Spektrometer

Ein Spektrometer ist ein Gerät, mit dem man ein Spektrum darstellen und ausmessen (Unterschied zu einem Spektroskop) kann. Ein Spektrum zeigt die Intensität als Funktion der Wellenlänge, Frequenz, Energie oder Masse von Teilchen wie Atomen oder Ionen. Optische Spektrometer verwenden Brechung oder Beugung, während die Massenspektrometrie elektrische und magnetische Felder nutzt. Spektrumanalysatoren messen ein Spektrum bei niedrigeren Frequenzen.

Ein Spektrometer wird in der Chemie und Physik zur Analyse eingesetzt und in der Astronomie verwendet, um die Temperatur von Sternen zu messen. Ein Spektrum benötigt man in verschiedenen Anwendungsfeldern. Zum Beispiel wird bei der Prüfung von LED-Lichtquellen die Maßhaltigkeit durch die genaue Messung der Intensität und Wellenlänge des ausgestrahlten Lichts sichergestellt. Auch Oberflächenveredelungen wie Lackierungen müssen spektral geprüft werden, um das Phänomen der Metamerie zu vermeiden. Unter verschiedenen Lichtbedingungen können hierbei nämlich Farbabweichungen auftreten. Es ist daher wichtig, den spektralen Aufbau des reflektierten Lichts zu prüfen, um Farbabweichungen zu vermeiden.

Funktionsweise Spektrometer

Ein Spektrometer misst die Intensitäten von Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen. Zunächst parallelisiert es diese unter Verwendung einer Linse. Ein optisches Gitter oder Beugungsgitter fächert sie anschließend nach Wellenlänge auf. Eine zweite Linse bündelt den Strahl, damit er auf den Sensor fällt, der aus einer Reihe einzelner Zellen besteht. Jede Zelle zählt die Photonen, die auf sie treffen, und gibt ein elektrisches Signal aus, das die jeweilige Intensität pro Zelle angibt.

Ein klassisches Spektrometer besteht aus einer einzelnen Fotodiode, die jedoch keine genaue Wellenlängeninformationen liefern kann. Ein Spektrometer mit einer Diodenzeile kann hingegen verschiedene Wellenlängenbereiche gleichzeitig messen und erzielt höhere Auflösungen, während Diodenzeilen-Spektrometer höhere Messgeschwindigkeiten erreichen und weniger empfindlich gegen Erschütterungen sind. Beide Arten erfordern jedoch eine Umwandlung analoger Signale in digitale Informationen für die Verarbeitung. Inline-Spektrometer haben zusätzliche Schaltausgänge für Steuerungsfunktionen. Sie erfordern vorab das Einlernen von Spektren mit bestimmten Toleranzräumen für die automatische Erkennung von Fehlern in laufenden Prozessen.

Die meisten Spektrometer sind für die Nutzung in Laboren und ähnlichen Umgebungen gedacht, wo das Messergebnis oft manuell abgelesen und weiterverarbeitet wird. In der automatisierten Fertigungstechnik ist das nicht mehr möglich. Daher werden Inline-Spektrometer eingesetzt, die automatisch das Messergebnis erfassen und darauf basierend Aktoren steuern können. Diese Spektrometer müssen höhere Samplingraten schaffen und haben oft eigene programmierbare Schaltausgänge.

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