DD237085A3

DD237085A3 - AUTOMATIC ALTERNATING REFRACTOMETER

Info

Publication number: DD237085A3
Application number: DD21475679A
Authority: DD
Inventors: Peter Eisenhut; Rolf Godat; Wolfgang Nebe; Gottfried Schmidt
Original assignee: Peter Eisenhut; Rolf Godat; Wolfgang Nebe; Gottfried Schmidt
Priority date: 1979-08-02
Filing date: 1979-08-02
Publication date: 1986-07-02
Also published as: JPS5649941A; DE3028564A1; SU1416897A1

Abstract

Die Erfindung ist anwendbar auf allen Gebieten, auf denen refraktometrische Messungen an durchfliessenden Substanzen durchgefuehrt werden, insbesondere fuer Prozesskontrolle und chromatographische Analysen. Ziel der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Bestimmung der Brechzahl zu schaffen, bei der ein durch eine Differentialkuevette tretendes homogenes Lichtstrahlenbuendel zeitlich und raeumlich aufgetrennt wird. Die Auftrennung des Lichtstrahlenbuendels soll so erfolgen, dass das eine Signal der Lichtablenkung proportional und das andere Signal von der Lichtablenkung unabhaengig ist und als Referenzsignal benutzt wird. Zu diesem Zweck befindet sich in dem Abbildungssystem eine feststehende Blende, die von dem einen der beiden alternierend freigegebenen Strahlenbuendel einen von der Ablenkung abhaengigen Intensitaetsanteil abblendet, waehrend der andere alternierend freigegebene Anteil von der Blende und damit von der Ablenkung unabhaengig auf die Empfaengerflaeche faellt. Das Auftrennen bzw. Abblenden und Freigeben der beiden Strahlenbuendel erfolgt durch ein zwischen Kuevette und Empfaenger angeordnetes periodisch arbeitendes Bauelement.The invention can be applied in all fields in which refractometric measurements are carried out on substances flowing through, in particular for process control and chromatographic analyzes. The aim of the invention is to provide an arrangement for determining the refractive index, in which a passing through a Differentialkuevette homogeneous Lichtstrahlenbuendel is separated in time and space. The separation of the Lichtstrahlenbuendels should be such that one signal of the light deflection proportional and the other signal from the light deflection is independent and is used as a reference signal. For this purpose, there is a fixed aperture in the imaging system, which fades one of the two alternately released Strahlenbuendel dependent on the distraction Intensitaetsanteil while the other alternately shared share of the aperture and thus of the deflection falls independently on the Empfaengerflaeche. The separation or dimming and releasing of the two ray beams is effected by a periodically operating component arranged between the cuvette and the receiver.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung ist anwendbar auf allen Gebieten, auf denen refraktometrische Messungen an durchfließenden Substanzen durchgeführt werden, insbesondere für Prozeßkontrolle und chromatographische Analyse in der Chemie, Biologie, Medizin, Land- und Nahrungsgüterwirtschaft und Getränkeindustrie.The invention is applicable in all fields in which refractometric measurements are made on flowing substances, in particular for process control and chromatographic analysis in chemistry, biology, medicine, agriculture and food industry and beverage industry.

Characteristic of the known technical solutions

Die Erfindung bezieht sich auf ein automatisches Wechsellichtrefraktometer nach dem Ablenkungsprinzip. Refraktometer nach dem Ablenkungsprinzip verfügen über eine Differentialküvette, bestehend aus zwei aneinandergrenzenden prismatischen Räumen für den Durchfluß der Probe und für die Referenzflüssigkeit, die vorzugsweise nacheinander von einem Lichtstrahl durchsetzt werden. Hinter dem Durchflußraum befindet sich ein Strahlenteiler in Form eines Glasprismas, eines Spiegels oder zweier zueinander geneigter planparalleler Glasplatten, der bewirkt, daß das Licht in zwei Bündel aufgetrennt wird und diese Bündel auf je eine Empfängerfläche fallen. Je nach Größe der Ablenkung trifft auf den einen Empfänger mehr, auf den anderen weniger Licht. Diese Lösung hat den Nachteil, daß Fehlermöglichkeiten auf Grund unterschiedlicher Empfindlichkeit der beiden Flächen, insbesondere unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit, unterschiedlichen Temperaturverhaltens und unterschiedlicher Alterung der Flächen auftreten können.The invention relates to an automatic alternating light refractometer according to the deflection principle. Refractometers based on the principle of deflection have a differential cuvette consisting of two adjoining prismatic chambers for the flow of the sample and for the reference liquid, which are preferably penetrated successively by a light beam. Behind the Durchflußraum is a beam splitter in the form of a glass prism, a mirror or two mutually inclined plane-parallel glass plates, which causes the light is separated into two bundles and these bundles fall on a respective receiving surface. Depending on the size of the distraction, one receiver receives more light and the other less light. This solution has the disadvantage that possible errors due to different sensitivity of the two surfaces, in particular different spectral sensitivity, different temperature behavior and different aging of the surfaces can occur.

Es sind auch Lösungen bekannt, die diese Mängel umgehen, indem sie nur einen Empfänger besitzen. Bei diesen Geräten wird das von einem Verstärker erzeugte Meßsignal über ein Kompensationssystem, das mit einer Meßeinrichtung gekoppelt ist, zum Abgleich der in der Küvette entstehenden Ablenkung benutzt (WP 43561). Diese Anordnungen erfordern einen hohen Aufwand an sehr präzisen mechanisch-optischen Baugruppen für das Kompensationsgetriebe und sind deshalb teuer. Eine weitere Lösung sieht vor, daß der in der Küvette abgelenkte Lichtstrahl eine Blende passiert, die so bemessen ist, daß bei einer Ablenkung des Lichtes das Lichtbündel von einer der Blendenkanten beschnitten wird. Das durchtretende schmalere Lichtbündel fällt durch eine rotierende Lochblende auf einen Empfänger, und aus der Messung der Lichtablenkung wird eine Messung der Lichtimpulslänge (WP 47752).There are also known solutions that circumvent these shortcomings by having only one receiver. In these devices, the measurement signal generated by an amplifier is used via a compensation system, which is coupled to a measuring device, for balancing the deflection produced in the cuvette (WP 43561). These arrangements require a high amount of very precise mechanical-optical components for the compensation gear and are therefore expensive. Another solution provides that the deflected in the cuvette light beam passes through a diaphragm which is dimensioned so that when deflecting the light, the light beam is cut from one of the diaphragm edges. The passing narrower beam falls through a rotating pinhole on a receiver, and the measurement of the light deflection is a measurement of the light pulse length (WP 47752).

Bei dieser Anordnung ist der Meßbereich durch die Breite der Blende eingeschränkt, und die erzielbare Meßempfindlichkeit ist nichtsehr hoch.In this arrangement, the measuring range is limited by the width of the aperture, and the achievable measuring sensitivity is not very high.

Zur Umgehung dieser Nachteile sind deshalb Differentialrefraktometer mit nur einem Empfänger bekannt geworden, die nach einer Wechsellichtmethode arbeiten. Hierbei werden zwei getrennte Lichtstrahlen durch zwei nebeneinanderliegende prismatische Küvetten geführt und nach Durchtritt durch diese wieder vereinigt. Die Nachteile dieser Lösung liegen jedoch im doppelten Aufwand an optischen Elementen durch die getrennte Strahlenführung, in der Möglichkeit der Fehlmessung auf Grund einseitiger Verschmutzung vor allem der Duchflußküvette sowie im ungünstigen Temperaturverhalten der beiden getrennt liegenden Küvetten.To circumvent these disadvantages, therefore, differential refractometers with only one receiver have become known, which work according to a Wechsellichtmethode. Here, two separate light beams are passed through two adjacent prismatic cuvettes and reunited after passing through them. The disadvantages of this solution, however, are the double expenditure of optical elements due to the separate beam guidance, in the possibility of incorrect measurement due to one-sided pollution, especially the Duchflußküvette and the unfavorable temperature behavior of the two separate cuvettes.

Object of the invention

Die Erfindung soll eine Anordnung zur Bestimmung der Brechzahl durchfließender Proben schaffen, die es ohne Verwendung eines Kompensationssystems gestattet, aus einem durch eine Differentialküvette tretenden homogenen Lichtstrahlenbündel mittels eines einzigen Empfängers ein von Störungen weitgehend unabhängiges Signal zu erzeugen.The invention is intended to provide an arrangement for determining the refractive index of samples flowing therethrough, which allows, without the use of a compensation system, to generate a signal which is largely independent of interference by means of a single receiver from a homogeneous light beam passing through a differential cuvette.

Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Bestimmung der Brechzahl zu schaffen, bei der ein durch eine Differentialküvette tretendes homogenes Lichtstrahlenbündel durch geeignete optische Bauelemente zeitlich und räumlich so aufgetrennt wird, daß die Intensität des einen Bündels der Lichtablenkung proportional und die des anderen Bündels als Referenzsignal von der Lichtablenkung unabhängig, daß Meß- und Referenzlichtbündel ein und demselben Empfänger zugeführt werden, und daß aus ihrem Quotienten bzw. ihrer Differenz ein Signal erzeugt wird, das von äußeren Störeinflüssen \A/cutne»hnnH nnnhhännin Ie+The object of the invention is to provide an arrangement for determining the refractive index, in which a passing through a differential cuvette homogeneous light beam is separated by suitable optical components in time and space so that the intensity of one bundle of the light deflection proportional and that of the other bundle Reference signal from the light deflection independently that Meß- and reference light bundles are supplied to the same receiver, and that from their quotient or their difference, a signal is generated, which of external disturbances \ A / cutne »hnnH nnnhhännin Ie +

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Anordnung gelöst, die aus einem optischen System, das sich in ein Beleuchtungssystem, Differentialküvette und Abbildungssystem mit lichtelektrischem Empfänger gliedert, besteht, bei der ein paralleles Lichtstahlenbündel beim Durchtritt durch das Abbildungssystem aufgetrennt wird. Die Besonderheit der Anordnung besteht darin, daß ein einziges paralleles Strahlenbündel die Differentialküvette durchläuft und daß die nachfolgende Auftrennung so erfolgt, daß auf einem einzigen Empfänger alternierend zwei Lichtflecken entstehen, deren einer eine von der Ablenkung abhängige Intensität besitzt, während die Lichtintensität des zweiten, als Referenz dienenden Fleckes von der Ablekung unabhängig ist.According to the invention, the object is achieved by an arrangement which consists of an optical system which is divided into an illumination system, differential cuvette and imaging system with a photoelectric receiver, in which a parallel beam of light beams is separated as it passes through the imaging system. The peculiarity of the arrangement is that a single parallel beam passes through the differential cuvette and that the subsequent separation takes place so that alternately on a single receiver two light spots arise, one of which has a dependent on the deflection intensity, while the light intensity of the second, as Reference spot is independent of the rejection.

Zu diesem Zweck befindet sich in dem Abbildungssystem eine feststehende Blende, die von dem einen der beiden alternierend freigegebenen Strahlenbündel einen von der Ablenkung abhängigen Intensitätsanteil abblendet, während der andere alternierend freigegebene Anteil von der Blende und damit von der Ablenkung unabhängig auf die Empfängerfläche fällt. Das Auftrennen bzw. das Abblenden und Freigeben der beiden Strahlenbündel erfolgt durch ein zwischen Küvette und Empfänger angeordnetes periodisch arbeitendes Bauelement.For this purpose, there is a fixed aperture in the imaging system, which fades one of the two alternately released radiation beam dependent on the deflection intensity component, while the other alternately released share of the diaphragm and thus of the deflection falls independently on the receiver surface. The separation or the dimming and releasing of the two beams is carried out by a arranged between cuvette and receiver periodically operating device.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird anhand der schematischen Zeichnung näher erläutertThe invention will be explained in more detail with reference to the schematic drawing

Es zeigen: Show it:

Fig. 1: das optische SystemFig. 1: the optical system

Fig.2: eine Wechsellichtscheibe mit keilförmigen Sektoren2 shows a changing lens with wedge-shaped sectors

Fig.3: eine Wechsellichtscheibe mit planparallelen zur optischen Achse geneigten Glasplatten3: a changing lens with plane-parallel inclined to the optical axis glass plates

Fig.4: einen optischen Strahlenteiler4 shows an optical beam splitter

Fig.5: einen optischen Strahlenteiler mit spiegelnder KanteFig.5: an optical beam splitter with reflective edge

Fig.6: eine verspiegelte Wechsellichtscheibe6 shows a mirrored changing lens

Fig.7: eine Anordnung der Wechsellichtseheibe in der Nähe eines mit 2 Öffnungen versehenen Diaphragmas.FIG. 7 shows an arrangement of the alternating-light disk in the vicinity of a diaphragm provided with two openings. FIG.

In Fig. 1 wird eine Lichtquelle 1 durch eine Linse 2, hinter der sich in einer Ebene E1 eine aperturbegrenzende Blende 3 befindet, in eine Ebene E2 abgebildet.In Fig. 1, a light source 1 through a lens 2, behind which in a plane E1 is an aperture-limiting aperture 3, imaged in a plane E2.

Eine Linse 4 in Ebene E2 bildet die Ebene E1 in die vordere Brennebene E3 eines Kollimatorobjektivs 7 ab.A lens 4 in plane E2 images the plane E1 into the front focal plane E3 of a collimator lens 7.

Eine dahinter befindliche Differentialküvette 8 wird von einem parallelen Lichtbündel durchsetzt, das entsprechend der in der Differentialküvette 8 vorliegenden Brechzahldifferenz abgelenkt wird. Unmittelbar vor der Ebene E3 befindet sich eine Feldlinse 5, die zusammen mit dem Objektiv 7 eine Abbildung der Ebene E 2 in die Ebene E 4 im vorderen Teil der Küvette 8 bewirkt, wobei keine Beeinflussung der Bildlage durch die Ablenkung in der Küvette 8 erfolgt. In der Ebene E3 befindet sich ein Diaphragma 6, das mittels der vorgeschalteten Optik gleichmäßig ausgeleuchtet ist und mittels der Objektive 7 und 10 in die hintere Brennebene E 5 des Objektivs 10 abgebildet wird. In der Ebene E 5 befindet sich eine fest angeordnete Blende 11, auf die zumindest ein Teil des Diaphragmenbildes fällt. Eine Kante der Blende 11 ist vorzugsweise senkrecht zur Ablenkungsrichtung so angeordnet, daß sie durch das Diaphragmenbild hindurchgeht, so daß je nach Größe der Lichtablenkung ein mehr oder weniger großer Anteil des Lichtes an der Blende vorbei auf den Empfänger 13 trifft. Eine Linse 12 sorgt dafür, daß eine Ebene E4, in der sich die Lichtablenkung nicht auswirkt, auf die Empfängerfläche abgebildet wird, so daß auf dieser stets die gleiche Fläche vom Licht getroffen wird und sich die Flächenhomogenitäten nicht auswirken. Eine Wechsellichtseheibe 9 befindet sich zwischen der Differentialküvette 8 und dem Empfänger 13 zur zeitlichen und räumlichen Auftrennung des Lichtstrahlenbündels. Dem Empfänger 13 ist ein Verstärker 14 nachgeordnet.An underlying differential cuvette 8 is penetrated by a parallel light beam, which is deflected according to the present in the differential cuvette 8 refractive index difference. Immediately in front of the plane E3 is a field lens 5, which, together with the lens 7, effects an image of the plane E 2 in the plane E 4 in the front part of the cuvette 8, whereby the image position is not influenced by the deflection in the cuvette 8. In the plane E3 is a diaphragm 6, which is uniformly illuminated by the upstream optics and is imaged by means of the lenses 7 and 10 in the rear focal plane E 5 of the lens 10. In the plane E 5 is a fixed aperture 11, on which at least a portion of the diaphragm image falls. One edge of the aperture 11 is preferably arranged perpendicular to the deflection direction so that it passes through the diaphragm image, so that, depending on the size of the light deflection, a more or less large portion of the light strikes the receiver 13 past the aperture. A lens 12 ensures that a plane E4, in which the light deflection does not affect, is imaged on the receiver surface, so that on this always the same area is hit by the light and the surface homogeneities do not affect. A change-over lens 9 is located between the differential cuvette 8 and the receiver 13 for temporal and spatial separation of the light beam. The receiver 13 is followed by an amplifier 14.

In Fig.2 ist eine Ausführungsform für das optische Bauelement 9 angegeben. Eine optisch wirksame, rotierende Scheibe mit keilförmigen Sektoren, die alternierend eine unterschiedliche Ablenkung bewirkt, befindet sich im parallelen Strahlengang in der Nähe der Küvette 8.2 shows an embodiment of the optical component 9 is given. An optically effective, rotating disk with wedge-shaped sectors, which alternately causes a different deflection, is located in the parallel beam path in the vicinity of the cuvette 8.

In Fig. 3 besteht das optische Bauelement 9 aus einer optisch wirksamen, rotierenden Scheibe mit zur optischen Achse geneigten planparallelen Glasplatten. Diese bewirken alternierend eine Seitenversetzung des Lichtbündels und damit des in der Ebene E5 entstehenden Diaphragmenbildes, so daß dieses abwechselnd auf bzw. neben die Blendenkante fällt.In Fig. 3, the optical component 9 consists of an optically effective, rotating disk with inclined to the optical axis plane-parallel glass plates. These cause alternately a lateral displacement of the light beam and thus of the resulting in the plane E5 diaphragm image so that it alternately falls on or next to the diaphragm edge.

In Fig.4istder Meßblende 11 ein optischer Strahlenteiler 15 zugeordnet, der einen Teil des einfallenden Lichtes durch Amplitudenteilung so versetzt, daß dieser an der Blende vorbei läuft.In Fig.4is the orifice 11 is associated with an optical beam splitter 15, which offset a portion of the incident light by amplitude division so that it passes the aperture.

Fig.5 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Strahlenteiler und die Meßblende zu einem einzigen optischen Bauelement 16 zusammengefaßt sind.5 shows an embodiment in which the beam splitter and the orifice plate are combined to form a single optical component 16.

In Fig. 6 ist die Meßblende 11 als Speigelfläche unter 45° geneigt gegen die optische Achse und eine rotierende Scheibe unmittelbar vor der Blende und nahezu parallel zu dieser angeordnet. Die Wechsellichtseheibe enthält alternierend mit Spiegelflächen ausgestattete bzw. den Lichtdurchtritt freigebende Sektoren, wobei die letzteren das Licht auf die verspiegelte Blende auftreffen lassen. Die Spiegelflächen sind so angeordnet, daß die alternierend entstehenden Lichtsignale auf die gleiche Stelle der Empfängerfläche auftreffen.In Fig. 6, the orifice plate 11 is arranged as Speigelfläche at 45 ° inclined to the optical axis and a rotating disk immediately in front of the diaphragm and arranged almost parallel to this. The alternating-light disk contains sectors which are equipped with mirror surfaces or which permit the passage of light, the latter allowing the light to impinge on the mirrored diaphragm. The mirror surfaces are arranged so that the alternating light signals impinge on the same location of the receiver surface.

In Fig.7 zeigt eine Lösungsmöglichkeit bei der unter Beibehaltung des abbildenden optischen Systems gemäß Fig. 1 das Diaphragma 6 mit 2 Öffnungen ausgestattet ist, die nebeneinander in der Ebene E3 liegen. Die rotierende Wechsellichtseheibe befindet sich unmittelbar vor oder hinter dem Diaphragma 6 und gibt alternierend die eine bzw. andere Öffnung frei. Die Bilder beider Öffnungen entstehen auf bzw. neben der Blende 11. Die Ebene E 4, in die die Lichtquelle bzw. die Ebene E 2 abgebildet wird und in der die Bildlage unabhängig von der Aperturtrennung im Diaphragma 6 und von der Lichtablenkung in der Küvette 8 ist, auf die Empfängerfläche abgebildet. Die Wechsellichtseheibe 9 kann auch an anderen Stellen angeordnet sein.In Fig.7 shows a possible solution in which, while maintaining the imaging optical system according to FIG. 1, the diaphragm 6 is provided with 2 openings which lie side by side in the plane E3. The rotating alternating light disc is located directly in front of or behind the diaphragm 6 and alternately releases one or the other opening. The images of both openings are formed on or next to the diaphragm 11. The plane E 4, in which the light source or the plane E 2 is imaged and in the image position regardless of the aperture separation in the diaphragm 6 and the light deflection in the cuvette. 8 is imaged on the receiver surface. The changing lens 9 can also be arranged at other locations.

Claims

Invention claim:

An automatic alternating light refractometer, which consists of an optical system which is divided into an illumination system, differential cuvette and imaging system with a photoelectric receiver, wherein the cuvette is penetrated by a single parallel light beam, characterized in that a beam path separating the optical component between Cuvette and receiver and a fixed orifice plate between this optically separating device and the receiver is arranged and wherein a partial beam path falls on the orifice plate.

2. Automatic alternating light refractometer according to item 1, characterized in that the optically separating component is a rotating disk with prismatic sectors.

3. Automatic alternating light refractometer according to item 1, characterized in that the optically separating component is a rotating disc with inclined to the optical axis plane-parallel glass plate.

4. Automatic alternating light refractometer according to item 1, characterized in that the optically separating component is a rotating disk with specular sectors.

5. Automatic alternating light refractometer according to item!, Characterized in that the optically separating component consists of an optical beam splitter and a subsequently arranged rotating disk.

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