-
Spektralapparat Es sind Spektralapparate bekannt, bei denen ein Meß-
und ein Vergleichsstrahlenbündel abwechselnd duch einen Monochromator auf einen
Strahlungsempfänger geleitet werden. Zum Zwecke der Streustrahlungsunterdrückung
ist ein zusätzlicher Unterbrecher vorgesehen, durch den die auf den Empfänger fallende
Strahlung periodisch unterbrochen wird. Das Ausgangssignal des Empfängers wird einem
Demodulator zugeführt, der so gesteuert wird, daß er ein Signal liefert, das der
Differenz von Meß- und Vergleicbsstrahlenbündel entspricht. Von diesem Signal wird
eine Abschwächervorrichtung, vorzugsweise in Gestalt einer Blende, für das Vergleichsstrahlenbündel
gesteuert, deren Stellweg als Meßwert für eine Schwächung des Meßstrahlenbündels,
z. B. durch Absorption in einer Probensubstanz, dient.
-
Bei derartigen Spektralapparaten ist es bekannt, das Ausgangssignal
des Empfängers gleichzeitig einem zweiten Demodulator zuzuführen, der so gesteuert
wird, daß er ein Signal liefert, welches der Summe der Intensitäten von Meß- und
Vergleichsstrahlenbündel entspricht.
-
Das Vergleichsstrahlenbündel kann nun außer durch die Abschwächervorrichtung
noch durch andere Einfliisse, z. B. durch Absorption in der Atmosphäre geschwächt
werden. Häufig will man auch die Absorption einer Probe mit der einer Normalprobe
vergleichen, so daß die Absorption der Probe in Prozenten der Absorption der Normalprobe
angezeigt und registriert wird. Es ist aber wünschenswert, trotzdem die Intensität
des Vergleichsstrahlenbündels und damit den Rauschpegel im Vergleich zum Meßsignal
konstant zu halten.
-
In manchen Fällen ist es auch notwendig, Änderungen in der Empfindlichkeit
des Strahlungsempfängers oder der Ausstrahlung der Strahlenquelle auszugleichen.
-
Es ist zu diesen Zwecken bekannt, die Breite des Eingangsspaltes
zu verändern. Bei einem bekannten Gerät wird der Eingangsspalt von Hand so lange
verstellt, his bei Abwesenheit einer Probe im Strahlengang oder mit einer Normalprobe
die Anzeige an einem Instrument 1000/o ergibt. Wenn dann in den gleichen Strahlengang
eine zu untersuchende Probe eingebracht wird, so ergibt sich eine Anzeige der Absorption
direkt in Prozent. Dabei handelt es sich aber nicht um ein Gerät mit einem Meß-
und einem Vergleichsstrahlenbündel. Es ist somit nicht möglich, ein Spektrum kontinuierlich
abzutasten, da nach diesem Prinzip für jede Wellenlänge eine erneute Einstellung
des Spaltes von Hand erfolgen müßte. Die manuelle Einstellung ist zudem umständlich
und birgt Fehlerquellen in sich. Bei anderen Geräten, die nach dem Zweistrahlprinzip
mit einem Meß- und Ver-
gleichsstrahlenbündel arbeiten und ein Spektrum kontinuierlich
abtasten, erfolgt die Spaltverstellung synchron mit der Wellenlängenverstellung
über eine Kurvenscheibe. Das erfordert sehr hohe Präzision.
-
Für jede Art von Strahlungsquelle muß eine besondere Kurvenscheibe
ermittelt und hergestellt werden.
-
Die Erfindung sieht zur Vermeidung dieser Nachteile in Weiterbildung
der eingangs beschriebenen Anordnung vor, daß das Ausgangssignal des zweiten Demodulators
proportional zu dem von der Stellung der Abschwächevorrichtung abhängigen Faktor
1 vera stärkt wird, so daß ein Signal gebildet wird als Maß für die Intensität des
Vergleichsstrahlenbündels vor dem Eintrittsspalt. und daß in Abhängigkeit von diesem
Signal gesteuerte Mittel die Intensität des Vergleichsstrahlenbündels an dem Eintrittsspalt
konstant halten.
-
Im abgeglichenen Zustand ist ja die Abschwächervorrichtung so eingestellt,
daß die Intensität aJO (a < 1) des abgeschwächten Vergleichsstrahlenbündels gleich
der Intensität J des Meßstrahlenbündels ist.
-
Es ist J = a, (1) J0 wo a dem Stellweg der Abschwächvorrichtung entspricht.
JO bezeichnet die Intensität des Vergleichsstrahlenbündels
vor
der Abschwächvorrichtung. Der zweite Demodulator liefert nun ein Signal entsPrechend
aJO+J. Im abgeglichenen Zustand ist aJO+J=2 J (2) Man erhält also durch den zweiten
Demodulator einen AIeElwert für die durch die Absorption in der Probe geschwächte
Intensität J des Meßstrahlenbündels. Dieser Meßwert wird gemäß der Erfindung mit
einem von der Stellung der Abschwächvorrichtung abhängigen Faktor 1/a verstärkt
und liefert gemäß (1) einen Meßwert für die Anfangsint-llsitätJO des Vergleichsstrahlenbündels.
-
Wenn J0 klein wird, etwa weil bei einer Wellenlänge eine Vergleichsprobe
oder die Atmosphäre (Wasserdampf) stark absorbiert und das Meßsignal sich dadurch
dem Rauschpegel nähern würde, wird die Intensität des Meß- und Xtergleichsstrahlenbündels,
beispielsweise durch Veränderung der Breite des Eintrittsspaltes eines Monochromators,
gleichzeitig vergrößert, so daß sich ein stärkeres, einem konstanten J0 entsprechendes
NTeßsigual ergibt.
-
Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Bei der beschriebenen Ausführung ist der zweite
IJTnterbrecher sowieso zur Unterdriicliung von Streustrahlungen erforderlich. wie
unten erläutert werden wird. Die Erfindung ist aber in gleicher Weise auch bei solchen
Spelitrometern sinnvoll, bei denen es nicht in gleichem Maße auf eine Unterdrückung
von Streustrahlung ankommt.
-
Fig. 1 zeigt ein Spektrometer nach der Erfindung; Fig. 2 zeigt in
Form von graphischen Darstellungen den Verlauf der Intensitäten am Eiugangsspalt
des Monochromators a, die Wirkungsweise des Unterbrecher b und der Demodulatoren
d, f und die Ausgangssiguale des Empfängers c und der Demodulatoren e, g.
-
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist eine StrahlenquelleS
vorgesehen. Von dieser werden zwei Strahlenbündel RB und SB abgezweigt, die über
Hohlspiegel 10, 11, 12, 13 durch zwei verschiedene Absorptiouskammern 14, 21 geleitet
werden. In der Absorptionskammer 21 befindet sich der zu untersuchende Stoff, während
in der Kammer 14 ein Vergleichsstoff untergebracht ist. Das Strahlenbündel RB wird
über Umlenkspiegel 15, 16, 17, 18 zum Eintrittsspalt 19 einer Dispersionsvorrichtung
geleitet.
-
Zwischen den Spiegeln 16, 17 ist ein durch einen Alotor 20a angetriebener
Unterbrecher 20 in den Strahlengang eingeschaltet. Der Unterbrecher 20 läßt das
Strahlenbündel RB jeweils während einer halben Umdrehung durch. Das andere Strahlenbündel
SB trifft nach Umlenkung an einem Spiegel 22 auf den Unterbrecher 20, dessen Vorderfläche
spiegelnd ausgebildet ist, so daß das Strahlenbündel SB über die Spiegel 17, 18
ebenfalls zum Eintrittsspalt 19 gelangt, und zwar nur während der Phase des Unterbrechers
20, bei der das Strahlenbündel RB unterbrochen ist.
-
Die abwechselnd durch Spalt 19 eintretenden Strahlenbündel RB und
SB treffen auf einen Hohlspiegel 23, werden von diesem in ein Prisma 24 reflektiert
und von einem Littrow-Spiegel 25 durch das Prisma 24 nochmals auf den Hohlspiegel
23 zurückgeworfen.
-
Diese primär zerlegten Strahlen treffen den Hohlspiegel 23 unter einem
solchen Einfallswinkel, daß sie auf einen Diagonalspiegel 26 reflektiert werden,
der sie über zwei Spiegel 27, 28 leitet, zwischen denen ein zweiter Unterbrecher
39, angetrieben von einem
Motor 39a, angeordnet ist. Die unterl)roclleilc Strallung
läuft über den Diagonalspiegel 26 und den Hohlspiegel 23 zurück und durchdringt
das Prisma 24 zwecks sekundärer Zerlegung nochmals, ehe sie vom Littrow-Spiegel
25 und dem Hohlspiegel 23 reflektiert über einen Umlenkspiegel 29 zum Austrittsspalt
30 gelangt. Die aus dem Austrittsspalt 30 austretende Strahlung wird über einen
Spiegel 31 zu einem Empfänger 32 geleitet. der eine der Strahlungsintensität verhältnisgleiche
Meßspannung in bekannter Weise erzeugt.
-
Durch den Austrittsspalt30 tritt naturgeni:.iß jedoch nicht nur die
sekundär zerlegte Strahlung aus. sondern auch Teile der primär zerlegten Strahlung,
die nicht auf dem beschriebenen Wege über den lTnt rbrecher 39 gelaufen ist. Es
kommt also darauf an. diesen Anteil der nur primär zerlegten Strahlung am Empfänger
39 unwirksam zu machen, so daß nur die durch den Unterbrecher 39 beeinflußte, sekundär
zerlegte Strahlung in die Messung eingeht.
-
Um das zu erreichen, ist vorgesehen. daß der Unterbrecher 39 die
Strahlung in gleicher Freqtieiiz unterbricht wie der Unterbrécher 20, jedoch in
einer um 90° versetzten Phasenlage.
-
Denkt man sich zunächst den Unterbrecher 39 a weggelassen, so wird
am Empfänger 32 periodisch abwechselnd die Intensität J0 des Strahlenbündels RP
und die Intensität J des Strahlenbündels SB wirksam (vgl. Kurven der Fig. 2), wobei
angenommen ist, daß die in Frage kommende Strahlung in der Kammer 21 stärker absorbiert
wird als in der Kammer 14.
-
Denkt man sich dagegen den Unterbrecher 20 weggelassen, so wird der
Empfänger 32 abwedtselnd gewissermaßeu an- und abgeschaltet. Da das mit einer Phasenverschiebung
von 900 - erfolgt. entsteht eine 2 Kurve b der Fig. 2. Durch das Zusammenwirken
der beiden Unterbrecher 20, 39 entsteht am Empfänger 32 eine Intensitätskurve c
der Fig. 2, die der vom Empfänger abgegebenen Spannung entspricht.
-
Diese Spannung wird über einen Verstärker 33 einem Demodulator 34
zugeleitet, der z. B. als phasengesteuerter Gleichrichter ausgebildet sein kann.
In bekannter Weise erfolgt die Steuerung des Gleichrichters durch einen bei 34'
zugeführten Hilfswechselstrom, der im vorliegenden Falle die doppelte Unterbrecherfrequenz
besitzen muß. Dieser Hilfswechseistrom ist in Fig. 2 als Kurve d dargestellt. Am
DQ-modulatorausgang entsteht nunmehr eine Wechselspannung von der in Kurve e der
Fig. 2 dargestellten Form. Diese Wechselspannung besitzt eine Gleidtstromkomponente,
die dem Wert J0-J verhältnisgleich ist und als die Meßspannung benutzt wird. Eb
ist leicht ersichtlich, daß sich diese Gleichstromkomponente nicht durch Überlagerung
der primär zerlegten, aber nicht durch den Unterbrecher 39 gegangenen Strahlung
verändert. Auch sonstige Streustrahlung, die nicht durch beide Unterbrecher 20,
39 beeinflußt worden ist, bleibt ohne Einfluß auf die Gleichstromkomponente.
-
Die Meßspannung des Demodulatorausganges kann nach Verstärkung durch
einen Endverstärker 35 zur Speisung eines Stellmotors 36 benutzt werden, der einen
Schwächungskeil 37 im Wege des Strahlenbündels RB nachstellt, bis die Meßspannung,
mithin der Intensitätsunterschied J,- der beiden Strahlenbündel RB und SB zu Null
geworden ist. Der Stellweg des Schwächungskeils 37 kann laufend als Meßwert für
J durch einen Schreiber 38 registriert J0 werden.
-
Man kann Iluil außer dem Demodulator 34 einen zusätzlichen Demodulator
34a vorsehen, der im Gegensatz zu dem ersteren phasengleicll mit dem zweiten Unterbrecher
39 durch einen Hilfswechselstrom gesteuert ist (Kurve f der Fig. 2). Am Ausgang
diese', zweiten Demodulators 34 a entsteht dann eine Wechsel -spannung, die der
Kurveg der Fig.2 entspricht. Diese Wechselspannung enthält eine Gleichstromliomponente,
die dem Wert a10+J, d. h. bei einem durch den Schwächungskeil abgeglichenen System
dem Wert21 verhältnisgleich ist. Auch diese Gleichstromkomponente ist unabhängig
von der Einwirkung von der primär zerlegten Strahlung, da diese ja um 90 phasenverschoben
zur Hilfswechselspannung des Modulators 34a ist und daher bei der Demoduhation herausfällt.
-
Diese Spannung wird in nicht näher dargestellter Weise bei 34b proportional
zu dem von der Stellung des Schwächungsanteils 37 abhängigen Faktor 1 vera stärkt,
so daß ein Signal als Maß für die Intensität des Vergleichsstrahlenbündels an dem
Eintrittsspalt gebildet wird. Durch Veränderung der Breite des Spaltes 19 wird dieser
Meßwert konstant gehalten unabhängig davon, wie stark die V ergleichsprobe 14 absorbiert.
-
PATENTBNSPROCHE: 1. Spektralapparat, bei welchem ein Meß- und ein
Vergleichsstrahlenbiindel abwechselnd auf einen Strahlungsempfänger geleitet werden.
die auf den Empfänger fallende Strahlung durch einen
zusätzlichen Unterbrecher periodisch
unterbrochen und das Ausgangssignal des Empfängers einem Demodulator zugeführt wird,
der ein Signal liefert, das der Differenz der Intensitäten l on Meß-und Vergleichsstrahlenbündel
entspricht, von welchem Signal eine Abschwächvorrichtung für das Vergleichsstrahlenbündel
gesteuert wird, deren Stellweg als Meßwert für eine Schwächung des Meßstrahlenbündels
dient, und bei welchem das Ausgangssignal des Empfängers gleichzeitig einem zweiten
Demodulator zugeführt wird, der ein Signal liefert, das der Summe der Intensitäten
von Meß- und Vergleichsstrahlenbündel entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß das
Ausgangssignal des zweiten Demodulators (34a) proportional zu dem von der Stellung
der Abschwächevorrichtung (37) abhängigen Faktor verstärkt wird, so daß ein a Signal
gebildet wird als Maß für die Intensität des Vergleichsstrahlenbündels vor dem Eintrittsspalt,
und daß in Abhängigkeit von diesem Signal gesteuerte Mittel (19) die Intensität
des Vergleichsstrahlenbündels an dem Eintrittsspalt konstant halten.