturbed as possible at the moment of recording.
  • the VPR must be oriented in the direction of the tow or furrow so that turbulence and dynamic pressure are kept as low as possible.
  • the individual environmental probes must be located near the focus area of the video camera, or on the same horizontal plane.
  • the mirroring on the inside of the housing can also light be captured outside the central axis by multiple reflection and directed to the measurement volume, resulting in an increase in intensity of the light.
  • the linear reflector lamp, the rectangular aperture diaphragms, the rectangular face panel diaphragm and the rod lenses can be connected to one another via the four side edges of a cuboid forming threaded rods and arranged to be adjustable. This results in a compact design with a good stabilization by the threaded rods, which serve simultaneously the parallel adjustment and fixation of the individual panels and rod lenses. Further structural details of the device according to the invention can be found in the following special description part.
  • Figure 1 shows an embodiment as VPR in the side view in
  • Figure 2 shows an embodiment as VPR in the plan view with a
  • Figure 3 shows an embodiment as VPR in the perspective side view without housing
  • Reflector lamp in plan view.
  • FIG 1 the device in the embodiment of a video plankton recorder VPR is shown in which a lighting device BE and an evaluation AW in a pressure-resistant housing DG with two pressure-tight in the housing wall fitted windows FE1, FE2 are arranged.
  • a video plankton recorder can also be aptly called "Lightframe On-Sight Keyspecies Investigation" with the acronym "LOKI”.
  • the optical illumination device BE behind the window FE1 comprises a linear light source LQ and two rod lenses SL1, SL2 of a focusing lens system LN.
  • the rod lenses SL1, SL2 in the selected exemplary embodiment are plano-convexly formed with an aspherical lens curvature.
  • the rod lenses used SL1, SL2 are commercially available components.
  • the focal lengths are selected to be high at 8 cm and 6 cm in the exemplary embodiment in order to ensure flat angles with respect to the optical axis of the video plankton recorder VPR, which reduces aberrations.
  • Suitable are rod lenses made of glass with a higher refractive index (glass type SF6).
  • the video plankton recorder VPR generates for particle detection in a flowing fluid, an optically limited measurement volume MV, which is designed as a thin, depth-limited lens LS.
  • the measuring volume MV is flowed through freely by the water, the flow direction is perpendicular to Drawing level, so that the measuring volume MV continuously fills and empties and always new volumes of water can be detected.
  • the flameproof housing DG can be provided streamlined in the flow direction, so that no disturbing the detection results vortex arise in the flow through the water.
  • the lens LS is generated by the light source LQ whose light beam LT is parallelized by means of the first rod lens SL1 and focused by the second rod lens SL2 on a focus line FL.
  • linear focus line FL is outside the flameproof housing DG and in front of the lens LS.
  • the width B1 of the light beam LT is set by a first rectangular aperture stop AB1 in the pressure-resistant housing DG, which is arranged between the two rod lenses SL1, SL2.
  • the focused light beam LT is parallelized again outside the pressure-resistant housing DG by a third rod lens SL3, which likewise has a plano-convex design with an aspherical lens curvature in the selected exemplary embodiment.
  • a second rectangular aperture diaphragm AB2 behind the focus line FL outside the pressure-resistant housing DG which is narrower than the first rectangular aperture diaphragm AB1, intensifies the intensity of the light beam LT by narrowing the light beam LT to a width B2, through which the Thickness d of the lens LS is set as the depth limit of the measuring volume MV.
  • a rectangular field stop GB is arranged on the axis congruent to reduce scattered light.
  • a deflecting mirror US is arranged, which deflects the concentrated light beam at right angles.
  • the light beam enters the recording light beam AF of the video camera VK, which is bounded by a further diaphragm WB and is perpendicular to the light beam LT, so that the width B2 of the light beam LT now corresponds to the thickness d of the lens LS.
  • All of these components are slidably mounted on threaded rods GS, thus they can in their distance from each other set and then fixed.
  • the described arrangement and equipment of the illustrated video plankton recorder VPR with lenses and diaphragms is only an example and may, if necessary, look different.
  • FIG. 2 shows a top plan view of a video plankton recorder VPR in which all components are arranged in a pressure-resistant housing DG (reference numerals not explained here, see FIG. 1).
  • a reflective coating VS is provided on the inside of the pressure-resistant housing DG. Shown is an exemplary beam path along the optical axis of the system.
  • FIG. 3 shows a perspective side view of the video plankton recorder VPR without pressure-resistant housing DG.
  • Light source LQ consists of a series of individual light-emitting diodes LED, which are surrounded by a common rectangular reflector RF.
  • Light emitting diode LEDs are commercially available on the market - even with a beam angle of 70 ° or less - bright and durable (3 W - 5 W, 100,000 operating hours). In this case, the reflector RF the individual
  • a threaded rod GS is provided in each case. Between the four threaded rods GS, the optical components of the video plankton recorder VPR are stored and fixed (reference numerals not explained here, see FIG. 1).
  • the support frame TR are all the same for the components with one exception.
  • the exception is the support frame TR for the deflection mirror US, which lacks a longitudinal frame section.
  • the existing longitudinal frame section LA has a 45 ° bevel, in which the deflection mirror US, which is larger than the support frame TR, can be inserted.
  • FIG. 4 shows a linear light source LQ as a linear reflector light RL with a combined reflector KR with a central aperture ZA.
  • the combined reflector KR has an elliptical mirror SE in the form of an expanded rotational ellipsoid RE and a spherical mirror SS in the form of an extended spherical shell KS.
  • the linear light source LQ is arranged in the first focal line BL1 of the elliptical mirror SE.
  • the spherical mirror SS is also arranged with its center line in the first focal line BL1 of the elliptical mirror SE, its central aperture ZA is located exactly in the second focal line BL2 of the elliptical mirror SE.
  • the luminous efficacy of such combined reflectors KR is particularly high, since all light rays that do not exit directly through the central aperture ZA are reflected by the spherical mirror S2 onto the elliptical mirror SE and are reflected from there to the central aperture ZA. Only in the edge regions of a linearly extended combined reflector KR occur losses.

Abstract

Known devices for detecting particles in an optically limited measuring volume operate either according to the scattered light principle or use an imaging video camera that only resolves two-dimensional surfaces. The depth dimension of the measuring volume remains unconsidered. The inventive device is embodied as a mobile or fixed plankton video recorder for counting and identifying plankton in marine waters. To this end, the optically limited measuring volume (MV) is embodied as a three-dimensional diffuser (LS), the depth thereof being limited by a linear light source (LQ), and the thickness (d) thereof being determined by rectangular aperture diaphragms (AB1, AB2) in the diaphragm system, and rod lenses (SL1, SL2, SL3) in the focussing lens system (LN). The rectangular aperture diaphragms (AB1, AB2) and rod lenses (SL1, SL2, SL3) are arranged in such a way that the axes thereof are congruent with the axis of the linear light source (LQ), and the focussing line (FL) of the rod lenses (SL1, SL2, SL3) lies in front of the measuring volume (MV). A video camera (VK) used as a recording system (AS) is arranged orthogonally in relation to the diffuser (LS). The depth of the focussing range of the video camera (VK) is determined by direct illumination. The illuminated particles are only to be seen in the illuminated measuring volume.

Description

Vorrichtung zur Partikeldetektion in einer tiefenbegrenzten LichtscheibeDevice for particle detection in a depth-limited lens
Beschreibungdescription
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Partikeldetektion in einem strömenden Fluid in einem optisch begrenzten Messvolumen mit einer Beleuchtungseinrichtung aus einer Lichtquelle, einem Blendensystem und einem fokussierenden Linsensystem sowie mit einer optischen Auswerteinheit mit weiteren Blenden und Linsen und einem auf das Messvolumen ausgerichteten Aufnahmesystem.The invention relates to a device for particle detection in a flowing fluid in an optically limited measurement volume with an illumination device comprising a light source, a diaphragm system and a focusing lens system and with an optical evaluation unit with further diaphragms and lenses and a recording system aligned with the measurement volume.
Ein zentrales Ziel der Meeresökologie ist das Verständnis der Verteilung von planktischen Organismen im Meer und deren regulierende Prozesse. Besonders von Interesse sind hierbei Abundanz und Diversität kleiner Plankter, die auf Grund ihrer Individuenanzahlen eine der größten Quellen tierischen Eiweißes im Meer darstellen. Ihnen kommt dadurch eine wichtige Bedeutung im biologischen Stoffkreislaufsystem zu. Der ungeklärte Einfluss von anthropogenen und klimatischen Veränderungen auf marine Ökosysteme ist dabei in den letzten Jahren und Jahrzehnten in den Blickpunkt derA central goal of marine ecology is the understanding of the distribution of planktonic organisms in the ocean and their regulatory processes. Of particular interest here are abundance and diversity of small plankers, which represent one of the largest sources of animal protein in the sea due to their numbers of individuals. This gives them an important role in the biological material circulation system. The unexplained impact of anthropogenic and climatic changes on marine ecosystems has been the focus of attention in recent years and decades
Wissenschaft geraten. Es wird heute allgemein anerkannt, dass Abundanz und Diversität verschiedener planktischer Organismen unter anderem mit den physikalischen Parametern der Umgebung korreliert sind. Die hydrodynamischen Prozesse im Wasserkörper können dabei sowohl zu einer Dispersion der Plankter als auch zu gehäuftem Auftreten führen. Diese regulierenden Prozesse der Verteilung von Zooplankton in Zeit und Raum sind von zentraler Bedeutung, um auf Zusammenhänge mit biotischen und abiotischen Veränderungen zu schließen und Aussagen über das Ökosystem zu treffen. Dazu werden Methoden benötigt, um diese Verteilungen großflächig auf räumlich und zeitlich kleinen Skalen aufzulösen. Die traditionelle Methode der Beprobung mit Netzen ist sehr zeitintensiv und ermöglicht nur eine begrenzte Auflösung im kleinskaligen Bereich. Aus diesem Grund sind in der Vergangenheit eine Reihe neuer Methoden und Ansätze entwickelt worden, um das Verständnis der systemischen Ökologie zu erweitern. Neben den akustischen ist besonders der Bereich der bildgebenden Verfahren von Interesse. Die hier eingesetzten Geräte werden als „Video-Plankton-Rekorder" VPR bezeichnet. Sie bieten zudem den Vorteil, dass fragile Arten, wie z.B. gelatinöses Plankton, in situ untersucht werden können und Informationen über die Biologie dieser Vertreter erhalten werden, die mit klassischen Methoden während der Beprobung zerstört würden. Bilder dieser Arten im natürlichen Habitat lassen Rückschlüsse auf Verhalten, Verbreitung und Interaktionen zu.Science advised. It is now widely accepted that the abundance and diversity of various planktonic organisms are correlated, inter alia, with the physical parameters of the environment. The hydrodynamic processes in the water body can lead to both a dispersion of Plankter as well as to increased occurrence. These regulating processes of zooplankton distribution in time and space are central to understanding relationships with biotic and abiotic changes and to making statements about the ecosystem. For this purpose, methods are needed to dissolve these distributions over a large area on spatially and temporally small scales. The traditional method of sampling with nets is very time consuming and allows only one limited resolution in the small scale range. For this reason, a number of new methods and approaches have been developed in the past to expand the understanding of systemic ecology. In addition to the acoustic, the field of imaging techniques is of particular interest. The devices used here are referred to as VPR video plankton recorders, and they also provide the advantage of being able to study in situ fragile species, such as gelatinous plankton, and obtain information about the biology of these agents using classical methods during the sampling process, images of these species in the natural habitat allow conclusions about behavior, distribution and interactions.
Stand der TechnikState of the art
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene VPR für einen mobilen Schleppbetrieb bekannt. Der VPR von der Firma SEASCAN, Inc. Falmouth, MA, USA ist beispielsweise aus der Veröffentlichung I „Autonomous Vertically Profiling Plankton Observatory" (Coastal Ocean Institute WHOI, abrufbar aus dem Internet unter der Webadresse http://4dgeo.whoi.edu/vpr/ vpr_overview.html, Stand 08.06.2005), der Veröffentlichung Il „Video Plankton Recorder on CTD" (NOAA Arctic Research Office, abrufbar im Internet unter der Webadresse http://www.arctic.noaa.gov/aro/russian- american/cruisel O-ctd-rosette.htm, Stand 08.06.2005) oder aus dem Globec- Newsletter Vol.8, No. 2, October 2002, pp 20-21 unter der Veröffentlichung III „Video Plankton Recorder reveals environmental problems of marine copepod" von C. Möllmann et al. bekannt. Dieses Gerät wird hinter einem Schiff geschleppt und dient der profilierenden Planktondetektion mit einem Videokamerasystem. Einzelheiten zum eingesetzten Blenden- und Linsensystem sowie zur Ausgestaltung der Lichtquelle sind nicht bekannt. Der relativ aufwändige und Platz einnehmende Aufbau fördert jedoch Störungen im Betrieb und bei der Handhabung sowie Probleme bei der Auswertung. Außerdem kann das Gerät nicht ohne größeren Aufwand oder Modifikationen stationär autark arbeiten. Bei einem ähnlichen Gerät aus Kanada handelt es sich um einen Optical-Plankton-Counter. Dieses Gerät liefert jedoch keine Bilder, sondern misst nur Partikelgrößenverteilungen, welche nur mit einer gewissen Unsicherheit einzelnen Arten zugewiesen werden können. Neuere Modelle nutzen eine Laserlichtquelle zur verbesserten Größenauflösung.From the prior art, various VPRs for a mobile towing operation are known. The VPR of the company SEASCAN, Inc. Falmouth, MA, USA, for example, from the publication I "Autonomous Vertically Profiling Plankton Observatory" (Coastal Ocean Institute WHOI, available from the Internet at the web address http://4dgeo.whoi.edu/ vpr / vpr_overview.html, as of 08.06.2005), the publication "Video Plankton Recorder on CTD" (NOAA Arctic Research Office, available on the Internet at the web address http://www.arctic.noaa.gov/aro/russian- american / cruisel O-ctd-rosette.htm, as of 08.06.2005) or from the Globec Newsletter Vol.8, no. 2, October 2002, pp. 20-21, under the publication of "Möllmann et al.," Video Plankton Recorder reveals environmental problems of marine copepod, which is towed behind a ship for profiling plankton detection with a video camera system The diaphragm and lens system used and the design of the light source are not known However, relatively complex and space-consuming construction promotes disturbances in operation and in handling and problems in the evaluation. In addition, the device can not work independently without major effort or modifications stationary. A similar device from Canada is an optical plankton counter. However, this device does not provide images, but only measures particle size distributions, which can only be assigned to individual species with some uncertainty. Newer models use a laser light source for improved size resolution.
Alle bekannten VPR nutzen punktförmige Lichtquellen und einzelne sphärische Linsen zur Kollimation. Im großskaligen Bereich kommen auch starke Halogensysteme und Fresnellinsen zum Einsatz. Die bekannten Vorrichtungen haben aber zum Problem, dass keine scharfe optische Begrenzung des Messvolumens erzeugt werden kann und die Tiefenschärfe im Messvolumen softwaretechnisch justiert wird, was im kleinskaligen Bereich derAll known VPRs use punctiform light sources and individual spherical lenses for collimation. In the large scale range, strong halogen systems and Fresnel lenses are also used. However, the known devices have the problem that no sharp optical limit of the measuring volume can be generated and the depth of field in the measuring volume is adjusted by software, which in the small-scale range of
Planktonbeobachtung zu hohen Ungenauigkeiten der Volumeneinschätzung führt.Plankton observation leads to high inaccuracies in volume estimation.
Auf dem allgemeinen Gebiet der Partikeldetektion sind weitere verschiedene Vorrichtungen bekannt. Aus der DD 232 552 A1 ist eine Einrichtung zurIn the general field of particle detection, other various devices are known. From DD 232 552 A1 is a device for
Zählung und Klassifizierung von dispergierten Teilchen in Flüssigkeiten, z.B. Farben, mit einem von einer Messzelle räumlich begrenzten Messvolumen bekannt. Zur Ausleuchtung des Messvolumens dient ein Laserstrahl, wobei der Strahlfokus in der Mitte des Messvolumens liegt, sodass das detektierte Messvolumen auf einen Punkt reduziert wird. Zur Detektion wird dieCounting and classifying dispersed particles in liquids, e.g. Colors, with one of a measuring cell spatially limited measurement volume known. A laser beam is used to illuminate the measuring volume, whereby the beam focus lies in the middle of the measuring volume so that the detected measuring volume is reduced to one point. For detection, the
Streulichtintensität jedes Teilchens gemessen. Dabei wird angenommen, dass die Intensität des Streulichts unter kleinen Winkeln eine Funktion des Partikelvolumens ist. Das Messvolumen ist durch die Ausbildung der Messzelle so eingeengt, dass sich immer nur ein Teilchen im Lichtfokus befindet, dessen Streuung im Laserlicht gemessen wird. Die Flüssigkeiten werden mit einer Injektionsspritze in die Messkammer eingespritzt, eine Erfassung undScattered light intensity of each particle measured. It is assumed that the intensity of the scattered light at small angles is a function of the particle volume. The measuring volume is narrowed by the formation of the measuring cell so that there is always only one particle in the light focus, the scattering of which is measured in the laser light. The liquids are with a Injection syringe injected into the measuring chamber, a detection and
Bestimmung von Partikeln in einem frei strömenden Fluid ist mit der bekannten Einrichtung nicht möglich. Weiterhin können nur relativ große Partikel detektiert werden, die sich in der Messzelle vereinzeln lassen. Die DD 221 861 A1 beschreibt eine Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung eines zweidimensionalen Lichtstreifens zur Mustererkennung und Identifizierung von Werkstücken in industrieller Umgebung. Dazu wird eine lineare Lichtquelle verwendet, deren Strahlen durch eine Lamellenblende gerichtet und durch eine Zylinderlinse auf das zu erkennende Objekt gebündelt werden. In dem Aufnahmesystem wird durch Kontrasteinstellung ein scharfes Schwarzweißbild des jeweils beleuchteten Streifens erzeugt und analysiert. Ein Reflektor kann für eine höhere Lichtausbeute hinter der Lichtquelle angebracht werden. Die Objekte werden unter spitzem Winkel beleuchtet und die Kamera befindet sich senkrecht darüber. Menge und Art von Teilen können je nach Auflösungsvermögen der Kamera bestimmt werden. Zur Begrenzung des Betrachtungsraums ist ein fester Hintergrund erforderlich. Weiterhin ist aus der DE 298 13 109 U1 eine Beleuchtungsvorrichtung zur Erzeugung eines langen, schmalen Lichtbandes mit zweidimensionaler Ausprägung bekannt, bei der das Licht einer Anzahl von Lampen in einem engen Gehäuse mit einer ersten jeweils eigenen und einer zweiten gemeinsamen Linse zu einem schmalen Strahl mit Fokus auf einer Linie wählbarer Entfernung erzeugt wird. Die Lichtausbeute entspricht etwa dem Abstrahlwinkel und ist damit sehr gering. In der DE 197 36 172 B4 wird eine Vorrichtung zur Analyse von in einem strömenden Fluid dispergierten Teilchen beschrieben, die mit Blenden arbeitet, deren Kanten hyperbelartig gekrümmt sind und damit ein dreidimensionales Messvolumen mit einem bekannten Schärfentiefenbereich definieren, das kegelstumpfartig mit gebogenen Kanten ausgebildet ist. Im zugehörigen Verfahren werden Teilchen mit definierter Laufzeit im Messvolumen ausgewertet. Die Form des optisch abgegrenzten Messvolumens erlaubt es, Teilchen unterschiedlicher Geschwindigkeit bei konstant vorgegebener Laufzeit im Messvolumen zu berücksichtigen, wobei durch die definierte Tiefenschärfe ein dreidimensionales Messvolumen vom Detektor erfasst wird. Es werden bevorzugt Teilchen mit Größen im Bereich von Mikrometern betrachtet. Die Beleuchtungseinrichtung ist parallel zum Detektor angeordnet, das Detektionssignal wird über ein Prisma aus dem Messvolumen umgelenkt.Determination of particles in a free flowing fluid is not possible with the known device. Furthermore, only relatively large particles can be detected, which can be singulated in the measuring cell. DD 221 861 A1 describes a lighting device for generating a two-dimensional light strip for pattern recognition and identification of workpieces in an industrial environment. For this purpose, a linear light source is used whose rays are directed through a louvre diaphragm and bundled by a cylindrical lens on the object to be detected. In contrast, a sharp black-and-white image of the respective illuminated strip is generated and analyzed by contrast adjustment in the recording system. A reflector can be mounted behind the light source for a higher light output. The objects are illuminated at an acute angle and the camera is located vertically above it. Quantity and type of parts can be determined depending on the resolution of the camera. To limit the viewing space, a solid background is required. Furthermore, from DE 298 13 109 U1 a lighting device for producing a long, narrow light band with two-dimensional expression is known in which the light of a number of lamps in a narrow housing with a first own and a second common lens to a narrow beam Focus is generated on a line of selectable distance. The light output corresponds approximately to the beam angle and is therefore very low. DE 197 36 172 B4 describes a device for analyzing particles dispersed in a flowing fluid, which works with diaphragms whose edges are curved in a hyperbolic manner and thus define a three-dimensional measuring volume with a known depth of field which is formed in a truncated cone with curved edges. In the associated method, particles with a defined transit time are evaluated in the measuring volume. The shape of the optically demarcated measurement volume allows particles of different speeds to be measured at a constant given transit time in the measurement volume take into account, whereby by the defined depth of focus, a three-dimensional measuring volume is detected by the detector. Preferably, particles with sizes in the micrometer range are considered. The illumination device is arranged parallel to the detector, the detection signal is deflected by a prism from the measurement volume.
Die Veröffentlichung IV „Particle size distribution analysis by scattered light measurements using optically defined measuring volume" (H. Umhauer, J.Aerosol.Sci. Vol.14, No.6, 1983, pp 765-770), von der die vorliegende Erfindung als nächstliegendem Stand der Technik ausgeht, beschreibt einen Partikelzähler für strömende Fluide nach dem Prinzip der Streulichtmessung an den Partikeln, wobei insbesondere das Randzonenproblem gelöst werden soll, das durch Teilchen entsteht, die nur teilweise am Rand des Messvolumens erfasst und demzufolge durch das reduzierte Streulicht als zu klein gemessen werden. Es sollen Teilchenverteilungen von Feststoffen in Gasen oder Flüssigkeiten, aber auch von Flüssigkeitströpfchen in Gasen und anderen Flüssigkeiten bei sehr kleinen Abmessungen im Mikrometerbereich durch Partikelvereinzelung und deren serielle Erfassung festgestellt werden. Dazu weist der Partikelzähler eine Beleuchtungseinrichtung aus einer punktförmigen Lichtquelle, ein Blenden- und Linsensystem mit kreisrunden Abmessungen zur optischen Definition eines dreidimensionalen Messvolumens mit würfelförmigen Abmessungen in einem Strömungskanal auf. Dabei liegt der Fokus der Lichtquelle in der Mitte des Messvolumens, Ziel dieser Fokuslage ist die erforderliche Vereinzelung der Partikel zur besseren Streulichtdetektion, was aber insbesondere bei kleinsten Partikeln nicht sicher gewährleistet ist. Die Detektion erfolgt in einer optischen Auswerteeinheit mit weiteren Blenden und Linsen und einem Aufnahmesystem, wobei die Auswerteeinheit in Form eines Photomultikanalverstärkers parallel zur Beleuchtungseinrichtung ausgerichtet ist, sodass sich eine räumlich kompakte Bauform ergibt, und das optische Detektionssignal durch eine 90°-Strahlumlenkung aus dem Messvolumen erfasst wird.Publication IV "Particle size distribution analysis by scattered light measurements using optically defined measuring volume" (H. Umhauer, J.Aerosol. Sci. Vol.14, No.6, 1983, pp. 765-770), of which the present invention As the closest prior art, describes a particle counter for flowing fluids on the principle of scattered light measurement of the particles to be solved in particular the Randzonenproblem that arises from particles that only partially detected at the edge of the measurement volume and consequently by the reduced scattered light than It is intended to determine particle distributions of solids in gases or liquids, but also of liquid droplets in gases and other liquids with very small dimensions in the micrometer range by means of particle separation and their serial detection. a shutter and lens system with circular dimensions for the optical definition of a three-dimensional measuring volume with cube-shaped dimensions in a flow channel. The focus of the light source is in the middle of the measurement volume, the goal of this focal position is the required separation of the particles for better scattered light detection, but this is not guaranteed, especially with the smallest particles. The detection takes place in an optical evaluation unit with further diaphragms and lenses and a recording system, wherein the evaluation unit is aligned in the form of a photomultikanalverstärkers parallel to the illumination device, so that there is a spatially compact design, and the optical Detection signal is detected by a 90 ° beam deflection from the measurement volume.
Aufgabenstellung und erfindungsgemäße LösungTask and solution according to the invention
Ausgehend von der nächstliegenden Veröffentlichung ist die Aufgabe für die vorliegende Erfindung darin zu sehen, eine Vorrichtung der eingangs erläuterten gattungsgemäßen Art zur Verfügung zu stellen, die in einem strömenden Fluid in Echtzeit alle in einem vorgegebenen Messvolumen auftretenden Partikel zuverlässig und genau detektiert. Dabei soll die Vorrichtung einfach und robust im Aufbau und in der Handhabung auch unter widrigen Umweltbedingungen gestaltet sein und einen flexiblen Einsatz ermöglichen. Die erfindungsgemäße Lösung für diese Aufgabe ist dem Hauptanspruch zu entnehmen. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen aufgezeigt und werden im Folgenden im Zusammenhang mit der Erfindung näher erläutert.Starting from the closest publication, the object of the present invention is to provide a device of the generic type described above, which reliably and accurately detects all particles occurring in a given measuring volume in a flowing fluid in real time. The device should be simple and robust design and handling even under adverse environmental conditions and allow flexible use. The solution according to the invention for this task can be found in the main claim. Advantageous developments of the device according to the invention are shown in the subclaims and are explained in more detail below in connection with the invention.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das optisch festgelegte Messvolumen auch in der Tiefe eng begrenzt ist und als dreidimensionale, von einer linearen Lichtquelle tiefenbegrenzten Lichtscheibe ausgebildet ist, deren Dicke durch rechteckige Aperturblenden und Stablinsen festgelegt ist. Diese sind achsenkongruent zu der linearen Reflektorleuchte angeordnet, sodass ihre Längsachsen parallel verlaufen. Die Fokuslinie der Stablinsen liegt vor dem Messvolumen. Die Fokussierung erfolgt gezielt außerhalb des Messvolumens, wodurch eine gleichmäßige Ausleuchtung des Messvolumens ohne Lichtkonvergenz oder -divergenz erreicht wird. Wenn die Fokuslinie beispielsweise ca. 30 cm vom Objektiv einer Videokamera als Aufnahmesystem eingestellt ist, sollte ein Streifen von ca. 0,5cm vor und hinter der vom Aufnahmesystem am schärfsten erfassten Ebene der Lichtscheibe ausgeleuchtet sein, sodass die Lichtscheibe insgesamt eine Dicke von ca. 1 cm aufweisen. Scheibendicken zwischen 0,5 cm und 3 cm sind denkbar, die Dickenwahl hängt dabei auch von der Art der zu detektierenden Partikel ab. Die Aufweitung des Strahlengangs nach vorne ist dabei nahezu vernachlässig- bar bzw. kann rechnerisch gut erfasst werden. Die Bestimmung des aufgenommenen Messvolumens ist von essenzieller Bedeutung, um eine Konzentrationsangabe auf den gemessenen Wasserkörper bezüglich der Abundanz und Diversität der Plankter im entsprechenden Gebiet zu liefern. Die Stablinsen können bevorzugt als plankonvexe oder als konkav-konvexe Stablinsen ( oder auch Zylinderlinsen), insbesondere mit einer asphärischen Ausbildung der Linsenkrümmung, ausgeführt sein, um eine optimale lineare Fokussierung der von der linearen Lichtquelle ausgesendeten Lichtstrahlen, die sich in der einen Ebene zwar linear, in der dazu orthogonalen Ebene jedoch kreisförmig ausbreiten, zu erreichen.The device according to the invention is characterized in that the optically determined measurement volume is also limited in depth and is designed as a three-dimensional light disk which is deeply delimited by a linear light source and whose thickness is determined by rectangular aperture diaphragms and rod lenses. These are arranged on the same axis as the linear reflector lamp so that their longitudinal axes run parallel. The focus line of the rod lenses lies in front of the measurement volume. Focusing takes place deliberately outside the measuring volume, whereby uniform illumination of the measuring volume without light convergence or divergence is achieved. For example, if the focus line is set approximately 30 cm from the lens of a video camera as a recording system, a strip of approximately 0.5 cm should be placed in front of and behind the plane of the lens most sharply detected by the recording system be illuminated so that the lens has a total thickness of about 1 cm. Thicknesses between 0.5 cm and 3 cm are conceivable, the choice of thickness also depends on the type of particles to be detected. The widening of the beam path to the front is almost negligible or can be computationally well detected. The determination of the recorded measurement volume is of essential importance in order to provide a concentration indication of the measured water body with regard to the abundance and diversity of the planets in the corresponding area. The rod lenses may preferably be embodied as plano-convex or concave-convex rod lenses (or else cylindrical lenses), in particular with an aspherical design of the lens curvature, in order to achieve optimum linear focusing of the light beams emitted by the linear light source, which are linear in one plane but in the orthogonal plane spread out in a circle to reach.
Bei dem Aufnahmesystem der Vorrichtung nach der Erfindung handelt es sich um eine orthogonal zur Lichtscheibe angeordnete Videokamera, der ein Mustererkennungssystem nachgeschaltet sein kann. Die Vorrichtung arbeitet also mit einem bildgebenden Aufnahmesystem und verwendet nicht das Prinzip der Streulichtmessung zur Partikeldetektion. Bei der Verwendung einer Videokamera als Aufnahmesystem können über deren Auflösung nur die zwei Dimensionen der orthogonal zur Videokamera ausgerichteten Fläche des Messvolumens beschrieben werden. Das Bild besitzt bei einer gleichmäßigen Ausleuchtung und entsprechenden Lichtverhältnissen somit eine theoretisch unendliche Tiefendimension. Durch die Vorgabe der Lichtscheibe mit einer definierten Tiefenbegrenzung bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nunmehr auch die Tiefendimension genau festgelegt. Die Tiefe des Fokusbereichs für das Aufnahmesystem wird damit durch eine direkte Beleuchtung aufgelöst. Dabei sind nur Partikel im beleuchteten Messvolumen zu sehen. Störungen von außerhalb des Messvolumens sind minimal und können toleriert werden. Dies stellt ein Verfahren in der Unterwassermessung dar, das in dieser Form bislang von keinem optischen Plankton-Recorder verwendet wird.The recording system of the device according to the invention is an orthogonal to the lens arranged video camera, which may be followed by a pattern recognition system. The device thus operates with an imaging system and does not use the principle of scattered light measurement for particle detection. When using a video camera as a recording system can be described on the resolution of only the two dimensions of orthogonal to the video camera oriented surface of the measuring volume. With a uniform illumination and appropriate lighting conditions, the picture thus has a theoretically infinite depth dimension. By specifying the lens with a defined depth limitation in the device according to the invention, the depth dimension is now determined exactly. The depth of the focus area for the recording system is thus resolved by direct illumination. Only particles in the illuminated measuring volume can be seen. Disturbances from outside the measuring volume are minimal and can be tolerated become. This represents a method in underwater measurement, which is used in this form so far of any optical plankton recorder.
Somit wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Gerät zur Verfügung gestellt, das beispielsweise als Video-Plankton-Rekorder (VPR) Video- und Stillbilder von Planktem in natürlicher Umgebung in einem optisch eng begrenzten und genau definierten Messvolumen, beispielsweise von etwa 4 cm3 Größe, in relativ zum Gerät vorbeiströmendem Wasser aufnehmen kann, die dann von der Auswerteeinheit zuverlässig ausgewertet werden können. Es sind aber auch andere Einsatzfälle mit dem Erfordernis einer Partikeldetektion, beispielsweise in Klärbecken oder in chemischen Kolonnen, möglich. Die Einsatzpalette ist sehr breit gefasst. Dabei ist durch die schnelle, hochauflösende Bilderfassung und -speicherung mit Hilfe einer Auswertungssoftware sowohl eine Partikelzählung als auch eine Partikelidentifizierung, beispiels- weise zum Erkennen wichtiger Planktonarten möglich. In Kombination mit relevanten Schiffsdaten wie Position, Geschwindigkeit und Zeit sowie weiteren vor Ort gemessenen, insbesondere hydrographischen Umweltparametern kann somit relativ schnell ein dreidimensionales Bild der Planktonverteilung ermittelt werden. Somit entsteht mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein intelligentes wissenschaftliches System, das weltweit bei Forschungsinstituten, Umweltorganisationen und Umweltbehörden eingesetzt werden kann. Durch den kompakten Aufbau der Vorrichtung als VPR kann dieser sowohl als geschlepptes Gerät bei Schiffseinsätzen, aber auch als verankerbare bzw. fest montierbare Einheit für einen stationären Betrieb eingesetzt werden und von einem definierten Volumen der Wassersäule kontinuierlich Aufnahmen machen. Dabei ist der durch die verwendeten Komponenten bedingte geringe Stromverbrauch günstig, da dadurch ein autarker Einsatz des VPR bei stationärem Betrieb möglich ist. Die in der Wassersäule enthaltenen Plankter werden als interessierende Gebiete (Region of Interest, ROI) aus den Gesamtaufnahmen herausgeschnitten, mit den lokalen physikalischen Parametern verbunden und durch das Mustererkennungssystem als Teil der Auswerteeinheit klassifiziert. Entgegen der traditionellen Planktonbeprobung zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung durch einen deutlich niedrigeren Bearbeitungsaufwand der gewonnenen Daten aus und ermöglicht einfach zu gewinnende, hochauflösende und großräumige Zeitserienstudien. Durch die Möglichkeit, Umweltsensoren wie Salinitäts-, Tiefen-, Temperatur-, Fluoreszenz- oder Sauerstoffsonden an die erfindungsgemäße Vorrichtung anzuschließen, werden mit jedem aufgenommenen Bild Umweltparameter verbunden. Dadurch werden auch jedem planktischen Vertreter die physi- kaiischen Parameter seiner direkten Umgebung zugeordnet. Eine Untersuchung der Korrelation des Auftretens mit hydrographischen Phänomenen wie Fronten, Klinen etc., ist dadurch realisierbar. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet damit die Möglichkeit, Abundanz und Diversität einzelner planktischer Organismengruppen kleinskalig zu ermitteln. Neben der hohen räumlichen Auflösung der Vertikalverteilung auf der Zentimeterskala, lassen sich auch Variabilitäten des Zooplanktons bei entsprechender Probennahme- frequenz auf kleinen Zeitskalen schnell quantifizieren. Die entstehenden Daten sollen dazu beitragen, das Verständnis von biologisch-physikalischen Zusammenhängen zu vervollständigen, neue in-situ-Einblicke in die Ökologie einzelner Organismen geben und einen wichtigen Beitrag zu anderen Zeitserienstudien liefern.Thus, a device is provided with the device according to the invention, for example, as a video plankton recorder (VPR) video and still images of planktem in natural environment in a visually narrow and well-defined measurement volume, for example, of about 4 cm 3 size, can absorb in flowing relative to the device water, which can then be reliably evaluated by the evaluation. But there are also other applications with the requirement of particle detection, for example in clarifiers or in chemical columns, possible. The range of uses is very broad. The fast, high-resolution image acquisition and storage with the aid of an evaluation software enables particle counting as well as particle identification, for example for recognizing important plankton species. In combination with relevant ship data such as position, speed and time as well as other locally measured, in particular hydrographic environmental parameters, a three-dimensional image of the plankton distribution can thus be determined relatively quickly. Thus, with the device according to the invention, an intelligent scientific system is created that can be used worldwide by research institutes, environmental organizations and environmental authorities. Due to the compact design of the device as VPR this can be used both as a towed device in ship missions, but also as anchorable or permanently mountable unit for a stationary operation and make continuous recordings of a defined volume of the water column. In this case, the low power consumption caused by the components used is favorable, since thereby an autonomous use of the VPR in stationary operation is possible. The planters contained in the water column are cut out of the total images as regions of interest (ROI) of interest, with the local physical ones Parameters associated and classified by the pattern recognition system as part of the evaluation. Contrary to the traditional plankton sampling, the device according to the invention is characterized by a significantly lower processing cost of the data obtained and allows easy-to-obtain, high-resolution and large-scale time series studies. By being able to connect environmental sensors such as salinity, depth, temperature, fluorescence or oxygen probes to the device according to the invention, environmental parameters are associated with each captured image. As a result, each planktic representative is also assigned the physical parameters of his direct environment. An investigation of the correlation of occurrence with hydrographic phenomena such as fronts, klines, etc., is thereby realized. The device according to the invention thus offers the possibility of determining the abundance and diversity of individual planktonic organisms groups on a small scale. In addition to the high spatial resolution of the vertical distribution on the centimeter scale, zooplankton variabilities can also be quantified quickly at a corresponding sampling frequency on small time scales. The resulting data should help to complete the understanding of biological-physical relationships, provide new in-situ insights into the ecology of individual organisms, and provide an important contribution to other time-series studies.
Der VPR kann neue Möglichkeiten in der Planktonforschung eröffnen, die auf diese Weise von keinem anderen Plankton-Recordersystem bereitgestellt werden. Besonderer Wert wird auf die Modularität und Skalierbarkeit gelegt, damit einzelne Komponenten einfach zu modifizieren sind und auch nach dem Bau noch Verfeinerungen zulassen. Allgemein kann der VPR überall dort eingesetzt werden, wo die Bestimmung der Abundanz und Diversität von Planktern von Interesse ist. Dabei besteht keine Beschränkung, ob es sich um Einschätzungen für Nahrungskettenanalysen oder annuell bedingter Aufklärung der Variabilität, der tageszeitlichen Vertikalwanderung, derThe VPR can open up new possibilities in plankton research, which are not provided in this way by any other plankton recorder system. Particular emphasis is placed on modularity and scalability so that individual components are easy to modify and allow for refinement even after construction. In general, the VPR can be used wherever determining the abundance and diversity of plankton is of interest. There is no limit to whether it is estimates for food chain analyzes or annuell Clarification of variability, the daily vertical migration, the
Besiedlungssukzession oder des Erscheinens von meroplanktischen Larven handelt. In allen Fällen lässt sich das Auftreten mit den physikalischen Parametern festhalten. Eine Erhöhung der Druckstabilität weit jenseits der 100 bar Grenze eröffnet zudem die Möglichkeit neben der neritischen auch weit in die Tiefen der ozeanischen Provinz vorzudringen, die bisher überwiegend durch klassische Methoden beprobt wurde und somit völliges Neuland für VPR-Systeme darstellt. Im Fall des Einsatzes in einer Verankerung lässt sich in nahezu Echtzeit eine kontinuierliche Beprobung durchführen, die ohne weiteren Aufwand möglich ist. Nach der Installation und der Sicherstellung der Energieversorgung, sowie der Datenübertragung ließen sich eine Vielzahl von Fragestellungen mit diesem VPR bearbeiten, ohne dass aufwändige Beprobungen mit Schiffen, Netzen und einer Vielzahl von Personen wetterabhängig durchgeführt werden müssen. Fragestellungen zu meroplanktischen Larven können durch die kleinskalige Planktonbetrachtung im Wasserkörper detaillierter bearbeitet werden.Colonization succession or emergence of meroplanktischen larvae. In all cases, the occurrence can be recorded with the physical parameters. An increase in pressure stability far beyond the 100 bar limit also opens up the possibility of penetrating not only the neritic but also far into the depths of the oceanic province, which has so far been predominantly sampled by classical methods and thus represents completely new territory for VPR systems. In the case of use in an anchorage, a continuous sampling can be carried out in near real time, which is possible without further effort. After the installation and the securing of the energy supply, as well as the data transmission, a multitude of questions could be dealt with with this VPR, without the need for time-consuming sampling with ships, nets and a large number of persons depending on the weather. Questions about meroplanktischen larvae can be processed in more detail by the small-scale plankton consideration in the water body.
Da jeweils auf ein sehr geringes Messvolumen fokussiert wird, ist es von entscheidender Bedeutung, eine hohe Anzahl von Videoaufnahmen in einem kurzen Zeitraum zu machen. Bei einem Messvolumen von z.B. 10x10x10 mm werden 1000 Bilder benötigt, bis ein Wasservolumen von einem Liter äquivalent beprobt ist. Bei einer hypothetischen Frequenz von 24 Bildern pro Sekunde vergehen dabei etwa 42 s. Zwischen zwei Bildern muss gewährleistet sein, dass das Messvolumen zu 100% ausgetauscht wird. Ist dies nicht der Fall, besteht die Möglichkeit, dass ein Plankter auf zwei Bildern erscheint und die Statistik verfälscht. Von höherer Bedeutung als im Schelfbereich kann dies im offenen Ozean sein, wo die durchschnittliche Abundanz einzelner Arten äußerst gering ist. Dementsprechend muss die relative Wegstrecke zwischen zwei Bildern mindestens der Diagonale (Maximalwert bei Anströmung parallel zur Beleuchtung) des aufgenommenen Bildes der Kamera entsprechen. Im genannten Beispiel 14,1 mm. Bei 24 Bildern pro s entsprechend 339,4 mm/s =Because each focus on a very small measurement volume, it is crucial to make a high number of video recordings in a short period of time. With a measuring volume of eg 10x10x10 mm 1000 images are needed until a water volume of one liter is equivalent sampled. At a hypothetical frequency of 24 frames per second, about 42 s pass. Between two images, it must be ensured that the measuring volume is 100% exchanged. If this is not the case, there is the possibility that a planter appears on two images and falsifies the statistics. Of greater importance than in the shelf area, this can be in the open ocean, where the average abundance of individual species is extremely low. Accordingly, the relative distance between two images must correspond at least to the diagonal (maximum value when incident parallel to the illumination) of the recorded image of the camera. in the Example 14.1 mm. At 24 frames per second, corresponding to 339.4 mm / s =
0,3394 m/s = 1 ,222 km/h = 0,65 Kn. Die Geschwindigkeit von 0,65 Knoten lässt sich im Operationsmodus an Bord eines Schiffes relativ sicher bereitstellen. Für ortsfeste Verankerungen (Moorings) muss jedoch darauf geachtet werden, dass diese Anströmgeschwindigkeit auch gewährleistet ist.0,3394 m / s = 1, 222 km / h = 0,65 Kn. The speed of 0.65 knots can be provided relatively safely in operation mode aboard a ship. For fixed moorings, however, care must be taken to ensure that this flow velocity is also ensured.
Die einzelnen Plankter, die in die Lichtscheibe und gleichzeitig in das Sichtfeld der Videokamera eintreten, werden von einer CCD- Videokamera in einem normalen Aufnahmezyklus erfasst. Um Bewegungsartefakte klein zu halten, benötigt die Videokamera eine sehr kurze Belichtungszeit sowie eineThe individual planks which enter the lens and simultaneously into the field of view of the video camera are detected by a CCD video camera in a normal recording cycle. To keep motion artifacts small, the video camera requires a very short exposure time as well as a
Triggerung mit einem Shutter bei Stroboskopeinsatz. Vor die Videokamera wird mit Hilfe von Extenderringen ein Tele- bzw. Makroobjektiv gesetzt, welches eine Auflösung von etwa 10 μm pro Pixel gewährleistet. Die Qualität der Bilder wird von weiteren Parametern wie Schwebstoffen und ähnlichem beeinflusst. Um die Aussagequalität über den Bezug zur räumlichen Skala hoch zu halten, muss die Videokamera über eine hohe Auflösung (z.B. 2000 x 2000 Pixel entsprechend 20 x 20 mm) verfügen. Ein Plankter von 2 x 1 ,5 mm würde bei 8 Bit Farbtiefe entsprechend 200 x 150 x 8 « 30 kBit reine Bildinformation unkomprimiert liefern. Die Vergrößerungsstufe soll möglichst konstant sein, um der Auswertung immer die gleichen Parameter zu bieten. Die Genauigkeit der Abundanzberechnungen steigt mit dem beprobten Volumen pro Zeit und damit auch durch eine höhere Auflösung, welche bei gleichem μm/Pixel-Wert das gescannte Volumen pro Bild erhöht.Triggering with a shutter during stroboscopic use. A telephoto or macro lens is set in front of the video camera with the help of extender rings, which ensures a resolution of about 10 μm per pixel. The quality of the images is influenced by other parameters such as suspended matter and the like. To keep the quality of the statement high relative to the spatial scale, the video camera must have a high resolution (e.g., 2000 x 2000 pixels corresponding to 20 x 20 mm). A plankter of 2 x 1.5 mm would deliver uncompressed at 8-bit color depth corresponding to 200 x 150 x 8 "30 kBit of pure image information. The magnification level should be as constant as possible in order to always provide the same parameters for the evaluation. The accuracy of the abundance calculations increases with the sampled volume per time and thus also with a higher resolution, which increases the scanned volume per image at the same μm / pixel value.
Ein Auswertungsmodul stellt die ROI-Extraktion und die Verknüpfung mit den Parametern sicher und kann auf einem Rechner in der Unterwassereinheit stattfinden. Die Daten können dann z.B. online via Internet oder LAN an einen weiteren Rechner im Netz oder an Bord gesendet werden, der die Auswertung, möglichst in Echtzeit, vornimmt. Es wird erwartet, dass auf ca. jedem zweiten bis achten Bild Organismen und Partikel auftreten. Augenmerk muss auf die Tatsache gelegt werden, dass einzelne Strukturen nicht immer zusammenhängend erscheinen können (siehe unten). In einzelnen Bereichen kann sich die Anzahl der ROl's pro Aufnahme jedoch stark erhöhen. Die ROl's werden zusammen mit den Metadaten, wie Cruisename, Datum, Zeit, Breitengrad, Längengrad und den physikalischen Parametern, wie CTD Daten und Wasservolumen gespeichert. Für den Fall, dass die Energieversorgung unerwartet unterbrochen wird, muss sichergestellt sein, dass die bisher erhobenen Daten erhalten bleiben. Aus dem gleichen Grund ist in diesem, wie in allen anderen Folgemodulen, eine hohe Systemstabilität zu gewährleisten. Die Bilder müssen unverändert gespeichert werden, damit eine spätereAn evaluation module ensures the ROI extraction and the linkage with the parameters and can take place on a computer in the underwater unit. The data can then be sent, for example, online via the Internet or LAN to another computer in the network or on board, which performs the evaluation, if possible in real time. It is expected that on every second to eighth image organisms and particles occur. Attention must be paid to the Fact that individual structures may not always appear coherent (see below). In some areas, however, the number of ROIs per recording can increase significantly. The ROIs are stored along with metadata such as cruise name, date, time, latitude, longitude, and physical parameters such as CTD data and water volume. In the event that the energy supply is interrupted unexpectedly, it must be ensured that the data collected so far are preserved. For the same reason, in this case, as in all other follow-up modules, a high system stability is to be ensured. The pictures must be stored unchanged, so that a later
Auswertung von weiteren Faktoren, wie Ausrichtung der Organismen (z.B. von Überwinterungsstadien an Klinen) und ähnlichem möglich ist.Evaluation of other factors, such as alignment of the organisms (e.g., overwintering stages at klines) and the like is possible.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, im Folgenden kurz VPR genannt, können zwei rechteckige Aperturblenden vorgesehen sein, wobei die zweite rechteckige Aperturblende schmaler ausgebildet ist als die erste rechteckige Aperturblende und die Fokuslinie zwischen beiden rechteckigen Aperturblenden liegt. Die rechteckigen Blenden sorgen zusammen mit den Stablinsen für die rechteckige Ausprägung der Lichtscheibe. Durch die in Richtung auf das Messvolumen kleiner werdenden rechteckigen Aperturblenden wird eine Erhöhung der Beleuchtungsstärke in Richtung auf das Messvolumen im Sinne einer Aufkonzentrierung erreicht. Eine im Bereich der Fokuslinie achsenkongruent dazu angeordnete rechteckige Gesichtsfeldblende sorgt für eine sichere Ausblendung von Streulicht im außerhalb des beleuchteten Messvolumens liegenden Teil des Wasserkörpers und damit für eine verbesserte Videodetektion der Partikel. Zur Erreichung einer besonderen Kompaktheit der VPR kann weiterhin das Aufnahmesystem parallel zur Beleuchtungseinrichtung ausgerichtet sein, wobei die Lichtscheibe dann über eine 90°-Strahlumlenkung rechtwinklig umgelenkt wird, um zu gewährleisten, dass die Aufnahmerichtung der Videokamera orthogonal auf der Lichtscheibe steht. Für andere Anwendungen können andere Umlenkwinkel, mehrere Umlenkungen oder auch eine Ausführung ohne Umlenkung in Betracht kommen. Wichtig dabei ist lediglich, dass die Aufnahmeachse senkrecht zur Lichtscheibe ausgerichtet ist.In one embodiment of the device according to the invention, referred to below as VPR for short, two rectangular aperture diaphragms may be provided, wherein the second rectangular aperture diaphragm is narrower than the first rectangular aperture diaphragm and the focus line lies between the two rectangular aperture diaphragms. The rectangular panels together with the rod lenses ensure the rectangular appearance of the lens. As a result of the rectangular aperture diaphragms becoming smaller in the direction of the measuring volume, an increase in the illuminance in the direction of the measuring volume is achieved in the sense of concentration. A rectangular field of view aperture arranged in the region of the focal line with respect to the axis ensures reliable suppression of stray light in the part of the water body outside the illuminated measuring volume and thus for improved video detection of the particles. To achieve a special compactness of the VPR, the recording system can furthermore be aligned parallel to the illumination device, with the lens then being deflected at right angles via a 90 ° beam deflection in order to ensure that the recording direction of the Video camera stands orthogonally on the lens. For other applications, other deflection, multiple deflections or a design without deflection may be considered. It is important only that the recording axis is aligned perpendicular to the lens.
Zur optimalen Ausleuchtung der Lichtscheibe ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die lineare Lichtquelle einen Abstrahlwinkel von unter 70° und eine maximale Lichtleistung aufweist. Dies kann erreicht werden, wenn die lineare Lichtquelle als Reflektorleuchte ausgebildet ist, die einen kombinierten Reflektor aus einem elliptisch ausgedehnten und einem sphärisch ausgedehnten Spiegel mit einer zentralen Apertur und ein in der Brennlinie des Reflektors angeordnetes, lineares Leuchtmittel aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine starke Blitz-/Halogen-/Xenonlampe oder ein High-Efficiency-LED-Feld, insbesondere in der Ausgestaltung als Reihe aus mehreren benachbarten Leuchtdioden handeln. Hierbei kann der Reflektor den einzelnen Leuchtdioden zugeordnete Reflektorbereiche aufweisen. Durch die Verwendung mehrerer in einer Linie stehender Leuchtdioden in der Fokuslinie der ersten Stablinse wird eine höhere Gesamtlichtausbeute erreicht, weil nicht wie bei sphärischen Linsen aus beiden Raumrichtungen punktförmig auf einen Brennpunkt fokussiert wird, sondern nur aus einer Richtung. Dadurch wird jeder Punkt innerhalb der Lichtscheibe (bis auf die Randbereiche) von mehreren benachbarten Leuchtdioden angestrahlt. Vorteilhaft ist hierbei, dass Partikel, welche in der Lichtscheibe angestrahlt werden, nur einen verminderten Schattenwurf aufweisen und somit die Detektion nicht verfälschen.For optimal illumination of the lens, it is also advantageous if the linear light source has an emission angle of less than 70 ° and a maximum light output. This can be achieved if the linear light source is designed as a reflector lamp, which has a combined reflector of an elliptically extended and a spherically extended mirror with a central aperture and arranged in the focal line of the reflector, linear lighting means. This may be, for example, a strong flash / halogen / xenon lamp or a high-efficiency LED field, in particular in the embodiment as a series of several adjacent light-emitting diodes. In this case, the reflector may have reflector regions assigned to the individual light-emitting diodes. By using a plurality of aligned light-emitting diodes in the focal line of the first rod lens, a higher overall light output is achieved because it is not focused as in spherical lenses from two spatial directions punctiform on a focal point, but only from one direction. As a result, each point within the lens (except for the edge areas) is illuminated by several neighboring LEDs. It is advantageous here that particles which are illuminated in the lens have only a reduced shadow and thus do not distort the detection.
Die Lichtstrahlen werden über den optischen Apertur- und Blendenaufbau zusammengefasst, gerichtet, umgelenkt und als Lichtband parallel zur Schlepp- bzw. Fierrichtung ins Wasser projiziert. Die erste Blende bestimmt dabei die Breite der Lichtscheibe. Ein Vorteil dieser Beleuchtungsmethode besteht darin, dass nicht der gesamte Wasserkörper angestrahlt und somit Hintergrundrauschen während der Aufnahme vermindert wird. Über dieThe light beams are combined via the optical aperture and diaphragm structure, directed, deflected and projected into the water as a light band parallel to the trailing or Fierrichtung. The first panel determines the width of the lens. An advantage of this lighting method is that not the entire body of water is illuminated and thus Background noise is reduced during recording. About the
Einstellung der Blenden (0,5 - 3,0 cm) kann die Breite der Lichtscheibe variiert werden, auf die die Videokamera im rechten Winkel gerichtet ist. Über die Kontrast- und Blendeneinstellungen lassen sich somit Organismen, die vor oder hinter dem beleuchteten Messvolumen liegen, weitestgehend ausblenden. Über den horizontal und vertikal in der Fläche erfassten Ausschnitt der Videokamera und der Dicke der Lichtscheibe als Tiefenbegrenzung kann das dabei aufgenommene Wasservolumen bestimmt werden.Adjusting the aperture (0.5 - 3.0 cm), the width of the lens can be varied, to which the video camera is directed at right angles. The contrast and iris settings can be used to hide as much as possible organisms that are in front of or behind the illuminated measurement volume. The captured volume of water can be determined via the section of the video camera recorded horizontally and vertically in the surface and the thickness of the lens as a depth limit.
Eine andere Modifikation des VPR sieht vor, dass zumindest die Lichtquelle und die Videokamera in einem druckfesten und strömungsgünstig geformten Gehäuse angeordnet sind. Weiterhin können auch die rechteckigen Aperturblenden, die rechteckige Gesichtsfeldblende und die Stablinsen in dem Gehäuse angeordnet sein, wobei dieses auf seiner Innenseite eineAnother modification of the VPR provides that at least the light source and the video camera are arranged in a pressure-resistant and aerodynamically shaped housing. Furthermore, the rectangular aperture stops, the rectangular field stop and the rod lenses can be arranged in the housing, wherein this on its inside a
Verspiegelung aufweist. Eine angestrebte flache Bauform des VPR ermöglicht es dabei, das Gehäuse möglichst strömungsgünstig gestalten zu können. Bei dem VPR handelt es sich daher um ein Gerät, welches durch seine Gestaltung einen geringen Staudruck aufbaut. Dadurch wird verhindert, dass kleine Plankter um den Probennahmeort herumgeschwemmt werden und der Auswertung entgehen. Auf der anderen Seite wird die Anzahl wenig abundanter Arten durch die Methode der Probennahme teilweise unterschätzt oder sie werden gar nicht erfasst. Um diesem vorzubeugen, muss eine hohe Beprobungsrate erreicht werden wie auch eine exakte Bestimmung des Messvolumens. Es muss im Moment der Aufnahme so ungestört wie möglich vorliegen. Der VPR muss in Schlepp- oder Fierrichtung so ausgerichtet werden, dass Verwirbelungen und Staudruck so niedrig wie möglich gehalten werden. Schließlich müssen die einzelnen Umweltsonden in der Nähe des Fokusbereichs der Videokamera liegen, bzw. auf der gleichen horizontalen Ebene. Durch die Verspiegelung auf der Gehäuseinnenseite kann auch Licht außerhalb der zentralen Achse durch Mehrfachreflexion eingefangen und auf das Messvolumen gerichtet werden, sodass sich eine Intensitätserhöhung des Lichts ergibt. Schließlich können in einer weiteren Modifikation die lineare Reflektorleuchte, die rechteckigen Aperturblenden, die rechteckige Gesichts- feldblende und die Stablinsen über die vier Seitenkanten eines Quaders bildende Gewindestangen miteinander verbunden und zueinander einstellbar angeordnet sein. Dadurch ergibt sich eine kompakte Bauform mit einer guten Stabilisierung durch die Gewindestangen, die gleichzeitig der parallelen Verstellung und Fixierung der einzelnen Blenden und Stablinsen dienen. Weitere konstruktive Einzelheiten der Vorrichtung nach der Erfindung sind dem nachfolgenden speziellen Beschreibungsteil zu entnehmen.Has mirroring. An aspired flat design of the VPR makes it possible to design the housing as streamlined as possible. The VPR is therefore a device which, due to its design, builds up a low dynamic pressure. This prevents small planks from being washed around the sampling site and avoiding the evaluation. On the other hand, the number of less abundant species is sometimes underestimated by the method of sampling or they are not recorded at all. To prevent this, a high sampling rate must be achieved as well as an exact determination of the measuring volume. It must be as undisturbed as possible at the moment of recording. The VPR must be oriented in the direction of the tow or furrow so that turbulence and dynamic pressure are kept as low as possible. Finally, the individual environmental probes must be located near the focus area of the video camera, or on the same horizontal plane. The mirroring on the inside of the housing can also light be captured outside the central axis by multiple reflection and directed to the measurement volume, resulting in an increase in intensity of the light. Finally, in a further modification, the linear reflector lamp, the rectangular aperture diaphragms, the rectangular face panel diaphragm and the rod lenses can be connected to one another via the four side edges of a cuboid forming threaded rods and arranged to be adjustable. This results in a compact design with a good stabilization by the threaded rods, which serve simultaneously the parallel adjustment and fixation of the individual panels and rod lenses. Further structural details of the device according to the invention can be found in the following special description part.
Ausführungsbeispieleembodiments
Ausführungsformen der Vorrichtung nach der Erfindung werden nachfolgend zu deren weiterem Verständnis anhand der schematischen Figuren näher erläutert. Dabei zeigtEmbodiments of the device according to the invention are explained in more detail below for their further understanding with reference to the schematic figures. It shows
Figur 1 eine Ausführungsform als VPR in der Seitenansicht imFigure 1 shows an embodiment as VPR in the side view in
Längsschnitt, Figur 2 eine Ausführungsform als VPR in der Aufsicht mit einerLongitudinal section, Figure 2 shows an embodiment as VPR in the plan view with a
Verspiegelung,silvering,
Figur 3 eine Ausführungsform als VPR in der perspektivischen Seitenansicht ohne Gehäuse undFigure 3 shows an embodiment as VPR in the perspective side view without housing and
Figur 4 die Beleuchtungseinrichtung mit einer linearen4 shows the illumination device with a linear
Reflektorleuchte in der Draufsicht.Reflector lamp in plan view.
In Figur 1 ist die Vorrichtung in der Ausführungsform eines Video-Plankton- Rekorders VPR dargestellt, bei dem eine Beleuchtungseinrichtung BE und eine Auswerteeinheit AW in einem druckfesten Gehäuse DG mit zwei druckdicht in die Gehäusewandung eingepassten Fenstern FE1, FE2 angeordnet sind. Ein solcher Video-Plankton Rekorder kann auch englisch als „Lightframe On-Sight Keyspecies Investigation" mit dem Akronym „LOKI" treffend bezeichnet werden. Die optische Beleuchtungseinrichtung BE hinter dem Fenster FE1 umfasst eine lineare Lichtquelle LQ und zwei Stablinsen SL1, SL2 eines fokussierenden Linsensystems LN. Dabei sind die Stablinsen SL1, SL2 im gewählten Ausführungsbeispiel plankonvex mit einer asphärischen Linsenkrümmung ausgebildet. Zu der Auswerteeinheit AW hinter dem Fenster FE2 gehört eine Videokamera VK als Aufnahmesystem AS und weitere Blenden und Linsen sowie Mittel zur Datenverarbeitung, beispielsweise ein Mustererkennungssystem, und -speicherung, die aber in Figur 1 nicht weiter dargestellt sind. Bei den eingesetzten Stablinsen SL1, SL2 handelt es sich um kommerziell erhältliche Komponenten. Die Brennweiten sind dabei mit 8 cm und 6 cm im Ausführungsbeispiel hoch gewählt, um flache Winkel gegen- über der optischen Achse des Video-Plankton-Rekorders VPR zu gewährleisten, was Abbildungsfehler reduziert. Geeignet sind Stablinsen aus Glas mit höherem Brechungsindex (Glassorte SF6). Die Option, die Stablinse SL1 mit mehr als 3 cm Höhe zu verwenden, scheidet aus, da gleichzeitig die Fokuslinie FL weiter von der Stablinse SL1 wegrückt, weil diese mit einer benötigten höheren Rundung der konvexen Seite physikalischen Begrenzungen gemäß der Formel: Zylinderradius = Brennweite x (Brechungsindex - 1) unterliegt. Zudem würde dadurch der Winkel zwischen der Senkrechten auf der planen Linsenseite und der Abweichung des Lichtstrahls LT von der optischen Achse im Randbereich zu groß, wodurch ebenfalls die Lichtintensität verringert werden würde.In Figure 1, the device in the embodiment of a video plankton recorder VPR is shown in which a lighting device BE and an evaluation AW in a pressure-resistant housing DG with two pressure-tight in the housing wall fitted windows FE1, FE2 are arranged. Such a video plankton recorder can also be aptly called "Lightframe On-Sight Keyspecies Investigation" with the acronym "LOKI". The optical illumination device BE behind the window FE1 comprises a linear light source LQ and two rod lenses SL1, SL2 of a focusing lens system LN. In this case, the rod lenses SL1, SL2 in the selected exemplary embodiment are plano-convexly formed with an aspherical lens curvature. To the evaluation unit AW behind the window FE2 includes a video camera VK as a recording system AS and other screens and lenses and means for data processing, such as a pattern recognition system, and storage, but not shown in Figure 1. The rod lenses used SL1, SL2 are commercially available components. The focal lengths are selected to be high at 8 cm and 6 cm in the exemplary embodiment in order to ensure flat angles with respect to the optical axis of the video plankton recorder VPR, which reduces aberrations. Suitable are rod lenses made of glass with a higher refractive index (glass type SF6). The option to use the rod lens SL1 with more than 3 cm height is eliminated because the focus line FL moves farther away from the rod lens SL1, because with a required higher rounding of the convex side physical limitations according to the formula: Cylinder radius = focal length x (Refractive index - 1) is subject. In addition, this would make the angle between the perpendicular on the plane lens side and the deviation of the light beam LT from the optical axis in the edge region too large, which would also reduce the light intensity.
Der Video-Plankton-Rekorder VPR erzeugt zur Partikeldetektion in einem strömenden Fluid ein optisch begrenztes Messvolumen MV, das als dünne, tiefenbegrenzte Lichtscheibe LS ausgebildet ist. Das Messvolumen MV wird vom Wasser frei durchströmt, die Strömungsrichtung verläuft senkrecht zur Zeichenebene, sodass sich das Messvolumen MV kontinuierlich füllt und entleert und immer neue Wasservolumina detektiert werden können. Das druckfeste Gehäuse DG kann in Strömungsrichtung strömungsgünstig geformt vorgesehen sein, sodass bei der Anströmung durch das Wasser keine die Detektionsergebnisse störenden Wirbel entstehen. Die Lichtscheibe LS wird von der Lichtquelle LQ erzeugt, deren Lichtstrahl LT mittels der ersten Stablinse SL1 parallelisiert und mittels der zweiten Stablinse SL2 auf eine Fokuslinie FL fokussiert wird. Dabei liegt die aufgrund der verwendeten linearen Lichtquelle LQ linear ausgeprägte Fokuslinie FL außerhalb des druckfesten Gehäuses DG und vor der Lichtscheibe LS. Die Breite B1 des Lichtstrahls LT wird durch eine erste rechteckige Aperturblende AB1 im druckfesten Gehäuse DG eingestellt, die zwischen den beiden Stablinsen SL1, SL2 angeordnet ist. Hinter der Fokuslinie FL wird der fokussierte Lichtstrahl LT durch eine dritte Stablinse SL3, die im gewählten Ausführungsbeispiel ebenfalls plankonvex mit einer asphärischen Linsenkrümmung ausgebildet ist, außerhalb des druckfesten Gehäuses DG wieder parallelisiert. Gleichzeitig erfolgt durch eine zweite rechteckige Aperturblende AB2 hinter der Fokuslinie FL außerhalb des druckfesten Gehäuses DG, die schmaler ist als die erste rechteckige Aperturblende AB1 , eine Intensitätskonzentrierung des Lichtstrahls LT durch eine Verschmä- lerung des Lichtstrahls LT auf eine Breite B2, durch die dann die Dicke d der Lichtscheibe LS als Tiefenbegrenzung des Messvolumens MV festgelegt ist. Im Bereich der Fokuslinie FL ist achsenkongruent eine rechteckige Gesichtsfeldblende GB zur Verminderung von Streulicht angeordnet. Hinter der zweiten rechteckigen Aperturblende AB2 ist ein Umlenkspiegel US angeordnet, der den aufkonzentrierten Lichtstrahl um rechtwinklig umlenkt. Damit gelangt der Lichtstrahl in den Aufnahmelichtstrahl AF der Videokamera VK, der durch eine weitere Blende WB begrenzt wird und senkrecht auf dem Lichtstrahl LT steht, sodass die Breite B2 des Lichtstrahls LT nunmehr der Dicke d der Lichtscheibe LS entspricht. Alle genannten Komponenten sind auf Gewindestangen GS verschiebbar angeordnet, dadurch können sie in ihrem Abstand zueinander eingestellt und anschließend fixiert werden. Die beschriebene Anordnung und Ausstattung des dargestellten Video-Plankton-Rekorder VPR mit Linsen und Blenden ist nur beispielhaft und kann erforderlichenfalls auch anders aussehen.The video plankton recorder VPR generates for particle detection in a flowing fluid, an optically limited measurement volume MV, which is designed as a thin, depth-limited lens LS. The measuring volume MV is flowed through freely by the water, the flow direction is perpendicular to Drawing level, so that the measuring volume MV continuously fills and empties and always new volumes of water can be detected. The flameproof housing DG can be provided streamlined in the flow direction, so that no disturbing the detection results vortex arise in the flow through the water. The lens LS is generated by the light source LQ whose light beam LT is parallelized by means of the first rod lens SL1 and focused by the second rod lens SL2 on a focus line FL. In this case, due to the linear light source LQ used linear focus line FL is outside the flameproof housing DG and in front of the lens LS. The width B1 of the light beam LT is set by a first rectangular aperture stop AB1 in the pressure-resistant housing DG, which is arranged between the two rod lenses SL1, SL2. Behind the focus line FL, the focused light beam LT is parallelized again outside the pressure-resistant housing DG by a third rod lens SL3, which likewise has a plano-convex design with an aspherical lens curvature in the selected exemplary embodiment. At the same time, a second rectangular aperture diaphragm AB2 behind the focus line FL outside the pressure-resistant housing DG, which is narrower than the first rectangular aperture diaphragm AB1, intensifies the intensity of the light beam LT by narrowing the light beam LT to a width B2, through which the Thickness d of the lens LS is set as the depth limit of the measuring volume MV. In the area of the focus line FL, a rectangular field stop GB is arranged on the axis congruent to reduce scattered light. Behind the second rectangular aperture AB2 a deflecting mirror US is arranged, which deflects the concentrated light beam at right angles. Thus, the light beam enters the recording light beam AF of the video camera VK, which is bounded by a further diaphragm WB and is perpendicular to the light beam LT, so that the width B2 of the light beam LT now corresponds to the thickness d of the lens LS. All of these components are slidably mounted on threaded rods GS, thus they can in their distance from each other set and then fixed. The described arrangement and equipment of the illustrated video plankton recorder VPR with lenses and diaphragms is only an example and may, if necessary, look different.
Die Figur 2 zeigt in der Draufsicht einen Video-Plankton-Rekorder VPR, bei dem alle Komponenten in einem druckfesten Gehäuse DG angeordnet sind (hier nicht erläuterte Bezugszeichen siehe Figur 1). Zur Erhöhung der Lichtausbeute ist in dieser Ausführungsvariante auf der Innenseite des druckfesten Gehäuses DG eine Verspiegelung VS vorgesehen. Eingezeichnet ist ein exemplarischer Strahlengang entlang der optischen Achse des Systems.FIG. 2 shows a top plan view of a video plankton recorder VPR in which all components are arranged in a pressure-resistant housing DG (reference numerals not explained here, see FIG. 1). In order to increase the luminous efficiency, in this embodiment variant, a reflective coating VS is provided on the inside of the pressure-resistant housing DG. Shown is an exemplary beam path along the optical axis of the system.
In der Figur 3 ist eine perspektivische Seitenansicht des Video-Plankton- Rekorders VPR ohne druckfestes Gehäuse DG dargestellt. Die lineareFIG. 3 shows a perspective side view of the video plankton recorder VPR without pressure-resistant housing DG. The linear
Lichtquelle LQ besteht aus einer Reihe von einzelnen Leuchtdioden LED, die von einem gemeinsamen rechteckigen Reflektor RF umgeben sind. Leuchtdioden LED sind kommerziell am Markt einfach erhältlich - auch mit einem Abstrahlwinkel von 70° oder weniger - leuchtstark und langlebig (3 W - 5 W, 100.000 Betriebsstunden). Dabei weist der Reflektor RF den einzelnenLight source LQ consists of a series of individual light-emitting diodes LED, which are surrounded by a common rectangular reflector RF. Light emitting diode LEDs are commercially available on the market - even with a beam angle of 70 ° or less - bright and durable (3 W - 5 W, 100,000 operating hours). In this case, the reflector RF the individual
Leuchtdioden LED zugeordnete Reflektorbereiche RB auf. Diese Reflektorbereiche RB können eine Ausprägung aufweisen, wie sie in Figur 4 näher erläutert wird. An den vier Ecken des Reflektors RF ist jeweils eine Gewindestange GS vorgesehen. Zwischen den vier Gewindestangen GS werden die optischen Komponenten des Video-Plankton-Rekorders VPR gelagert und fixiert (hier nicht erläuterte Bezugszeichen siehe Figur 1). Dabei sind die Tragrahmen TR für die Komponenten mit einer Ausnahme alle gleich ausgeführt. Die Ausnahme bildet der Tragrahmen TR für den Umlenkspiegel US, dem ein Längsrahmenabschnitt fehlt. Der vorhandene Längsrahmenabschnitt LA weist eine 45°-Schräge auf, in die der Umlenkspiegel US, der größer als der Tragrahmen TR ist, einlegbar ist.Light emitting diode LED associated reflector areas RB on. These reflector regions RB can have an expression, as will be explained in more detail in FIG. At the four corners of the reflector RF a threaded rod GS is provided in each case. Between the four threaded rods GS, the optical components of the video plankton recorder VPR are stored and fixed (reference numerals not explained here, see FIG. 1). In this case, the support frame TR are all the same for the components with one exception. The exception is the support frame TR for the deflection mirror US, which lacks a longitudinal frame section. The existing longitudinal frame section LA has a 45 ° bevel, in which the deflection mirror US, which is larger than the support frame TR, can be inserted.
In der Figur 4 ist eine lineare Lichtquelle LQ als lineare Reflektorleuchte RL mit einem kombinierten Reflektor KR mit zentraler Apertur ZA dargestellt. Der kombinierten Reflektor KR weist einen elliptischen Spiegel SE in Form eines ausgedehnten Rotationsellipsoids RE und einen sphärischen Spiegel SS in Form einer ausgedehnten Kugelschale KS auf. Die lineare Lichtquelle LQ ist in der ersten Brennlinie BL1 des elliptischen Spiegels SE angeordnet. Der sphärische Spiegel SS ist mit seiner Mittellinie ebenfalls in der ersten Brennlinie BL1 des elliptischen Spiegels SE angeordnet, seine zentrale Apertur ZA befindet sich genau in der zweiten Brennlinie BL2 des elliptischen Spiegels SE. Die Lichtausbeute derartiger kombinierter Reflektoren KR ist besonders hoch, da alle Lichtstrahlen, die nicht direkt durch die zentrale Apertur ZA austreten, von dem sphärischen Spiegel S2 auf den elliptischen Spiegel SE zurückgeworfen und von da aus zur zentralen Apertur ZA reflektiert werden. Lediglich in den Randbereichen eines linear ausgedehnten kombinierten Reflektors KR treten Verluste auf. FIG. 4 shows a linear light source LQ as a linear reflector light RL with a combined reflector KR with a central aperture ZA. The combined reflector KR has an elliptical mirror SE in the form of an expanded rotational ellipsoid RE and a spherical mirror SS in the form of an extended spherical shell KS. The linear light source LQ is arranged in the first focal line BL1 of the elliptical mirror SE. The spherical mirror SS is also arranged with its center line in the first focal line BL1 of the elliptical mirror SE, its central aperture ZA is located exactly in the second focal line BL2 of the elliptical mirror SE. The luminous efficacy of such combined reflectors KR is particularly high, since all light rays that do not exit directly through the central aperture ZA are reflected by the spherical mirror S2 onto the elliptical mirror SE and are reflected from there to the central aperture ZA. Only in the edge regions of a linearly extended combined reflector KR occur losses.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
AB rechteckige AperturblendeAB rectangular aperture stop
AF AufnahmelichtstrahlAF recording beam
AS AufnahmesystemAS recording system
AW AuswerteeinheitAW evaluation unit
B Breite des LichtstrahlsB Width of the light beam
BE BeleuchtungseinrichtungBE lighting device
BL Brennlinie d Dicke der LichtscheibeBL focal line d thickness of the lens
DG druckfestes GehäuseDG flameproof housing
FE FensterFE window
FL FokuslinieFL focus line
GB rechteckige GesichtsfeldblendeGB rectangular field of view
GS GewindestangeGS threaded rod
KR kombinierter ReflektorKR combined reflector
KS KugelschaleKS ball cup
LA LängsrahmenabschnittLA longitudinal frame section
LED LeuchtdiodeLED light emitting diode
LN LinsensystemLN lens system
LQ lineare LichtquelleLQ linear light source
LS LichtscheibeLS lens
LT LichtstrahlLT light beam
MV optisch begrenztes MessvolumenMV optically limited measuring volume
RB ReflektorbereichRB reflector area
RE RotationsellipsoidRE rotational ellipsoid
RF rechteckiger ReflektorRF rectangular reflector
RL ReflektorleuchteRL reflector lamp
SE elliptischer SpiegelSE elliptical mirror
SL Stablinse SS sphärischer SpiegelSL rod lens SS spherical mirror
TR TragrahmenTR supporting frame
US UmlenkspiegelUS deflecting mirror
VK VideokameraVK video camera
VPR Video-Plankton-RekorderVPR Video Plankton Recorder
VS VerspiegelungVS mirroring
WB weitere BlendeWB more aperture
ZA zentrale Apertur ZA central aperture

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur Partikeldetektion in einem strömenden Fluid in einem optisch begrenzten Messvolumen mit einer Beleuchtungseinrichtung aus einer Lichtquelle, einem Blendensystem und einem fokussierenden Linsensystem sowie mit einer optischen Auswerteinheit mit weiteren Blenden und Linsen und einem auf das Messvolumen ausgerichteten Aufnahmesystem, dadurch gekennzeichnet, dass das optisch begrenzte Messvolumen (MV) als dreidimensionale, von einer linearen Lichtquelle (LQ) tiefenbegrenzten Lichtscheibe (LS) ausgebildet ist, deren Dicke (d) durch rechteckige Aperturblenden (AB1 , AB2) im Blendensystem und Stablinsen (SL1 , SL2, SL3) im fokussierenden Linsensystem (LN) festgelegt ist, wobei die rechteckigen Aperturblenden (AB1 , AB2) und Stablinsen (SL1 , SL2, SL3) achsenkongruent zu der linearen Lichtquelle (LQ) angeordnet sind und die Fokuslinie (FL) der Stablinsen (SL1 , SL2, SL3) vor dem Messvolumen (MV) liegt, und dass das Aufnahmesystem (AS) eine orthogonal zur Lichtscheibe (LS) angeordnete Videokamera (VK) ist.1. Device for particle detection in a flowing fluid in an optically limited measurement volume with an illumination device comprising a light source, a diaphragm system and a focusing lens system and with an optical evaluation unit with further diaphragms and lenses and a recording system aligned with the measurement volume, characterized in that optically limited measurement volume (MV) as a three-dimensional, of a linear light source (LQ) depth-limited lens (LS) is formed whose thickness (d) by rectangular aperture (AB1, AB2) in the diaphragm system and rod lenses (SL1, SL2, SL3) in focusing Lens system (LN) is fixed, wherein the rectangular aperture (AB1, AB2) and rod lenses (SL1, SL2, SL3) are arranged on the axis congruent to the linear light source (LQ) and the focus line (FL) of the rod lenses (SL1, SL2, SL3) in front of the measurement volume (MV), and that the recording system (AS) is orthogonal to the lens (LS) a subordinate video camera (VK) is.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stablinsen (SL1 , SL2, SL3) plankonvex oder konkav-konvex ausgebildet sind.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the rod lenses (SL1, SL2, SL3) are formed plano-convex or concave-convex.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsenkrümmung asphärisch ausgebildet ist.3. A device according to claim 2, characterized in that the lens curvature is formed aspherical.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmesystem (AS) ein Mustererkennungssystem aufweist. 4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the receiving system (AS) comprises a pattern recognition system.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei rechteckige Aperturblenden (AB1 , AB2) vorgesehen sind, wobei die zweite rechteckige Aperturblende (AB2) schmaler ausgebildet ist als die erste rechteckige Aperturblende (AB1) und die Fokuslinie (FL) zwischen beiden rechteckigen Aperturblenden (AB1 , AB2) liegt.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that two rectangular aperture diaphragms (AB1, AB2) are provided, wherein the second rectangular aperture diaphragm (AB2) is narrower than the first rectangular aperture diaphragm (AB1) and the focus line (FL ) lies between the two rectangular aperture stops (AB1, AB2).
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Fokuslinie (FL) achsenkongruent dazu eine rechteckige Gesichtsfeldblende (GB) angeordnet ist.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the region of the focus line (FL) achsenkongruent to a rectangular field stop (GB) is arranged.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmesystem (AS) parallel zur Beleuchtungseinrichtung (BE) ausgerichtet und die Lichtscheibe (LS) über eine 90°-Strahlumlenkung (US) rechtwinklig umgelenkt ist.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the receiving system (AS) aligned parallel to the illumination device (BE) and the lens (LS) via a 90 ° beam deflection (US) is deflected at right angles.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die lineare Lichtquelle (LQ) einen Abstrahlwinkel von unter 70° und eine maximale Lichtleistung aufweist.8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the linear light source (LQ) has a radiation angle of less than 70 ° and a maximum light output.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die lineare Lichtquelle (LQ) als Reflektorleuchte (RL) ausgebildet ist, die einen kombinierten Reflektor (KR) aus einem elliptischen Spiegel (SE) und einem sphärischen Spiegel (SS) mit einer zentralen Apertur (ZA), wobei die lineare Lichtquelle (LQ) in der Brennlinie (BL1) des elliptischen Spiegels (SE) angeordnet ist.9. The device according to claim 8, characterized in that the linear light source (LQ) is designed as a reflector lamp (RL) comprising a combined reflector (KR) of an elliptical mirror (SE) and a spherical mirror (SS) with a central aperture (ZA), where the linear Light source (LQ) in the focal line (BL1) of the elliptical mirror (SE) is arranged.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die lineare Lichtquelle (LQ) als Reihe aus mehreren benachbarten Leuchtdioden (LED) ausgebildet ist und der kombinierte Reflektor (KR) den einzelnen Leuchtdioden (LED) zugeordnete Reflektorbereiche (RB) aufweist.10. The device according to claim 9, characterized in that the linear light source (LQ) as a series of a plurality of adjacent light emitting diodes (LED) is formed and the combined reflector (KR) the individual light-emitting diodes (LED) associated reflector areas (RB).
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die lineare Lichtquelle (LQ) und die Videokamera (VK) in einem druckfesten und strömungsgünstig geformten Gehäuse (DG) angeordnet sind.11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that at least the linear light source (LQ) and the video camera (VK) are arranged in a pressure-resistant and aerodynamically shaped housing (DG).
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass auch die rechteckigen Aperturblenden (AB1 , AB2), die rechteckige Gesichtsfeldblende (GB) und die Stablinsen (SL1 , SL2, SL3) in dem druckfesten Gehäuse (DG) angeordnet sind, wobei dieses auf seiner Innenseite eine Verspiegelung (VS) aufweist.12. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the rectangular aperture diaphragms (AB1, AB2), the rectangular field of view diaphragm (GB) and the rod lenses (SL1, SL2, SL3) in the pressure-resistant housing (DG) are arranged , which has on its inside a mirror coating (VS).
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die lineare Lichtquelle (LQ)1 die rechteckigen Aperturblenden (AB1 , AB2), die rechteckige Gesichtsfeldblende (GB) und die Stablinsen (SL1 , SL2, SL3) über die vier Seitenkanten eines Quaders bildende Gewindestangen (GS) miteinander verbunden und zueinander einstellbar angeordnet sind. 13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the linear light source (LQ) 1, the rectangular aperture (AB1, AB2), the rectangular field stop (GB) and the rod lenses (SL1, SL2, SL3) on the four Side edges of a cuboid forming threaded rods (GS) connected to each other and arranged to be adjustable.
PCT/DE2006/001073 2005-06-19 2006-06-18 Device for particle detection in a diffuser with a limited depth WO2006136147A2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005028893.6 2005-06-19
DE102005028893A DE102005028893B4 (en) 2005-06-19 2005-06-19 Device for particle detection in a depth-limited lens

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2006136147A2 true WO2006136147A2 (en) 2006-12-28
WO2006136147A3 WO2006136147A3 (en) 2007-04-19

Family

ID=37429286

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2006/001073 WO2006136147A2 (en) 2005-06-19 2006-06-18 Device for particle detection in a diffuser with a limited depth

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102005028893B4 (en)
WO (1) WO2006136147A2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2333515A1 (en) 2009-12-11 2011-06-15 Bayer Technology Services GmbH Device for detecting luminous and/or light-diffusing particles in flowing liquids
CN105593662A (en) * 2013-10-02 2016-05-18 西门子公司 Apparatus and method for determining sizes of particles in fluid
DE102017122718A1 (en) * 2017-09-29 2019-04-04 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Method and apparatus for optically examining a plurality of microscopic samples

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012211992A1 (en) * 2012-07-10 2014-01-30 Siemens Aktiengesellschaft Arrangement for laser-based detection of particles, has laser light source that irradiates particles with laser light, and photodetector that receives laser light scattered from particles and redirected by Fresnel lens

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD221861A1 (en) * 1984-01-25 1985-05-02 Adw Ddr LIGHTING DEVICE FOR GENERATING A LIGHT STRIP
DE3925148A1 (en) * 1988-07-30 1990-02-01 Horiba Ltd PARTICLE COUNTER
US5191388A (en) * 1991-12-18 1993-03-02 Flow Vision, Inc. Apparatus for detecting and analyzing particulate matter in a slurry flow
WO1996009530A1 (en) * 1994-09-21 1996-03-28 Laser Sensor Technology, Inc. Improved imaging probe system
DE29813109U1 (en) * 1998-07-23 1998-10-22 Lieberwirth Peter Claus Dipl I Optical lighting device for producing a narrow and long light band
US20040223135A1 (en) * 2000-08-25 2004-11-11 Amnis Corporation Methods of calibrating an imaging system using calibration beads

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4854705A (en) * 1988-04-05 1989-08-08 Aerometrics, Inc. Method and apparatus to determine the size and velocity of particles using light scatter detection from confocal beams
DE19736172B4 (en) * 1997-08-20 2004-02-05 Palas Gmbh Partikel- Und Lasermesstechnik Particle analysis method and apparatus
AU2891601A (en) * 1999-12-01 2001-06-12 Dubelaar Research Instruments Engineering Apparatus for the detection of particles

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD221861A1 (en) * 1984-01-25 1985-05-02 Adw Ddr LIGHTING DEVICE FOR GENERATING A LIGHT STRIP
DE3925148A1 (en) * 1988-07-30 1990-02-01 Horiba Ltd PARTICLE COUNTER
US5191388A (en) * 1991-12-18 1993-03-02 Flow Vision, Inc. Apparatus for detecting and analyzing particulate matter in a slurry flow
WO1996009530A1 (en) * 1994-09-21 1996-03-28 Laser Sensor Technology, Inc. Improved imaging probe system
DE29813109U1 (en) * 1998-07-23 1998-10-22 Lieberwirth Peter Claus Dipl I Optical lighting device for producing a narrow and long light band
US20040223135A1 (en) * 2000-08-25 2004-11-11 Amnis Corporation Methods of calibrating an imaging system using calibration beads

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DATABASE COMPENDEX [Online] ENGINEERING INFORMATION, INC., NEW YORK, NY, US; UMHAUER H: "PARTICLE SIZE DISTRIBUTION ANALYSIS BY SCATTERED LIGHT MEASUREMENTS USING AN OPTICALLY DEFINED MEASURING VOLUME" XP002415874 Database accession no. EIX84040055665 & J AEROSOL SCI 1983, Bd. 14, Nr. 6, 1983, Seiten 765-770, *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2333515A1 (en) 2009-12-11 2011-06-15 Bayer Technology Services GmbH Device for detecting luminous and/or light-diffusing particles in flowing liquids
WO2011069976A1 (en) 2009-12-11 2011-06-16 Bayer Technology Services Gmbh Means for detecting luminescent and/or light-scattering particles in flowing liquids
CN105593662A (en) * 2013-10-02 2016-05-18 西门子公司 Apparatus and method for determining sizes of particles in fluid
US9857281B2 (en) 2013-10-02 2018-01-02 Siemens Aktiengesellschaft Apparatus and method for determining sizes of particles in a fluid
DE102017122718A1 (en) * 2017-09-29 2019-04-04 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Method and apparatus for optically examining a plurality of microscopic samples
US11371927B2 (en) 2017-09-29 2022-06-28 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Method and device for optically examining a plurality of microscopic samples

Also Published As

Publication number Publication date
DE102005028893B4 (en) 2007-12-06
DE102005028893A1 (en) 2006-12-28
WO2006136147A3 (en) 2007-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3265779B1 (en) Method for optical detection of a movement in a biological sample with a spatial extent
DE60223728T2 (en) Device for optical projection tomography with a rotatable sample holder for imaging a sample
EP2411787B1 (en) Apparatus for determining particle sizes
EP1248947B1 (en) Method and device for characterizing a culture liquid
DE3705876C2 (en) Flow cytometry method and apparatus
DE2340252A1 (en) METHOD AND EQUIPMENT FOR COUNTING BIOLOGICAL PARTICLES
EP3479096B1 (en) Method for determining the average particle size of particles, which are suspended in a liquid and flowing medium, by means of dynamic light scattering, and a device therefor
EP3575848A1 (en) Analyser for three-dimensional analysis of a medical sample by means of a light field camera
DE112016000842T5 (en) Cross-beam imaging using multiple beam and convergent-light illumination
DE102005028893B4 (en) Device for particle detection in a depth-limited lens
EP3374755B1 (en) Light microscope and method for determining a wavelength-dependent refractive index of a sample medium
WO2014026999A1 (en) Method for determining the size spectra and the concentration of particles in a multi-phase liquid flow and cavitation channel
DE202014100974U1 (en) Device for determining the particle size and / or the particle shape of a particle mixture
DE102010046438A1 (en) Apparatus and method for the optical characterization of materials
DE102011015478B4 (en) Apparatus and method for detecting and analyzing laser radiation
WO2005003758A1 (en) Method and device for measuring foam
EP3663727B1 (en) Flow measuring method and flow measuring device for optical flow measurement
DE10239767B4 (en) Apparatus and method for determining the aerodynamic behavior of particles in aerosols
EP3452856A1 (en) Microscope and method for localizing fluorescent molecules in three spatial dimensions
DE102021109153B4 (en) Method for improved optical resolution in large measuring volumes in telecentric shadowgraphy and device for carrying out the method
EP2871463B1 (en) Device and method for analysing one or more phase objects
DE102004030029B3 (en) Light transmission measurement for solid body or fluid in tube involves light source, collimation lens, lens and mirror and lens focusing light on photocell
DE102017223787B3 (en) Method and apparatus for determining the refractive index of a sample medium, non-transitory computer-readable storage medium and microscope
EP3368884B1 (en) Method and device for optically detecting a movement in a biological sample
DE202015104891U1 (en) Camera for taking image data from a detection area

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 06761694

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2