DE10255697A1 - Optical photometer comprises a reference cuvette and a measuring cuvette having the same structure and lying in the same radiation path arranged next to each other between a radiation source and a detector - Google Patents

Optical photometer comprises a reference cuvette and a measuring cuvette having the same structure and lying in the same radiation path arranged next to each other between a radiation source and a detector Download PDF

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    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
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Abstract

Optical photometer comprises a reference cuvette (RC) and a measuring cuvette (MC) lying next to each other between a radiation source (EDL) and a detector. The cuvettes have the same structure and lie in the same radiation path.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Fotometer mit Referenz- und Messstrahlengang, wobei zwischen Strahlenquelle und Detektor eine Referenzküvette und eine Messküvette angeordnet sind, gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to an optical photometer with a reference and measuring beam path, a reference cell and a measuring cell being arranged between the radiation source and the detector, according to the preamble of the claim 1 ,

Aus dem Stand der Technik sind Einrichtungen dieser Art als Gasanalysatoren bekannt. Aus der DE 25 53 565 ist ein Fotometer bekannt, welches folgende Eigenschaften aufweist Aus der Patentschrift DE 25 53 565 (H&B-Anmeldung Radas) ist ein Fotometer bekannt, welches in Summe folgende Eigenschaften aufweist:Devices of this type are known from the prior art as gas analyzers. From the DE 25 53 565 A photometer is known which has the following properties from the patent DE 25 53 565 (H&B registration Radas) a photometer is known which has the following properties in total:

  • – zeitmultiplexe Modulation mit Filterrad- time division multiplexing Modulation with filter wheel
  • – Strahlteiler zur Bildung eines Meßstrahlenganges und eines Referenzstrahlenganges- beam splitter to form a measuring beam path and a reference beam path
  • – Meßstrahlengang mit Meßküvette und Meßdetektor- measuring beam path with measuring cell and measuring detector
  • – Referenzstrahlengang mit Referenzdetektor- reference beam path with reference detector
  • – Jeder Detektor empfängt zeitmultiplex ein Meß- und ein Vergleichssignal- Everyone Detector receives time multiplex a measurement and a comparison signal
  • – Bildung des Quotienten aus Meß- und Vergleichssignal an jedem Detektor- Education of the quotient from measuring and comparison signal at each detector
  • – Bildung eines Doppelquotienten aus beiden Quotienten- Education a double quotient from both quotients

Zwar werden proportionale Störungen wie z.B. Verschmutzungen oder Alterungsvorgänge gut kompensiert. Auch werden nichtproportionale Störungen wie z.B. eine Alterung der Entladungslampe um einen bestimmten Faktor reduziert.Proportional disturbances such as Soiling or aging processes well compensated. Also be non-proportional disturbances such as. an aging of the discharge lamp by a certain factor reduced.

Die Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß nicht alle Fehler kompensiert werden und der verbleibende Rest sich als Drift des Nullpunktes bemerkbar macht. Dies ist insbesondere dann hinderlich, wenn sehr kleine Meßbereiche realisiert werden sollen. Ursache für die nicht vollständige Fehlerkompensation ist der unsymmetrische Aufbau des Fotometers. Die Strahlstrecken für Meß- und Referenzdetektor haben unterschiedliche Länge und unterschiedliche optische Eigenschaften, so daß die unterschiedlichen Abbildungen an beiden Empfängern zu einer Verschlechterung des Kompensationsverhaltens führen.However, the arrangement has the disadvantage that not all errors are compensated and the rest of the rest as Drift of the zero point noticeable. This is especially then a hindrance if very small measuring ranges should be realized. The reason for the incomplete error compensation is the asymmetrical structure of the photometer. The beam paths for measuring and reference detectors have different lengths and different optical properties, so that the different images on both receivers lead to a deterioration in the compensation behavior.

Diese ergeben sich samt und sonders daraus, dass Mess- und Referenzstrahlengang völlig unterschiedlich sind, und auch zwei unterschiedliche Detektoren verwendet werden, die niemals optimal aufeinander abstimmbar sind.All of these arise from the fact that the measuring and reference beam paths are completely different, and also two different detectors are used that can never be optimally coordinated.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zufgrunde, ein optisches Fotometer der gattungsgemäßen Art mit besserer Kompensation zu erhalten, welches die genannten Nachteile nicht mehr aufweist.The invention is based on the object Optical photometer of the generic type with better compensation to get, which no longer has the disadvantages mentioned.

Die gestellte Aufgabe ist bei einem Fotometer der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.The object is in a photometer of the generic type according to the invention by the characterizing features of the claim 1 solved.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further advantageous configurations are in the dependent claims specified.

Kern der Erfindung ist, dass die Referenzküvette und die Messküvette baugleich sind und in ein und demselben Strahlengang liegen. Im Gegensatz zum Stand der Technik, wo die vom Strahler ausgehende Strahlung durch einen Strahlenteiler in zwei Strahlengänge gesplittet und durch die Referenzküvette und durch die Messküvette geführt werden, ist beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung nur ein Strahlengang vorhanden. Dieser wird gleichermaßen und unaufgesplittet durch eine gemeinsame Optik geführt, welche die Referenzküvette und Messküvette gleichermaßen durchstrahlt. Auf diese Weise enstehen identische Strahlungswege, so dass der Bezug zwischen Mess- und Referenzsignal nicht genauer sein kann.The essence of the invention is that the Reference cell and the measuring cell are identical and lie in one and the same beam path. in the Contrary to the state of the art, where the radiating from Radiation split into two beam paths by a beam splitter and through the reference cuvette and through the measuring cell guided are only one beam path in the subject of the present invention available. This is equally and unsplit by a common look, which is the reference cuvette and measuring cell equally irradiated. In this way, identical radiation paths are created, so the relationship between measurement and reference signal is not more accurate can be.

Die Erfindung geht von folgenden Überlegungen aus. Das Licht der eingesetzten Strahlungsquelle ist nicht punktförmig. Der aus der Patentschrift DE 25 53 565 vorbekannte Kollimator kann deshalb kein exakt paralleles Lichtstrahlenbündel erzeugen, sondern es wird z.B. leicht divergieren. Da Meß- und Referenzdetektor in bekannten Fotometern in unterschiedlichen Entfernungen von der Lichtquelle angeordnet sind, wirken sich die Abbildungsfehler an beiden Detektoren unterschiedlich aus. Die nichtproportionalen Symmetriefehler sind somit durch die Quotientenbildung nicht exakt kompensierbar.The invention is based on the following considerations. The light from the radiation source used is not punctiform. The one from the patent DE 25 53 565 Known collimators can therefore not generate an exactly parallel light beam, but it will diverge slightly, for example. Since the measuring and reference detectors in known photometers are arranged at different distances from the light source, the imaging errors on the two detectors have different effects. The non-proportional symmetry errors can therefore not be compensated for exactly by forming the quotient.

Der Wunsch nach einer punktförmige Ausgestaltung der Lichtquelle ist in der Praxis nicht erfüllbar. Erfindungsgemäß wird deshalb eine Anordnung vorgeschlagen, bei der Meß- und Referenzstrahlengang exakt gleich lang sind und auch sonst gleiche optische Eigenschaften besitzen bzw ab initio gleich sind. Beide Detektoren sehen somit die gleichen Abbildungsfehler und mit Hilfe der Quotientenbildung gelingt eine wesentlich bessere Kompensation der Driftfehler.The desire for a punctiform design the light source cannot be achieved in practice. Therefore, according to the invention proposed an arrangement in the measurement and reference beam path are exactly the same length and have the same optical properties own or are the same from initio. Both detectors see the same mapping errors and with the help of quotient formation succeed a much better compensation for drift errors.

In weiterer Ausgestaltung ist angegeben, dass die Referenzküvette und die Messküvette von einem entsprechend aufgeweiteten Strahl gleichermaßen durchstrahlt werden. Da das Licht der Strahlungsquelle ohnehin nicht ideal punktförmig sein, wird der Aufweitungsfehler, der ansonsten bei Fotometern bekannten Bauart durch unterschiedliche optische Wege zwischen Referenz- und Messstrahlengang noch verstärkt. Die nichterzielte Punkttörmigkeit wird beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung noch genutzt, indem zwar ein divergenter Strahl verwendet, aber Referenzküvette und Messküvette immer exakt gleiche Wege im optischen System haben.In a further embodiment it is stated that the reference cuvette and the measuring cell equally irradiated by a correspondingly widened beam become. Since the light from the radiation source will not be ideally point-shaped anyway the expansion error, the design otherwise known from photometers due to different optical paths between the reference and measuring beam path reinforced. The non-achieved punctiformity is still used in the subject of the present invention by a divergent beam is used, but reference cell and Measuring cell always have exactly the same paths in the optical system.

Vorteilhaft ergibt sich damit, dass sowohl Referenzstrahl als auch Messstrahl vom selben Detektor erfasst werden.This advantageously results in that both reference beam and measuring beam are detected by the same detector become.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass ein Blendenrad vorgesehen ist, welches zur zeitmultiplexen Beaufschlagung des Detektor in einer Drehstellung die Strahlung aus der bzw durch die Referenzküvette und in einer anderen Drehstellung die Strahlung aus der bzw durch die Messküvette durchlässt.In a further advantageous embodiment it is stated that an aperture wheel is provided, which is used for time multiplexing Exposure of the detector to the radiation in a rotational position from or through the reference cell and in a different rotational position the radiation from or through the measuring cell pass through.

Dabei kann das Blendenrad entweder unmittelbar vor dem Detektor oder unmittelbar vor den Küvetten angeordnet sein.The aperture wheel can either immediately before the detector or immediately before the cuvettes his.

Das Blendenrad kann aber auch zwischen der Strahlungsquelle und den Küvetten angeordnet sein. In allen Fällen wird ein exakt gleichlanger und gleichartiger Strahlengang durchleuchtet.The aperture wheel can also be between the Radiation source and the cuvettes can be arranged. In all cases a beam path that is exactly the same length and of the same type is illuminated.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher erläutert.The invention is in the drawing shown and below in more detail explained.

Die Abbildung zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung. Die Strahlung gelangt von der EDL über das Interferenzfilter 1F zur Modulationseinheit FW mit den selektivierenden optischen Elementen. Im vorliegenden Fall sind es die Öffnung OP und das Gasfilter GF. Die Kollimatorlinse CL erzeugt näherungsweise paralleles Licht.The figure shows an advantageous one Embodiment of the invention. The radiation comes from the EDL via the Interference filter 1F to the modulation unit FW with the selective optical elements. In the present case it is the opening OP and the gas filter GF. The collimator lens CL produces approximately parallel light.

Am Strahlteiler BS erfolgt entweder eine Strahlteilung in Meß- und Referenzstrahlengang, oder lediglich eine Umlenkung, und anschließende eine Weiterführung in einem gemeinsamen Strahlengang. Im Meßstrahlengang folgen die Meßküvette MC, die Kalibriereinheit CU, die weitere Kollimatorlinse CL sowie der Meßdetektor D1. Parallel dazu dann eine Referenzküvette RC, ein und dieselbe Kollimatorlinse CL sowie wieder der Detektor D1, der sowohl Referenzdetektor als auch Messdetektor ist.At the beam splitter BS either a beam division in measuring and reference beam path, or just a deflection, and subsequent one continuation in a common beam path. The measuring cell MC follows in the measuring beam path, the calibration unit CU, the further collimator lens CL and the measuring detector D1. At the same time, a reference cell RC, one and the same Collimator lens CL and again the detector D1, which is both a reference detector as well as measuring detector.

Für die erfolgreiche Umsetzung des erfindungsgemäßen Gedankens ist wesentlich:For the successful implementation of the inventive idea is essential:

  • – Die Strahlstrecken BS – D1 durch die Messküvette und durch die Referenzküvette sind gleich.- The Beam lines BS - D1 through the measuring cell and through the reference cuvette are the same.
  • – Die Strahlstrecken BS – Eintrittsfenster MC und BS – Eintrittsfenster RC sind ebenfalls gleich groß.- The Beam lines BS - entrance window MC and BS - entrance window RC are also the same size.
  • – Die Küvetten MC und RC müssen identische geometrische Abmessungen und sonst gleiche optische Eigenschaften haben.- The cuvettes MC and RC must identical geometric dimensions and otherwise identical optical properties to have.

Im Normalfall wird die Küvette RC mit Inertgas beströmt oder ist mit Inertgas gefüllt und hermetisch abgeschlossen. Weiterhin kann auch ein strömendes Vergleichsgas verwendet werden, aus dem z.B. die Meßkomponente durch Absorption oder Adsorption entfernt wurde.Normally the cuvette becomes RC streamed with inert gas or is filled with inert gas and hermetically sealed. A flowing reference gas can also be used from which e.g. the measuring component by absorption or adsorption has been removed.

Dabei kann der Lichtstrahl von der Lichtquelle entweder aufgeweitet oder optisch von vornherein so eingestellt sein, dass er durch beide Küvetten gleichermaßen geht, und somit auch von ein un demselben Detektor gemeinsam erfassbar ist. Um Referenz und Messsignal jedoch voneinander zu unterscheiden wird durch ein Blendenrad mal der eine Bereich mal der andere Bereich ausgeblendet. D.h. mal wird der Referenzstrahlenganganteil mal der Messstrahlenganganteil ausgeblendet.The light beam from the Light source either expanded or optically from the start be set to go through both cuvettes equally, and thus also collectively detectable by one and the same detector is. However, to differentiate between the reference and the measurement signal is by an aperture wheel times one area times the other area hidden. That sometimes the reference beam path part becomes that Part of the measuring beam path hidden.

Claims (7)

Optisches Fotometer, bei welchem zwischen Strahlenquelle und Detektor eine Referenzküvette und eine Messküvette nebeneinanderliegend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzküvette (RC) und die Messküvette (MC) baugleich sind und in ein und demselben Strahlengang liegen.Optical photometer in which a reference cuvette and a measuring cuvette are arranged side by side between the radiation source and detector, characterized in that the reference cuvette (RC) and the measuring cuvette (MC) are identical in construction and lie in one and the same beam path. Optisches Fotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzküvette (RC) und die Messküvette (MG) von einem entsprechend aufgeweiteten Strahl gleichermaßen durchstrahlt werden.Optical photometer according to claim 1, characterized in that the reference cell (RC) and the measuring cell (MG) is equally irradiated by a correspondingly widened beam become. Optisches Fotometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl Referenzstrahl als auch Messstrahl vom selben Detektor (D1) erfasst werden.Optical photometer according to claim 2, characterized in that both reference beam and measuring beam from the same detector (D1) are recorded. Optisches Fotometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Blendenrad (BR) vorgesehen ist, welches zur zeitmultiplexen Beaufschlagung des Detektor (D1) in einer Drehstellung die Strahlung aus der bzw durch die Referenzküvette (RC) und in einer anderen Drehstellung die Strahlung aus der bzw durch die Messküvette (MG) durchlässt.Optical photometer according to one of the preceding Expectations, characterized in that an aperture wheel (BR) is provided, which is used for time-multiplexing the detector (D1) the radiation from or through the reference cuvette (RC) and in a different rotational position the radiation from or through the measuring cell (MG) lets through. Optisches Fotometer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Blendenrad (BR) unmittelbar vor dem Detektor (D1) angeordnet ist.Optical photometer according to claim 4, characterized in that that the diaphragm wheel (BR) is located directly in front of the detector (D1) is. Optisches Fotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Blendenrad (BR) unmittelbar vor den Küvetten (RC, MC) angeordnet ist.Optical photometer according to claim 1, characterized in that the aperture wheel (BR) is arranged directly in front of the cuvettes (RC, MC). Optisches Fotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Blendenrad (BR) zwischen der Strahlungsquelle (EDL) und den Küvetten (RC, MC) angeordnet ist.Optical photometer according to claim 1, characterized in that the aperture wheel (BR) between the radiation source (EDL) and the cuvettes (RC, MC) is arranged.
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