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Verfahren zur automatischen Anzeige des Spektrums von Objekten und automatischer Filterspektograph zur Durchführung dieses Verfahrens
Die vorliegende Patentschrift betrifft ein Verfahren zur automatischen Anzeige des Spektrums von Objekten, bei welchem mittels einer Mehrzahl durch den vom ObjektkommendenStrahlenganghindurchbewegter Filter Strahlungsimpulse erzeugt werden, welche der vertikalen Ablenkung einer Elektronenstrahlröhre zugefuhrt werden, auf deren Bildschirm die Ablenkung des Elektronenstrahles in horizontaler Richtung in Übereinstimmung mit den Filtern und deren Bewegung wellenlängenabhängig erfolgt.
Bezweckt wird, Gesamtspektren von beliebigen Objekten unmittelbar und ohne Zeitverlust zur sicht-
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um Strahlung reflektierende Oberflächen. oder um für Strahlung durchlässige Medien handeln. Die Strahlung kann Wellenlängen innerhalb oder ausserhalb des sichtbaren Spektralbereichs aufweisen. Einen weiteren Erfindungsgegenstand bildet einautomatischer Filterspektrograph zur Durchführung dieses Verfahrens.
Es ist bekannt, Spektren mit Hilfe von Prismen- oder Gitterspektrographen zu registrieren.
Es ist auch bekannt, dass die spektrale Zusammensetzung von Strahlungen mit Filtern in gewissen Grenzen analysiert werden kann. Es wurde schon vorgeschlagen, die von den Filtern durchgelassene Strahlung in elektrische Grössen umzuwandeln, welche dann zur Betätigung einer Schreibvorrichtung verwender werden können, welche eine dem Spektrum des Objektes entsprechende Kurve liefert. Die bekannten Spektrographen dieser Art sind aber meist kompliziert und mechanisch empfindlich und besitzen keinen besonders hohen optischen Wirkungsgrad.
Ferner sind erfindungsgemässe Verfahren bekannt, bei welchen eine Mehrzahl von Filtern nacheinander durch den vom Objekt kommenden Strahlengang hindurch bewegt werden, worauf die die Filter passierende Strahlung in elektrische Grössen umgewandelt wird, mittels welchen der Kathodenstrahl einer Elektronenröhre vertikal abgelenkt wird, so dass auf dem Bildschirm der Röhre ein diesen Impulsen entsprechendes Bild entsteht. Diese bekannten Verfahren dienen der Bestimmung der Farbanteile (z. B. blau, grün, rot) einer Strahlung und die erhaltenen Signale stellen Integrationswerte der Energieverteilungskurven der zugeordneten Farben Über dem ganzen sichtbaren Wellenlängenbereich dar. Die Verteilung der Energie der betreffenden Farbe über deren Spektralbereich kann dagegen nach diesen bekannten Verfahren nicht ermittelt werden.
Um dies zu erreichen, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass vor Aufnahme des Spektrums des zu untersuchenden Objektes die Grösse der vertikalen Ablenkung zwecks Abstimmung bzw. Einstellung der Anzeige mittels den einzelnen Filtern zugeordneten, mit diesen bewegten Blenden und bzw. oder mittels elektrischer Korrekturglieder wellen- längenabhängig eingestellt wird, wobei gegebenenfalls zur Eliminierung von Impulsfehlern bei zusammengesetzten Spektren den durch die Strahlungsimpulse erzeugten elektrischen Impulsen Korrekturimpulse überlagert werden.
Zur Durchführung dieses Verfahrens wird ein automatischer Filterspektrograph vorgeschlagen, bei dem in an sich bekannter Weise die Filter am Umfang eines antreibbaren Filterrades angeordnet sind und der zur Umwandlung der Strahlungsimpulse in elektrische Impulse eine Umwandlungsyorrichtung aufweist, die an eine Elektronenstrahlröhre angeschlossen ist, deren Elektronenstrahl in horizontaler Richtung synchron mit der Rotation des Filterrades ablenkbar ist, und der erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet ist, dass jedem Filter eine mechanische, insbesondere veränderbare Blende und bzw. oder elektrische Mittel zur Veränderung bzw. Einstellung der spektralen Empfindlichkeit des Gerätes zugeordnet sind, wobei als Filter vorzugsweise Interferenzfilter vorgesehen sind.
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Das erfindungsgemässe Verfahren wird im folgenden an Hand der beiliegenden Zeichnung beispielsweise näher erläutert, wobei diese Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des Filterspektrographen nach der Erfindung zeigt.
Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau des Spektrographen ; Fig. 2 zeigt das Schaltschema eines Teiles des Spektrographen nach Fig. 1, und Fig. 3 zeigt ein Beispiel der auf dem Bildschirm der Röhre erhältlichen Anzeige.
Die zu analysierende Strahlung gelangt vom nicht gezeichneten Objekt in den Teil 1 (Fig. 1), wo sie mittels einer geeigneten Optik zu einem parallelen Strahlenbündel gerichtet wird. Die auf dem Umfang eines Filterrades 2 sitzenden Filterelemente 2a werden bei drehendem Rad in der gewünschtenReihen- folge in den Strahlengang gebracht. Eine Umdrehung des Filterrades entspricht dem einmaligen Durchlaufen des spektralen Messbereiches, da die Durchlässigkeitsbereiche der Filter über den gewünschten Spektralbereich verteilt sind. Verwendet werden Interferenzfilter, die genügend schmale Halbwertsbreiten aufweisen und deren spektrale Durchlässigkeitskurven in bezug auf den Filterschwerpunkt praktisch symmetrisch verlaufen. Ein Filterelement 2a setzt sich zusammen aus einem Interferenzfilter, einer mechanischenBlende und eventuellen Zusatzfiltern.
Die Blende und die Zusatzfilter erlauben eine Regelung der von dem Interferenzfilter durchgelassenen Strahlungsenergie. Die den Filtern zugeordneten mechani- schen Blenden dienen dabei der Eichung des Gerätes. Die Empfindlichkeit der Messapparatur kann somit für jeden einzelnen der spektralen Messpunkte beliebig verändert werden, so z. B., dass die spektrale Empfindlichkeit der Apparatur über den ganzen Messbereich konstant ist. Die bei drehendem Filterrad 2 durch die den Strahlengang passierendenFilterelemente 2a erzeugten Strahlungsimpulse werden im Teil 3 wiederum durch eine geeignete Optik gebündelt und auf den Strahlungsempfänger 4 gelenkt, der die Strahlungsimpulse in entsprechende elektrische Stromimpulse umwandelt. Der Teil 5 stellt den elektrischen Speiseteil des Strahlungsempfängers 4 dar.
Mit Hilfe des Umschalters 7, der angetrieben durch den gemeinsamen Motor 6 synchron mit dem Filterrad 2 dreht, und der eine der Anzahl Filterelemente 2a entsprechende Zahl Schaltkontakte 7a (Fig. 2) aufweist, wird jedem Stromimpuls einer durch eine Drehung des Filterrades 2 erzeugten Stromimpulsfolge eine separate Belastungsimpedanz des Strahlungsempfängers zugeordnet, die im Teil 8 zusammengefasst sind. Dies erlaubt eine kontinuierliche Teilung der über den verschiedenen Belastungsimpedanzen auftretenden Spannungsimpulse. Damit kann die spektrale Empfindlichkeit des Filterspektrographen zusätzlich zur mechanischen Korrekturmöglichkeit mittels der Filterblenden und der optischen Korrekturmöglichkeit mittels Zusatzfiltern wahlweise verändert werden.
Die Kombination dieser drei verschiedenenReguliermöglichkeiten bringt in bezug auf die messtechnische Anwendung des automatischen Filterspektrographen grosse Vorteile mit sich, die weiter unten an Beispielen erläutert werden. Die geteilten Spannungsimpulse werden über einen dem Umschalter 7 analogen Umschalter 9 mit Schaltkontakten 9a (Fig. 2) dem vertikalen Ablenksystem einer Elektronenstrahlröhre 10 zugeführt. Die für das horizontale Ablenksystem der Elektronenstrahlröhre 10 erforderlichen Ablenkimpulse werden im Teil 11 erzeugt, u. zw. so, dass sie mit der Drehung des Filterrades 2 und damit mit der auf dem Schirm der Elektronenstrahlröhre 10 erscheinenden Impulsfolge synchronisiert sind. Das ergibt auf dem Schirm ein stehendes Bild der Impulsfolge, entsprechend einer Umdrehung des Filterrades.
Ein solches Bild, wie es bei der Prüfung einer Glühlampe mit GrUnglaskolben erhalten wurde, ist in Fig. 3 dargestellt. Die die Impulsspitzen verbindende Kurve entspricht dem gewünschten spektralen Verlauf. Da diese Kurve unmittelbar nach dem Auftreten der Strahlung vor dem Teil 1 durch die Impulsfolge auf den Schirm bestimmt ist, können auch Strahlungen analysiert werden, deren spektrale Zusammensetzung zeitlich variiert. Mit Hilfe des elektrischen Teiles 13 können über den den Umschaltern 7 und 9 analogen Umschalter 14 den verschiedenen Belastungsimpedanzen des Strahlungsempfängers im Teil 8 Kompensations-Spannungsimpulse zugeführt werden. Damit können störende Spelárallinieneinflüsse, die bei der Analyse von zusammengesetzten Spektren (kontinuierliches Spektrum plus Linienspektrum) auftreten, eliminiert werden.
An Stelle der Abbildung der einem Spektrum entsprechenden Impulsfolge auf dem Schirm der Elektronenstrahlröhre 10 können die einzelnen Impulse der Impulsfolge mittels einer Integrationsschaltung 12 summiert werden. Daraus ergibt sich der Integralwert eines Spektrums über den spektralen Messbereich.
Der Teil l'gemäss Fig. 1 ist so ausgebildet, dass folgende Arten von Strahlungen untersucht werden können : a) Selbststrahler, b) Transmittierte Strahlungen von durchlässigen Medien, bezogen auf eine Bezugsstrahlung. Die Medien können fest, flüssig oder gasförmig sein. c) Remittierte Strahlungen von reflektierenden Medien, bezogen auf eine Bezugsstrahlung. Die Medien können fest, flüssig oder gasförmig sein.
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Systems entsprechen. Damit ist die Möglichkeit gegeben, mit der Apparatur objektiv photometrische Messungen, sowie Farbkoordinatenmessungen zur Darstellung der Farbpunkte im Farbdreieck durchzuführen. In diesem Fall steht die Schalterkombination S'-sauf Stellung b.
Die Impulse werden der Integrationsschaltung zugeführt, wobei die über dem Kondensator C entstehende Spannung ein Mass für den Integralwert der die Spitzen einer Impulsfolge verbindenden Kurve ist.
Die im Teil 13 der Fig. 1 enthaltene Schaltung zur Kompensation der störenden Einflusse von Spektrallinien bei der Untersuchung von Strahlungen mit zusammengesetzten Spektren setzt sich folgendermassen zusammen.
Eine der Anzahl Filterelemente 2a und damit der Anzahl Impulse einer Impulsfolge entsprechende Zahl von kontinuierlich regelbaren Potentiometern, die untereinander parallel geschaltet sind, wird von einer Spannungsquelle gespeist. Die Abgriffe der einzelnen Potentiometer werdendenSchaltsegmen- ten des Umschalters 14 in Fig. 1 zugeführt. Der Schaltarm des Umschalters dreht wiederum synchron mit dem Filterrad 2 und fahrt die verschiedenenKompensationsspannungen den verschiedenen Belastungen des Strahlungsempfängers zu. Somit besteht die Möglichkeit, jedem Impuls, der durch den Strahlungsempfänger über dessen Belastungselementen erzeugten Spannungsimpulsfolge eixre separate Kompensationsspannung zuzuordnen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur automatischen Anzeige des Spektrums von Objekten, bei welchem mittels einer Mehrzahl durch den vom Objekt kommenden Strahlengang hindurchbewegter Filter Strahlungsimpulse erzeugt werden, welche der vertikalen Ablenkung einer E1ektronenstrahlröhre zugeführt werden, auf deren Bildschirm die Ablenkung des Elektronenstrahles in horizontaler Richtung in Übereinstimmung mit den Filtern und deren Bewegung wellenlängenabhängig erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass vor Aufnahme des Spektrums des zu untersuchenden Objektes die Grösse der vertikalen Ablenkung zwecks Abstimmung bzw.
Einstellung der Anzeige mittels den einzelnen Filtern zugeordneten, mit diesen bewegten Blenden und bzw. oder mittels elektrischer Korrekturglieder wellenlängenabhängig eingestellt wird, wobei gegebenenfalls zur Eliminierung von Impulsfehlern bei zusammengesetzten Spektren den durch die Strahlungsimpulse erzeugten elektrischen Impulsen Korrekturimpulse überlagert werden.