DE10122139A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Verteilung von Inhaltsstoffen in fluiden Medien - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung der Verteilung von Inhaltsstoffen in natürlichen fluiden Medien zur Verfügung. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird die fernlenkbare Vorrichtung, die im fluiden Medium schweben kann, zu wenigstens einem gewünschten Ort gelenkt und dort wird von in der Vorrichtung angeordneten Probenahmeeinrichtungen wenigstens eine Probe des fluiden Mediums entnommen, welche anschließend zur Bestimmung wenigstens eines ihrer Inhaltsstoffe analysiert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung der Verteilung von Inhaltsstoffen in fluiden Medien.

Die Kontrolle von Inhaltsstoffen in natürlichen fluiden Medien wie bei­ spielsweise der atmosphärischen Luft oder Gewässern ist in vielerlei Hin­ sicht von Bedeutung, beispielsweise zur Vorhersage des Wetters oder der Feststellung von Kontaminationen des Mediums. Bei den Inhaltsstoffen handelt es sich zum einen um die im ungestörten, d. h. durch menschliches Wirken oder natürlichen Störungen unbeeinflußten, Medium vorhandenen Stoffe, sowie um die durch Störungen in das Medium eingebrachten Fremdstoffe.

Durch die in den modernen Industriegesellschaften durchgeführte indu­ strielle Produktion von Gütern kommt es vor allem bei der Produktion von Grundstoffen, wie beispielsweise in der chemischen Industrie, oft in er­ heblichem Maße zur Abgabe von Fremdstoffen an die die Industrieanla­ gen umgebenden natürlichen fluiden Medien, wie der atmosphärischen Luft oder Gewässern. Da die Fremdstoffe in vielen Fällen zu einer Ver­ schlechterung der Qualität der natürlichen fluiden Medien bis hin zu deren Vergiftung führen, sind für die meisten Fremdstoffe bestimmte Grenz­ werte für deren Abgabe an die fluiden Medien festgelegt.

Zur Kontrolle dieser Grenzwerte, zur Feststellung von unbeabsichtigt in die fluiden Medien abgegebenen Fremdstoffen, beispielsweise durch eine Fehlfunktion von Anlagen, und auch zur Feststellung der natürlichen In­ haltsstoffe des Mediums ist es daher wünschenswert, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Verfügung zu haben, die es ermöglicht, Proben an jedem Ort des natürlichen fluiden Mediums zu entnehmen. Das natürliche fluide Medium sollte dabei durch die Vorrichtung und Probenahme mög­ lichst nicht beeinflußt werden.

Durch die Analyse der Proben soll dann die Verteilung der Inhaltsstoffe beispielsweise zur Feststellung einer Kontamination des fluiden Mediums mit Fremdstoffen ermittelt werden.

Weiterhin sollte die Vorrichtung es ermöglichen, dass mehrere bis hin zu einer Vielzahl von Proben genommen werden können, damit man ein In­ formationen über beispielsweise die räumliche Ausbreitung oder die Aus­ breitungsgeschwindigkeit der Inhalts- oder Fremdstoffe im fluiden Medi­ um erhält. Entsprechend dieser Informationen können dann beispielsweise Maßnahmen gegen eine Fremdstoffe emittierende Quelle oder gegen die Ausbreitung der Fremdstoffe eingeleitet werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein sol­ ches Verfahren mit einer Vorrichtung durchgeführt werden kann, die im fluiden Medium frei schweben kann, die fernlenkbar ist und die geeignete Probenahmeeinrichtungen umfaßt.

Die vorliegende Erfindung stellt daher ein Verfahren zur Bestimmung der Verteilung von Inhaltsstoffen in natürlichen fluiden Medium mittels einer fernlenkbaren Vorrichtung, die im fluiden Medium schweben kann, zur Verfügung, worin die Vorrichtung zu wenigstens einem gewünschten Ort gelenkt wird und dort von in der Vorrichtung angeordneten Probenahme­ einrichtungen wenigstens eine Probe des fluiden Mediums entnommen wird, welche anschließend zur Bestimmung wenigstens eines ihrer In­ haltsstoffe analysiert wird.

Des weiteren stellt die vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Be­ stimmung der Verteilung von Inhaltsstoffen in natürlichen fluiden Medien zur Verfügung, die in dem fluiden Medium schweben kann, die fernlenk­ bar ist und die Probenahmeeinrichtungen umfaßt.

Unter dem Begriff "fernlenkbar" wird im Sinne der vorliegenden Erfin­ dung die Steuerung der Vorrichtung durch an die Vorrichtung beispiels­ weise per Funk übermittelte Steuerungssignale sowie die automatische Steuerung der Vorrichtung durch in der Vorrichtung vorhandene Mittel, wie beispielsweise ein in einem Rechnermodul gespeichertes Steuerungs­ programm, verstanden.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung bieten den Vorteil, daß die Probenahme aus dem ungestörten fluiden Medium ohne oder mit geringer Relativgeschwindigkeit der Vorrichtung zum Medium erfolgen kann. Dadurch wird zum einen Treibstoff für den Antrieb der Vorrichtung gespart und zum anderen wird die Eigenkontaminationen des fluiden Me­ diums durch die Vorrichtung ausgeschlossen oder weitgehend vermieden.

Des weiteren werden durch den geringen Treibstoffverbrauch auch lange Einsatzzeiten der Vorrichtung am Stück und damit im erfindungsgemäßen Verfahren eine große Anzahl an Probenahmen beispielsweise an verschie­ denen Orten ermöglicht. Darüber hinaus kann auch eine sehr hohe Orts­ auflösung der Meßdaten mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung bieten weiterhin zum einen den Vorteil, daß die Vorrichtung keine Einrichtungen umfassen muß, um Menschen beispielsweise zur Steuerung der Vorrichtung aufzu­ nehmen. Dadurch kann in der Vorrichtung Platz gespart werden und die Vorrichtung auch kleiner dimensioniert werden. Die Abwesenheit von menschlichem Personal in der Vorrichtung ist auch beispielsweise wichtig für den Fall, daß die Vorrichtung während der Probenahme beschädigt wird und es dadurch, beispielsweise bei Probenahme in atmosphärischer Luft, zu einem Absturz der Vorrichtung und damit zu Gefahren für die Besatzung kommt. Durch die Abwesenheit von menschlichem Personal können auch die Betriebskosten erheblich gesenkt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfah­ rens wird zur Bestimmung der Verteilung von Fremdstoffen in natürlichen fluiden Medien von der Vorrichtung wenigstens eine Probe des mit Fremdstoff(en) verunreinigten Mediums entnommen.

Weiter bevorzugt wird die Vorrichtung zuerst nahe an die Fremdstoff­ quelle oder an den Ort der höchsten Fremdstoffkonzentration bewegt, driftet dann mit der Strömung des fluiden Mediums mit, wobei während des Mitdriftens von der Vorrichtung wenigstens eine Probe von dem flui­ den Medium entnommen wird.

Die Bewegung der Vorrichtung an die Fremdstoffquelle oder den Ort der höchsten Fremdstoffkonzentration kann beispielsweise visuell erfolgen, etwa durch Bewegung der Vorrichtung nahe an einen Schornstein. Durch dieses Verfahren ist es möglich, die Ausbreitungsrichtung, die Ausbrei­ tungsgeschwindigkeit, sowie die zeitliche und örtliche Entwicklung der Konzentrationen an Fremdstoffen im fluiden Medium zu bestimmen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden von der Vorrich­ tung wenigstens zwei Proben genommen, wobei eine Probe an einem Ort des Mediums, der mit Fremdstoffen belastet ist, und eine Vergleichsprobe in näherer Umgebung dieses Ortes entnommen wird. Bevorzugterweise wird die Vergleichsprobe an einem Ort entnommen, der offensichtlich, wie beispielsweise visuell festgestellt, nicht in der Ausbreitungsrichtung der Fremdstoffe liegt, die beispielsweise durch die Windrichtung vorge­ geben ist. Nach erfolgter Analyse der Proben kann dann mittels Diffe­ renzbildung aus den für einen bestimmten Fremdstoff am Ort der Bela­ stung und in dessen Umgebung erhaltenen Daten die Nettobelastung des Ortes der ersten Probe mit dem Fremdstoff ermittelt werden.

Beispielsweise kann bei der Bestimmung eines Fremdstoffes in atmosphä­ rischer Luft, der von einem Schornstein emittiert wird, eine Probe unmit­ telbar am Schornstein und die Vergleichsprobe an einem Ort in der nähe­ ren Umgebung des Schornsteins, beispielsweise in einer Entfernung von 10 bis 20 m, der nicht in der Ausbreitungsrichtung des Fremdstoffs liegt entnommen werden. Anhand der Differenz zwischen der Fremdstoffkon­ zentration am Ort des Schornsteins und am Ort in der näheren Umgebung kann dann die durch die Emission des Schornsteins hervorgerufene Erhö­ hung der Fremdstoffkonzentration bestimmt werden.

Auf gleiche Weise ist es auch möglich, in der weiteren Umgebung der Fremdstoffquelle Vergleichsproben des fluiden Mediums zu entnehmen und somit Unterschiede in der Fremdstoffkonzentration über größere ört­ liche Entfernungen zu erhalten.

Weiter bevorzugt ist in der Vorrichtung ein Sensor wie beispielsweise ein Wärme- oder Infrarotsensor angeordnet, der die Konzentration von Inhalts- oder Fremdstoff(en) im fluiden Medium in Abhängigkeit von der Richtung, in die der Sensor weist, bestimmt.

Die durch den Sensor erhaltenen Signale können zur Steuerung der Vor­ richtung dienen. Die Signale können dabei beispielsweise zum einen über Funk an eine externe Einheit übertragen werden, die die Vorrichtung dann entsprechend steuert. Zum anderen können die Signale des Sensors auch direkt innerhalb der Vorrichtung zur Steuerung verwendet werden, bei­ spielsweise können die Signale von einem in der Vorrichtung angeordne­ ten Rechnermodul in entsprechende Steuerungsbefehle umgewandelt wer­ den.

Mit dieser Ausführungsform ist es möglich, die Vorrichtung gezielt in ei­ ne gewünschte Richtung, beispielsweise in Richtung der höchsten Fremd­ stoffkonzentration, des höchsten Abfalls der Fremdstoffkonzentration oder in Richtung gleichbleibender Konzentration, zu steuern.

Bevorzugterweise wird durch den Sensor die Richtung der höchsten Kon­ zentration von Inhalts- oder Fremdstoff(en) bestimmt und die Vorrichtung dann entsprechend an die Quelle des Stoffs oder den Ort der höchsten Konzentration des gewünschten Stoffs gesteuert.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Position der Vorrichtung, die sie jeweils bei der Probennahme eingenommen hat, be­ stimmt. Dies kann beispielsweise so geschehen, daß etwa durch ein in der Vorrichtung vorhandenes GPS-Modul jeweils zeitlich gleich mit der Pro­ benahme die aktuelle Position der Vorrichtung bestimmt. Die ermittelten Positionsdaten können dann beispielsweise entweder über Funk an eine externe Einheit übertragen werden oder in einem in der Vorrichtung vor­ handenen Rechnermodul gespeichert werden. Die Position der Vorrich­ tung kann aber auch durch externe Beobachtung der Vorrichtung bei der Probenahme erfolgen oder es kann beispielsweise bei vorgegebener Be­ wegungsroute der Vorrichtung jeweils der Zeitpunkt der Probenahme be­ stimmt und dann die Position der Vorrichtung rückberechnet werden.

Weiter bevorzugt wird anhand der durch die Analyse der aus dem fluiden Medium entnommenen Proben erhaltenen Daten und der Positionsdaten der Probenahmen ein Verteilungsprofil von wenigstens einem Inhalts- oder Fremdstoff im fluiden Medium erstellt.

Bevorzugterweise wird das erfindungsgemäße Verfahren in regelmäßigen oder unregelmäßigen zeitlichen Abständen wiederholt. Durch diese Art der routinemäßig durchgeführten Messungen können zeitliche Entwick­ lungen von Inhalts- oder Fremdstoff(en) im fluiden Medium verfolgt wer­ den.

Weiter bevorzugt werden die erhaltenen Analysedaten zur Erstellung von Qualitätskarten des fluiden Mediums verwendet, in denen die Daten von wenigstens einem Inhaltsstoff des fluiden Mediums in Abhängigkeit vom Ort der Probenahme aufgetragen sind.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Umgebung der Vorrichtung mittels in der Vorrichtung angeordneten Aufnahmeeinrich­ tungen bildlich aufgezeichnet. Dies kann beispielsweise photographisch oder filmisch geschehen. Bevorzugterweise wird zur Aufzeichung eine Digitalkamera verwendet. Das erhaltene Bildmaterial kann beispielsweise per Funk an eine externe Einheit übertragen werden oder in einem in der Vorrichtung angeordneten Rechnermodul gespeichert werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden von der Vorrich­ tung Ballone in das fluide Medium abgegeben. Diese werden zur Fest­ stellung der Strömung des fluiden Mediums visuell verfolgt.

Falls die Vorrichtung durch einen fremdstoffemittierenden Antrieb bewegt wird, wird bevorzugterweise auch eine Probe des fluiden Mediums ent­ nommen, die mit den Fremdstoffen des Antriebs belastet ist, und diese dann analysiert. Die Analysedaten dieser Probe können dann bei der Aus­ wertung der weiteren entnommenen Proben berücksichtigt werden, bei­ spielsweise in der Form, daß die für Antriebsfremdstoffe ermittelten Werte von den Werten der anderen Probe(n) abgezogen werden.

Vorzugsweise findet beim erfindungsgemäßen Verfahren die Analyse der Proben außerhalb der Vorrichtung beispielsweise nach erfolgter Proben­ nahme und Rückkehr der Vorrichtung in einem Labor statt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die von der Vor­ richtung aus dem fluiden Medium entnommenen Proben mittels eines Massenspektrometers analysiert. Vorzugsweise ist dies ein Massenspek­ trometer, bei dem ein Ionenstrahl auf eine gasförmige Mischung im Hoch­ vakuum einwirkt. Solche Massenspektrometer sind beispielsweise aus EP 0 290 711, EP 0 290 712 und DE 196 28 093 bekannt. Auf den Offenba­ rungsgehalt dieser Druckschriften wird hiermit bezug genommen.

Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, das zur Analyse einer Probe ein nur geringes Volumen an fluidem Medium benötigt wird, das beispielsweise für Luftproben weniger als 50 ml beträgt, und die Probe in einer kurzen Zeit im Bereich von wenigen Minuten analysiert werden kann. Zugleich ist es möglich, Komponenten in der zu analysierenden Mi­ schung in einem weiten Konzentrationsbereich zu bestimmen.

In einer bevorzugten Ausführungsform bezieht sich das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung auf die Probennahme aus atmosphärischer Luft als fluides Medium.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Proben aus atmosphärischer Luft entnommen und hinsichtlich der für Wettervorhersagen relevanten Daten wie beispielsweise Luftfeuchtigkeit analysiert. Die Probennahme erfolgt in dieser Ausführungsform bevorzugt in höheren Luftschichten. Weiter bevorzugt werden auch weitere wetter­ relevante Daten wie beispielsweise der Luftdruck, die Temperatur oder die Windrichtung und -geschwindigkeit von der Vorrichtung bestimmt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung umfaßt diese Sende- und Empfangseinrichtungen zur drahtlosen Übermittlung von Informationen wie insbesondere zur Steuerung der Vor­ richtung.

Weiter bevorzugt umfaßt die Vorrichtung einen schwenkbaren Sensor zur richtungsabhängigen Bestimmung der Konzentration von zumindest einem Inhalts- oder Fremdstoff des fluiden Mediums. Dieser Sensor ist bevor­ zugt ein Wärmesensor.

Bevorzugterweise umfaßt die Vorrichtung schwenkbare Mittel zur bildli­ chen Aufzeichnung der Umgebung der Vorrichtung.

Weiter bevorzugt umfaßt die Vorrichtung ein GPS-Modul zur Bestim­ mung der Position der Vorrichtung.

Bevorzugt wird der Antrieb der Vorrichtung durch wenigstens einen Elektromotor bewirkt. Dadurch wird jegliche Kontamination des fluiden Mediums durch Schadstoffemissionen aufgrund des Antriebs vermieden.

Bevorzugt ist die Vorrichtung als Zeppelin ausgebildet. Unter Zeppelin werden im Sinne der vorliegenden Erfindung sämtliche Fluggeräte ver­ standen, bei denen der Aufstieg in atmosphärischer Luft mittels eines in einer Hülle befindlichen Gases mit geringerer Dichte als atmosphärische Luft bewirkt wird. Im besonderen werden darunter Zeppeline im engeren Sinne, d. h. Fluggeräte mit einer Hülle aus gasundurchlässigem Material, wobei die Hülle eine innere Stützkonstruktion und gegebenenfalls kam­ merartige Struktur aufweist, und einer Gasfüllung mit einem Gas geringe­ rer Dichte als Luft wie beispielsweise Wasserstoff oder bevorzugterweise Helium, sowie Blimps, d. h. Fluggeräte mit einer Hülle aus gasundurchläs­ sigem Material, wobei die Hülle als solche im befüllten Zustand formge­ bend wirkt, und einer Gasfüllung mit einem Gas geringerer Dichte als Luft wie beispielsweise Wasserstoff oder bevorzugterweise Helium, ver­ standen.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Zeppelin genau einen Motor zum Antrieb desselben auf. Dies bietet gegenüber mit mehr als ei­ nem Motor versehenen Zeppelinen den Vorteil der Gewichtseinsparung.

Der Motor ist bevorzugt schwenkbar gelagert, weiter bevorzugt bezüglich aller drei Achsen, so daß die Steuerung des Zeppelins über Schwenkbe­ wegungen des Motors erfolgen kann.

Bevorzugterweise ist der Motor unterhalb einer am Zeppelin angebrachten Haltevorrichtung wie beispielsweise einer Gondel angebracht.

Zur weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung wird im folgenden eine Ausführungsform der Erfindung unter Zugrundelegung der beige­ fügten Zeichnung erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung.

In der folgend beschriebenen Ausführungsform ist das natürliche fluide Medium, aus dem die Proben entnommen werden, atmosphärische Luft. Dementsprechend wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren dieser Ausführungsform das Ziel verfolgt, die Verunreinigung von atmosphäri­ scher Luft durch Fremdstoffe bzw. die Verteilung der verunreinigenden Stoffe, die durch die Luftströmungen verursacht wird, festzustellen. Somit können Daten über die Ausbreitung bzw. bevorzugte Ausbreitung der Fremdstoffe in atmosphärischer Luft erhalten werden. Des weiteren kön­ nen auch Daten zum Abbau bzw. zur Umwandlung dieser Fremdstoffe nach deren Emission durch die Fremdstoffquelle erhalten werden

Zur Probenahme wird die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der er­ findungsgemäßen Vorrichtung verwendet. Bei dieser Vorrichtung handelt es sich um einen Zeppelin (1), der eine mit Helium gefüllte Außenhaut (2) umfaßt. Die Außenhaut (2) kann aus zweiseitig beschichtetem, mehrlagi­ gem Gewebe bestehen, welches eine große Festigkeit und lange Lebens­ dauer aufweist.

Zur Steuerung des Zeppelins (1) ist an der Oberseite eine obere Flosse (3) sowie ein oberes Seitenruder (4), an der Unterseite eine untere Flosse (6), ein unteres Seitenruder (7) sowie auf beiden Seiten Höhenflossen und - ruder (5) angebracht.

Durch das in der Außenhaut (2) eingeschlossene Heliumvolumen wird er­ reicht, daß der Zeppelin (1) ohne weitere Energie zu benötigen von selbst in atmosphärischer Luft aufsteigen und bei erreichter Aufstiegshöhe in der Luft frei schweben kann. Die Aufstiegshöhe bestimmt sich dabei aus dem eingeschlossenen Volumen an Helium.

Zur Variierung der Aufstiegshöhe sind im Inneren der Außenhaut zwei Luftkammern, nämlich ein vorderes (8) und ein hinteres Ballonett (10) angebracht. Die Ballonette (8), (10) besitzen eine gasundurchlässige Au­ ßenhaut und sind in ihrem Inneren mit variablen Mengen an atmosphäri­ scher Luft gefüllt.

Die Menge der in den Ballonetten (8), (10) enthaltenen Luft kann mittels Ventilatoren oder Pumpvorrichtungen, die mit der Atmosphäre in Verbin­ dung stehen, geregelt werden. Über diese Einrichtungen kann sowohl Luft in die Ballonetts hinein, wie auch aus diesen heraus befördert werden.

Befindet sich der Zeppelin (1) am Boden, sind die Ballonette (8), (10) bis zu ihrer maximalen Ausdehnung vorne (9) und hinten (11) mit Luft ge­ füllt. Um aufzusteigen, wird das in der Ballonetten (8), (10) vorhandene Luftvolumen mit Hilfe der Ventilatoren oder Pumpvorrichtungen verklei­ nert, indem Luft an die Atmosphäre abgegeben wird. Somit wird das Heli­ umvolumen vergrößert und entsprechend die Dichte des Zeppelins (1) er­ niedrigt. Die maximale Steighöhe ist bei minimaler Befüllung der Ballo­ nette (8), (10) mit Luft gegeben.

Bei Notsituationen kann das sich in der Außenhaut befindliche Helium über Notventile sehr rasch abgelassen und durch Luft ersetzt werden, so daß der Zeppelin (1) eine hohe Sinkgeschwindigkeit erfährt.

Die Steuerung des Zeppelins (1) erfolgt über Funksignale, die von einer externen Bodenstation aus an den Zeppelin (1) übermittelt werden. Die Signale werden von einer Empfangseinrichtung, die in einer Tragevor­ richtung (12) an der Unterseite des Zeppelins (1) angeordnet ist, empfan­ gen und von einem Rechnermodul, das ebenfalls in der Tragevorrichtung (12) angeordnet ist, in Steuerungsbefehle für die Steuerungseinrichtungen Seitenruder (4), (7), Höhenruder (5), Ventilatoren oder Pumpvorrichtun­ gen der Ballonnette (8), (10) und zwei Motoren (16), die an der rechten bzw. linken Seiten der Tragevorrichtung (12) angebracht sind, umgesetzt.

Die Steuerungsbefehle werden über geeignete Mittel, wie mechanische oder elektronische Mittel, an die Steuerungseinrichtungen weitergeleitet.

Alternativ dazu kann die Steuerung des Zeppelins (1) auch so erfolgen, daß ein in dem Rechnermodul gespeichertes Steuerungsprogramm bzw. Flugprogramm ausgeführt wird, ohne daß ein Funkkontakt einer Boden­ station mit dem Zeppelin (1) besteht. Dies kann beispielsweise dann er­ folgen, wenn keine Sicht auf den Zeppelin (1) bzw. vom Zeppelin (1) aus möglich ist.

Zum Antrieb des Zeppelins (1) dienen zwei Motoren, wobei in Fig. 1 der linke Motor (16) gezeigt ist. Zur besseren Manövrierfähigkeit des Zeppe­ lins (1) können die Motoren in einer Achse, die in der Ebene parallel zur Erdoberfläche liegt und senkrecht zur Flugrichtung des Zeppelins ist, schwenkbar gestaltet sein.

Die an der Unterseite des Zeppelins (1) angebrachte Tragevorrichtung (12) umfaßt auch eine Probenahmeeinrichtung. Um Luftproben entnehmen zu können, sind in der Tragevorrichtung (12) mehrere Öffnungen (15) vorhanden, durch die die atmosphärische Luft, die die Vorrichtung um­ gibt, zur Probenahmeeinrichtung vordringen kann. Die Probeentnahmeein­ richtung kann entweder per Funk gesteuert werden oder mit einem im Rechnermodul gespeicherten Programm betrieben werden.

Die Öffnungen (15) sind im vorderen Teil der Tragevorrichtung (12) vor den Motoren (16) angebracht, um auch bei Betrieb der Motoren (16) eine eigenkontaminationsfreie Probenahme zu gewährleisten.

Zur bildlichen Erfassung der Umgebung des Zeppelins (1) ist am unteren Boden der Tragevorrichtung (12) eine Kamera (13) angebracht. Diese wird vorteilhafterweise mit einem gewissen Abstand zum Boden der Tra­ gevorrichtung (12) angebracht, da dann auch ein Schwenken der Kamera (13) nach oben möglich ist und das optische Feld der Kamera (13) durch die Außenhaut (2) des Zeppelins (1) und nicht durch die Tragevorrichtung (12) begrenzt ist.

Die Kamera (13) ist über ein Gelenk (14) am Boden der Tragevorrichtung (12) angebracht. Diese ermöglicht ein Schwenken der Kamera (13) in der Ebene parallel zur Erdoberfläche um 360°, in der Ebene senkrecht zur Oberfläche von annähernd 360°. Damit kann mit Hilfe der Kamera (13) fast der gesamte Raumwinkelbereich um den Zeppelin (1) herum beob­ achtet werden mit Ausnahme der Bereiche, die durch den Zeppelin (1) selbst nach oben verdeckt sind.

An der Kamera (13) befindet sich auch ein Infrarotsensor mit dem die Konzentration von Fremdstoffen in der atmosphärischen Luft in Abhän­ gigkeit der Schwenkrichtung der Kamera (13) bestimmt werden kann. Die Kamera (13) und der Sensor können auch getrennt voneinander jeweils schwenkbar an der Tragevorrichtung (12) oder an einer anderen Stelle des Zeppelins (1) angebracht sein.

Bei der Kamera (13) handelt es sich vorzugsweise um eine Digitalkamera, zur Aufzeichnung von stehenden oder bewegten Bildern. Ebenso kann auch eine Wärmebildkamera verwendet werden.

Die Ausrichtung der Kamera (13) kann wie der Zeppelin (1) mittels Funk oder mit einen im Rechnermodul gespeicherten Steuerungsprogramm ferngesteuert werden.

Vorzugsweise ist es auch möglich, das von der Kamera (13) aufgenomme­ ne Bildmaterial mittels Funk direkt an eine Bodenstation zu übertragen. Dazu ist dann in der Tragevorrichtung (12) auch eine Sendevorrichtung vorhanden.

Zur Bestimmung der genauen Position des Zeppelins (1) ist in der Trage­ vorichtung (12) ein GPS-System vorhanden. Dieses ermöglicht jederzeit die genaue Angabe der Längen- und Breitendaten sowie der Höhe des Zeppelins (1) welche vorzugsweise per Funk an eine Bodenstation über­ tragen werden können oder im Rechnermodul gespeichert werden können.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei bekannter Fremdstoffquelle, wie beispielsweise einem Schornstein, einer Industrie­ anlage der Zeppelin (1) zunächst nahe an die Öffnung des Schornsteins der Anlage gesteuert.

In Fällen, in denen die Fremdstoffquelle nicht eindeutig lokalisierbar ist, kann mittels des am Zeppelin (1) vorhandenen Sensors jeweils die Rich­ tung der höchsten Fremdstoffkonzentration bestimmt werden, und dementsprechend der Zeppelin (1) in diese Richtung gelenkt werden. Somit kann bei mehrmaligem Ausführen dieser Operation der Zeppelin (1) an den Ort der höchsten Fremdstoffkonzentration gebracht werden.

Befindet sich der Zeppelin (1) am gewünschten Startort, wird von der Probenahmevorrichtung zunächst an diesem Ort eine Probe der atmosphä­ rischen Luft entnommen. Das Volumen dieser Probe beträgt im allgemei­ nen 3 bis 50 ml, bevorzugterweise etwa 15 bis 30 ml.

Es wird ebenfalls der Ort der Probenahme genau bestimmt. Das kann bei­ spielsweise so geschehen, daß bei der Probenahme die Position des Zep­ pelins (1) über das GPS genau bestimmt wird und diese Positionsdaten dann entweder per Funk an die Bodenstation übertragen werden oder in dem in der Tragevorrichtung (12) vorhandenen Rechnermodul gespeichert werden.

Alternativ zur Positionsbestimmung mit einem in der Tragevorrichtung vorhandenen GPS kann die Position auch mittels geeigneter Vorrichtun­ gen von der Bodenstation aus bestimmt werden.

Zur weiteren Durchführung des Verfahrens werden dann die Motoren (16) des Zeppelins (1) abgestellt, wobei der Zeppelin (1) dann mit der Luft­ strömung mittreibt. Während des Mittreibens des Zeppelins (1) in der Luftströmung werden weitere Proben aus der Umgebungsluft entnommen. Dies kann zum einem in zeitlich regelmäßigen Abständen erfolgen, sowie auch in örtlich regelmäßigen Abständen, wobei dann die Position des Zeppelins regelmäßig bestimmt werden muß.

Die entnommenen Proben werden vorteilhafterweise in dünnwandige Glas, Metall oder bevorzugterweise Plastikgefäße gefüllt und nach er­ folgter Probenahme von der Probenahmeeinrichtung verschlossen. Die Plastikbehälter können beispielsweise aus sehr dünnwandiger Plastikfolie so gestaltet sein, daß sie ohne die Luftprobe kein eigenes Innenvolumen aufweisen und erst durch die Probenahme aufgeblasen werden.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ebenfalls die zeitliche Ent­ wicklung der Fremdstoffkonzentration an einem bestimmten Ort bestimmt werden, wobei der Zeppelin (1) dann so gesteuert wird, daß er bei einer bestimmten Position verharrt und in zeitlichen Abständen Proben aus der Luft entnommen werden. Dies kann beispielsweise so geschehen, daß mit dem GPS, das sich am Ort der Tragevorrichtung (12) befindet, ständig die Position des Zeppelins (1) bestimmt wird und dieser bei einer Änderung der Position, die durch Luftströmung verursacht werden kann, wieder zur ursprünglichen Position zurückgesteuert wird.

Ebenso können bei einer gewünschten vorbestimmten Meßroute die Posi­ tionsdaten vor dem Meßflug in das Rechnermodul eingespeichert werden und diese dann automatisch vom Zeppelin (1) nach und nach angeflogen werden. Entsprechend werden an den vorbestimmten Orten dann Luftpro­ ben entnommen.

Zur Analyse der Luftproben wird vorzugsweise ein Massenspektrometer verwendet, bei dem ein Ionenstrahl auf eine gasförmige Mischung im Hochvakuum einwirkt.

Durch die Art der Probenahme und der Analyse ist es möglich, ein umfas­ sendes Fremdstoffprofil, das sowohl orts- als auch zeitaufgelöst sein kann, zu erstellen, indem beispielsweise die Konzentration von einem oder meh­ reren Fremdstoffen, die durch die nachfolgende Analyse mittels des Mas­ senspektrometers bestimmt wurde, gegen den Ort der Probennahme oder gegen den Zeitpunkt der Probennahme aufgetragen werden.

Claims (20)

1. Verfahren zur Bestimmung der Verteilung von Inhaltsstoffen in natürlichen fluiden Medien mittels einer fernlenkbaren Vorrichtung, die im fluiden Medium schweben kann, worin die Vorrichtung zu wenigstens einem gewünschten Ort gelenkt wird kann und dort von in der Vorrich­ tung angeordneten Probenahmeeinrichtungen wenigstens eine Probe des fluiden Medium entnommen wird, welche anschließend zur Bestimmung wenigstens eines ihrer Inhaltsstoffe analysiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin zur Bestimmung der Verteilung von Fremdstoffen in natürlichen fluiden Medien von der Vorrichtung we­ nigstens eine Probe des mit Fremdstoff verunreinigten Mediums entnom­ men wird.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin die Vor­ richtung zuerst nahe an eine Fremdstoffquelle oder an den Ort der höch­ sten Fremdstoffkonzentration bewegt wird, dann mit der Strömung des fluiden Mediums mitdriftet und während des Mitdriftens von der Vor­ richtung wenigstens eine Probe von dem fluiden Medium entnommen wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin von der Vorrichtung wenigstens zwei Proben aus dem fluiden Medium entnommen werden, wobei eine Probe an einem Ort des Mediums, der mit Fremdstof­ fen belastet ist, und eine Vergleichsprobe in näherer Umgebung dieses Ortes an einem Ort, der nicht in der Ausbreitungsrichtung der Fremdstoffe liegt, entnommen wird, und nach erfolgter Analyse der Proben mittels Differenzbildung die Nettobelastung des Ortes der ersten Probe mit dem Fremdstoff bestimmt wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin die Kon­ zentration wenigstens eines Inhalts- oder Fremdstoffs des fluiden Medi­ ums mit einem in der Vorrichtung angeordneten Sensor in Abhängigkeit von der Richtung, in die der Sensor zeigt, bestimmt wird.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin die Posi­ tion der Vorrichtung, die sie jeweils bei der Probeentnahme eingenommen hat, bestimmt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, worin anhand der Analyse- und Positi­ onsdaten ein Verteilungsprofil wenigstens eines Inhalts- oder Fremdstoffs im fluiden Medium erstellt wird.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin die Um­ gebung der Vorrichtung mittels in der Vorrichtung angeordneten Aufnah­ meeinrichtungen bildlich aufgenommen wird.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin die Vor­ richtung Ballone in das fluide Medium abgibt, die zur Feststellung der Strömung des Mediums visuell verfolgt werden.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin die Pro­ ben des fluiden Mediums mittels eines Massenspektrometers analysiert werden.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin das flui­ de Medium atmosphärische Luft ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, worin eine Luftqualitätskarte der un­ tersuchten Luftregion erstellt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, worin die Vorrichtung als Zeppelin ausgebildet ist.

14. Vorrichtung zur Bestimmung der Verteilung von Inhaltsstoffen, insbesondere Fremdstoffen, in natürlichen fluiden Medien, wobei die Vor­ richtung fernlenkbar ist, im fluiden Medium schweben kann und Probe­ nahmeeinrichtungen umfaßt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, die Sende- und Empfangseinrich­ tungen zur Übermittlung von Informationen insbesondere zur Steuerung der Vorrichtung umfaßt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, die einen schwenkbaren Sensor zur richtungsabhängigen Bestimmung der Konzentration von we­ nigstens einem Inhalts- oder Fremdstoff des fluiden Mediums umfaßt.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, die schwenkbare Mittel zur bildlichen Aufzeichung der Umgebung umfaßt.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, die ein GPS- Modul zur Bestimmung der Position der Vorrichtung umfaßt.

19. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die als Zep­ pelin ausgebildet ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, worin der Zeppelin genau einen Antriebsmotor enthält.