Kolorimeter
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kolorimeter, bei dem das von einer Lichtquelle abgestrahlte Licht durch eine zu untersuchende Probe hindurch zu einem photo elektrischen Energieumwandler gelangt, dessen Ausgang zur Messung der einfallenden Lichtstärke mit einer Messvorrichtung verbunden ist.
Insbesondere in der Medizin sind Kolorimeter von hoher Empfindlichkeit und Genauigkeit erforderlich, welche zudem leicht ablesbar und zum Messen kleinster Proben geeignet sein sollten. Ein genaues und leichtes Ablesen kann erreicht werden, wenn die Messresultate nicht einem Zeigerinstrument, sondern einer digitalen Anzeigevorrichtung zugeführt werden. Bei bisher bekannten Instrumenten ist aber die Ablesung insbesondere bei sehr kleinen Proben in der Grössenordnung von 100 Microlitern oder weniger sehr unstabil. Insbesondere bei digitaler Anzeige ist dies sehr lästig, und oft ist es praktisch unmöglich, eine umfassende Anzeige zu bekommen, wenn der angezeigte Wert unregelmässig springt.
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun die Verbesserung des Kolorimeters derart, dass dieses eine wesentlich bessere Stabilität aufweist. Hierbei liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die unerwünschten instabilen Verhältnisse hauptsächlich durch die Wärmeerzeugung der Lichtquelle erzeugt werden, welche nicht nur schwer kontrollierbare, das Messergebnis stark beeinflussende Temperaturänderungen an der Probe hervorruft, sondern auch das Messergebnis verfälschende Temperatur änderungen an den Filtern, der Lichtquelle selbst und am Energieumwandler hervorruft.
Erfindungsgemäss zeichnet sich das Kolorimeter nunmehr dadurch aus, dass die Lichtquelle mit einer intermittierend erregbaren Speisequelle verbunden ist, wobei die Periode der Nichterregung der Lichtquelle mindestens so lang ist wie die Periode der Erregung.
Dadurch, dass die Lichtquelle nunmehr nur während einem Teil der Betriebszeit der Anordnung erregt wird, welcher Zeitabschnitt sehr verkürzt werden kann, kann die Wärmebeeinflussung des Kolorimeters entsprechend verringert werden, was die Stabilität der Anordnung wesentlich verbessert.
Dadurch, dass die Lichtquelle nicht kontinuierlich erregt wird, sind Massnahmen notwendig, die eine zwangsläufige Veränderung der Strahlungskennlinie der Lichtquelle verhindern, um in der Folge ungenaue und instabile Verhältnisse auszuschliessen. Bei Verwendung einer Glühbirne als Lichtquelle ändert beispielsweise die Abstrahlungsintensität und die Farbtemperatur stark während der Aufheizung des Glühdrahtes, weshalb die Messung so vorgenommen werden muss, dass diese Änderungen keinen Einfluss auf das Messresultat nehmen können. Wird andererseits die Glühlampe in kaltem Zustand an die volle Quellenspannung gelegt, tritt ein sehr hoher Strom auf, welcher die Lebensdauer der Lampe stark vermindert und ebenso unerwünschte An- derungen der Strahlungsverhältnisse hervorruft.
Um dies zu vermeiden, kann bei Verwendung einer Glühlampe als Lichtquelle die Speisequelle während der Erregerperiode zunächst einen konstanten Strom erzeugen und nachfolgend die Speisespannung auf einen konstanten Wert stabilisiert und dann abgebaut werden.
Auf diese Weise kann ein übermässiger Quellenstrom verhindert werden. Ferner werden nach dem Einschalten der Glühlampe und Erreichen des Zeitabschnittes konstanter Spannung konstante Strahlungsverhältnisse an der Lampe erreicht, wenn die Einschaltphase genügend lang gewählt wird.
Wird die Messung nur während der Periode mit konstanter Strahlungscharakteristik an der Glühlampe vorgenommen, kann zwischen Energieumwandler und Messvorrichtung eine Durchlassschaltung eingeschaltet werden zum Durchlassen eines Ausgangssignales des Energieumwandlers nur über einen Teil der Erregerperiode der Lichtquelle, in welcher die Erregerspannung konstant ist.
Hierdurch kann nicht nur der Signaldurchlass auf den gewünschten Zeitabschnitt, bei welchem die erforderliche Strahlungskennlinie der Lampe vorhanden ist, verlegt werden, sondern die Durchlassschaltung kann zudem Signale erzeugen, die sich besser für eine Verstärkung in einem Wechselstromverstärker eignen, was wichtig ist, da letzterer eine höhere Stabilität erreichen kann als etwa ein Gleichstromverstärker. Der Wechselstromverstärker kann hierbei einen Teil der Durchlassschaltung bilden.
Eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Kolorimeters und
Fig. 2 ein Schaubild der Erregung der Lichtquelle des Kolonmeters gemäss Fig. 1 in Funktion der Zeit.
Gemäss Fig.. 1 umfasst das im Blockschaltbild dargestellte Kolorimeter eine Lichtquelle 1 in Form einer Glühlampe, welche ihr Licht durch einen optischen Filter 2 und der Mikroprobe 3 auf eine Photozelle 4 wirft, welche als photoelektrischer Energiewandler wirksam ist und deren Ausgangssignal über eine Durchlassschaltung 5 und einem Speicher 6 zu einer digitalen Anzeigevorrichtung 7 gelangt.
Die Glühlampe 1 wird von einer regelbaren Speisequelle 8 gespeist, deren Steuerung durch einen Impulsgenerator 9 derart erfolgt, dass die in Fig. 2 dargestellte Wellenform der Ausgangsspannung der Speisequelle 8 entsteht.
Durch die Wirkung des Impulsgenerators 9 weist die Ausgangsspannung der Speisequelle 8 gemäss Fig. 2 in einem ersten Intervall ti zunächst einen absatzweisen Anstieg von Null bis zum Maximalwert auf, da der Erregerstrom über dieses Intervall konstant gehalten wird und der Widerstand des Glühlampenfadens beim Aufheizen zunimmt, wonach die Speisespannung über den Rest der gesamten Erregerperiode ts der Lichtquelle 1 konstant bleibt und dann abrupt endigt. Anschliessend bleibt die Speisespannung während einer Ruheperiode t3 ausgeschaltet, worauf im vorbeschriebenen Intervall erneut der absatzweise Anstieg erfolgt.
Der absatzweise Anstieg der Speisespannung während der Periode t1 verhindert das Auftreten eines übermässigen Spannungsstosses beim Einschalten und verlängert somit die Lebensdauer der Glühlampe 1 und verbessert deren Strahlungscharakteristik.
Der Impulsgenerator 9 steuert ferner die Durchlassschaltung 5, welche das Ausgangssignal der Photozelle 4 nur in der in Fig. 2 dargestellten Periode t4, in welcher die Speisespannung für die Lampe und somit auch die Strahlungskennlinie der Lampe konstant ist, durchlässt und verstärkt.
Das Ausgangssignal der Durchlassschaltung 5 besteht hierbei aus reinen Rechteckimpulsen, die sich besonders für eine stabile Verstärkung eignen. Diese Rechteckimpulse gelangen dann zur Speichervorrichtung 6, welche ganz einfach aus einem Kondensator bestehen kann und welche am Ende der Durchlassperiode t4 das Ausgangssignal speichert, so dass dieses laufend durch die digitale Anzeigevorrichtung 7 angezeigt wird. Nach jeder neuen Messperiode wird durch den Impulsgenerator 9 der Speicher 6 gelöscht und die digitale Anzeigevorrichtung 7 rückgestellt.
Im übrigen kann auf eine detaillierte Beschreibung der einzelnen, anhand von Fig. 1 erwähnten Glieder des Kolorimeters verzichtet werden, da diese im einzelnen bereits handelsüblich sind.
Colorimeter
The present invention relates to a colorimeter in which the light emitted by a light source passes through a sample to be examined to a photoelectric energy converter, the output of which is connected to a measuring device for measuring the incident light intensity.
In medicine in particular, colorimeters of high sensitivity and accuracy are required, which in addition should be easy to read and suitable for measuring the smallest samples. An accurate and easy reading can be achieved if the measurement results are not fed to a pointer instrument but to a digital display device. With previously known instruments, however, the reading is very unstable, particularly with very small samples of the order of magnitude of 100 microliters or less. This is particularly troublesome with digital displays, and it is often practically impossible to get a comprehensive display if the displayed value jumps irregularly.
The present invention aims to improve the colorimeter in such a way that it has a significantly better stability. This is based on the knowledge that the unwanted unstable conditions are mainly generated by the heat generation of the light source, which not only causes temperature changes on the sample that are difficult to control and strongly influence the measurement result, but also temperature changes on the filters, the light source itself, which falsify the measurement result and on the energy converter.
According to the invention, the colorimeter is now characterized in that the light source is connected to an intermittently excitable supply source, the period of non-excitation of the light source being at least as long as the period of excitation.
Because the light source is now only excited during part of the operating time of the arrangement, which period of time can be shortened considerably, the influence of heat on the colorimeter can be reduced accordingly, which significantly improves the stability of the arrangement.
Because the light source is not continuously excited, measures are necessary to prevent an inevitable change in the radiation characteristic of the light source in order to rule out inaccurate and unstable conditions as a result. When using a light bulb as a light source, for example, the radiation intensity and the color temperature change significantly during the heating of the filament, which is why the measurement must be made in such a way that these changes cannot affect the measurement result. If, on the other hand, the incandescent lamp is connected to the full source voltage when it is cold, a very high current occurs, which greatly reduces the service life of the lamp and also causes undesirable changes in the radiation conditions.
To avoid this, when using an incandescent lamp as the light source, the supply source can initially generate a constant current during the excitation period and then the supply voltage can be stabilized to a constant value and then reduced.
In this way, excessive source current can be prevented. Furthermore, after the incandescent lamp has been switched on and the period of constant voltage has been reached, constant radiation conditions are achieved at the lamp if the switch-on phase is selected to be sufficiently long.
If the measurement is only carried out on the incandescent lamp during the period with constant radiation characteristics, a pass circuit can be switched on between the energy converter and the measuring device to allow an output signal from the energy converter to pass through only part of the excitation period of the light source in which the excitation voltage is constant.
As a result, not only can the signal transmission be relocated to the desired period of time in which the required radiation characteristic of the lamp is available, but the transmission circuit can also generate signals that are better suited for amplification in an AC amplifier, which is important because the latter is a can achieve higher stability than a DC amplifier. The AC amplifier can in this case form part of the pass circuit.
An example embodiment of the subject matter of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing.
Show it:
Fig. 1 is a block diagram of a colorimeter and
FIG. 2 shows a diagram of the excitation of the light source of the colon meter according to FIG. 1 as a function of time.
According to FIG. 1, the colorimeter shown in the block diagram comprises a light source 1 in the form of an incandescent lamp, which throws its light through an optical filter 2 and the micro-sample 3 onto a photocell 4 which acts as a photoelectric energy converter and whose output signal is via a transmission circuit 5 and a memory 6 reaches a digital display device 7.
The incandescent lamp 1 is fed by a controllable supply source 8, which is controlled by a pulse generator 9 in such a way that the waveform of the output voltage of the supply source 8 shown in FIG. 2 is produced.
As a result of the action of the pulse generator 9, the output voltage of the supply source 8 according to FIG. 2 initially shows a stepwise increase from zero to the maximum value in a first interval ti, since the excitation current is kept constant over this interval and the resistance of the incandescent lamp filament increases when it is heated, after which the supply voltage remains constant over the remainder of the entire excitation period ts of the light source 1 and then ends abruptly. The supply voltage then remains switched off during a rest period t3, whereupon the intermittent increase occurs again in the interval described above.
The intermittent increase in the supply voltage during the period t1 prevents the occurrence of an excessive voltage surge when switching on and thus extends the life of the incandescent lamp 1 and improves its radiation characteristics.
The pulse generator 9 also controls the transmission circuit 5, which transmits and amplifies the output signal of the photocell 4 only in the period t4 shown in FIG. 2, in which the supply voltage for the lamp and thus also the radiation characteristic of the lamp is constant.
The output signal of the pass-through circuit 5 consists of pure square-wave pulses, which are particularly suitable for stable amplification. These square-wave pulses then reach the storage device 6, which can very simply consist of a capacitor and which stores the output signal at the end of the conduction period t4, so that it is continuously displayed by the digital display device 7. After each new measurement period, the memory 6 is cleared by the pulse generator 9 and the digital display device 7 is reset.
Moreover, a detailed description of the individual elements of the colorimeter mentioned with reference to FIG. 1 can be dispensed with, since these are individually already commercially available.