DE1107419B - Polarisationsapparat zur Messung der Drehung der Polarisationsebene - Google Patents

Polarisationsapparat zur Messung der Drehung der Polarisationsebene

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DE1107419B
DE1107419B DEB55558A DEB0055558A DE1107419B DE 1107419 B DE1107419 B DE 1107419B DE B55558 A DEB55558 A DE B55558A DE B0055558 A DEB0055558 A DE B0055558A DE 1107419 B DE1107419 B DE 1107419B
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Dr Edward Greydon Pickels
Georg Kibbe Turner
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Beckman Coulter Inc
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Beckman Instruments Inc
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J4/00Measuring polarisation of light
    • G01J4/04Polarimeters using electric detection means

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

  • Polarisationsapparat zur Messung der Drehung der Polarisationsebene Die Erfindung betrifft einen Polarisationsapparat zur Messung der Drehung der Polarisationsebene in einer zu untersuchenden Substanzmenge unter Anwendung einer Lichtquelle, welche im wesentlichen monochromatische parallele Lichtstrahlung liefert, mit einem ersten Polarisator für die Zwecke der linearen Polarisation des Lichtes und einer die zu untersuchende Substanz enthaltenden Zelle und einer zweiten Polarisationsanordnung, also einem Analysator, dessen Polarisationsebene die Achse des Systems durchsetzt und eines Umformelementes, welches ein elektrisches Signal, das der Intensität der Strahlung, die von dem Analysator durchgelassen wird, entspricht, und mit Mitteln zur Bestimmung des mittleren Winkels der Polarisationsebenen der Polarisationsvorrichtungen gegeneinander.
  • Viele Substanzen sind optisch aktiv, und es werden dazu Polarimeter benutzt, um Schlüsse auf die Molekularstruktur zu ziehen. Polarisatiollsmessungen bilden ein wichtiges Mittel bei der Analyse vieler chemischer Lösungen, und es ist hierbei erforderlich, möglichst genaue Meßresultate zu erzielen. Die Drehung der Polarisationsebene des Lichtes bei gewissen zu untersuchenden Substanzen kann in der Größenordnung eines tausendstel Grades liegen. Es sind daher Vorrichtungen wichtig, bei denen sehr kleine Winkel gemessen werden können.
  • Gewisse bekannte Polarimeter verwenden einen ersten Polarisator, in welchen das Licht in einer Ebene polarisiert wird, bevor es die zu untersuchende Materienmenge durchsetzt. Ein drehbarer Analysator mit geeigneten Antriebsmitteln, beispielsweise mit einem Zahnradgetriebe, dient dem Zweck, das durchgelassene Licht aufzunehmen und die Drehung der Polarisationsebene. welche in der zu untersuchenden Substanz stattgefunden hat, zu bestimmen. Im allgemeinen besteht der Analysator aus einer zweiten Polarisationsvorrichtung, welche so eingestellt wird, daß ihre Polarisationsebene senkrecht zu der Polarisationsebene der ersten Polarisationsvorrichtung steht.
  • Die Polarisationsvorrichtung wird von der Nullstellung aus, welche gewonnen wird, wenn kein zu untersuchender Stoff sich im Strahlengang befindet, so gedreht. bis der Lichteindruck minimal ist. Das Maß der Drehung, welches erforderlich ist, ist ein Maß für die optische Drehung, die durch den zu untersuchenden Stoff hervorgerufen wurde. Im allgemeinen pflegt man den Drehwinkel direkt zu messen.
  • In vielen Fällen ist jedoch der Drehwinkel außerordentlich klein. Es ist dann schwierig, eine genaue Bestimmung vorzunehmen und die relative Winkelstellung von Polarisator und Analysator, welche eine minimale Lichtdurchlässigkeit ergibt, festzustellen. In Anbetracht der geringen zur Anwendung gelangenden Winkel spielen Reibung zwischen den Teilen, Luft in den Lagerstellen und Zurückfedern in den Getriebevorrichtungen eine beträchtliche Rolle, und es können durch solche Erscheinungen Fehler, die in der gleichen Größenordnung wie der zu messende Drehwinkel liegt, hervorgerufen werden.
  • Die Erfindung bezweckt die Verbesserung eines solchen Polarisationsapparates. Es wird insbesondere angestrebt, daß der Zustand geringster Lichtdurchlässigkeit und der Drehwinkel genau bestimmt werden können.
  • Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß Mittel vorgesehen sind, welche der einen der beiden genannten Polarisationsvorrichtungen eine winkelmäßige Schwingbewegung erteilen, so daß die Größe zwischen den Polarisationsebenen abwechselnd größer und kleiner als der Mittelwert des Winkels ist.
  • Weiterhin kann die erfindungsgemäße Anordnung so ausgebildet sein, daß Ablesungen außerhalb des Wertes minimalen Lichteindruckes vorgenommen werden.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist also so gestaltet, daß in einem Polarisationsapparat der eine polarisierende Teil um eine mittlere Lage hemm vibriert und daß die Phase des Ausgangssignals eine Anzeige für die richtige Einstellung des Analysators gibt.
  • Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren, die ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes betreffen. Von den Figuren zeigt Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Gerätes, Fig. 2 eine erfindungsgemäße Anordnung des Analysators Fig. 3 das elektrische Signal, welches den Spulenwicklungen der Fig. 2 zugeführt wird, Fig. 4 das Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der Halterung des Analysators Fig. 6 die Abhängigkeit des durchgelassenen Lichtes als Funktion der Einstellung des Analysators, Fig. 7 Stromkurven, wie sie bei Arbeiten an verschiedenen Stellen des in Fig. 4 dargestellten Schaltbildes erhalten werden, Fig. 8 eine mechanische Verbindung zur Steuerung des Schreib stiftes eines Registrierstreifens des Analysators.
  • Fig. 9 eine mechanische Steuerung des Ablesezeigers.
  • In Fig. 1 ist eine monochromatische Lichtquelle 11 vorgesehen. Das von der Lichtquelle ausgestrahlte Licht trifft auf eineSammellinsel2, durch welche das Licht parallel gemacht wird. Die parallelen Strahlen treffen auf einen ersten Polarisator 13, der aus einem Polarisationsprisma oder einer ähnlichen Anordnung bestehen kann. Der Polarisator 13 dient dem Zweck, ein Strahlenbündel 14 polarisierten Lichtes zu liefern.
  • Die Lichtstrahlen durchsetzen dann den zu untersuchenden Stoff, der sich in einer Halterungsvorrichtung 16 befindet. Die Polarisationsebene des Lichtes wird entsprechend dem optischen Drehvermögen des Stoffes gedreht. Das durchgelassene Licht trifft auf eine zweite Polarisationsvorrichtung 17, den Analysator, der ebenfalls aus einem polarisierenden Prisma besteht. Das von dem Analysator durchgelassene Licht trifft auf ein Umformorganl8, beispielsweise eine Photozellenröhre mit Vervielfacher, wodurch die Energie des Lichtes in einen elektrischen Strom umgewandelt wird. Das Umformgerät soll zweckmäßigenveise einen geringen Störpegel haben, ferner gute Linearität und eine verhältnismäßig große Lichtaufnahmefläche besitzen.
  • Das elektrische Signal kann in einem Verstärker 19 verstärkt werden und wird einem Phasendetektor 20 zugeführt, welcher dem Zweck dient, die Komponente des von dem elektrischen Umformgerät 18 gelieferten elektrischen Signals festzustellen, die synchrom zu der Schwingung des Analysators liegt, während in hohem Maße sämtliche anderen Signale abgewiesen werden. Der Phasendetektor 20 unterscheidet ferner zwischen Signalen, die maximal sind, wenn der Analysator sich in einem Schwingzustand am einen Ende seines Drehbereiches befindet, und Signalen, die maximal sind, wenn der Analysator sich in einem Schwingzustand in der anderen Extremlage befindet. Der Detektor gibt Ausgangssignale entgegengesetzter Polarität unter diesen beiden Umständen. Das Ausgangssignal des Phasendetektors wird einem Verstärker 21 zugeführt, dessen Ausgangssignal mit den Schwingungen des Oszillators 22 kombiniert wird. Das kombinierte Signal wird den Dreh-und Vibrationsmitteln des Analysatorprismas zuge- führt. Ein Signal des Oszillators 22 wird dem Phasendetektor 20 zugeführt.
  • Der Zweck der Drehbewegung des Analysators 17 ist zweifacher Art. Erstens ist zu beachten, daß der Polarisationsapparat einen Winkel besitzt, bei welchem die Intensität des durchgelassenen Lichtes minimal ist, und daß dieser Winkel gemessen werden muß. Wenn dieser Winkel zwischen dem Polarisator und dem Analysator entweder kleiner oder größer ist, als dem Winkel minimaler Lichtdurchlässigkeit entspricht, so ist das von dem Analysator durchgelassene Licht größer, als dem Minimalwert entspricht.
  • Diese Erscheinung bietet eine gewisse Schwierigkeit, wenn ein servomechanisches System benutzt werden soll, bei welchem der Winkel minimaler Durchlässigkeit automatisch eingestellt werden soll. Das Ausgangssignal eines lichtelektrischen Detektors zeigt dann nicht an, ob der Winkel zwischen dem Polarisator und demAnalysator größer oder kleiner als der Minimalwinkel ist. Wenn indessen der Winkel zwischen dem Polarisator und dem Analysator mit verhältnismäßig hoher Frequenz periodisch vergrößert und verkleinert wird, so ist die Zunahme der durchgelassenen Lichtintensität fern der einen Halbphase der Analysatorbewegung oder die Abnahme der Lichtintensität während der einen Hälfte ein Anzeichen für die Richtung, in welcher der mittlere Winkel zwischen Polarisator und Analysator geändert werden muß, um die Beziehung minimaler durchgelassener Lichtintensität zu erzielen.
  • Es ist noch ein weiterer, wichtigerer Gesichtspunkt für die oszillierende relative Bewegung der beiden Polarisationsvorrichtungen festzustellen. Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß der erfindungsgemäße Polarisationsapparat sich insbesondere zum Arbeiten unter Bedingungen eignet, bei denen die auftretende Drehung der Polarisationsebene sehr gering ist. Es läßt sich zeigen, daß die Intensität des durchgelassenen Lichtes in der Nähe des Minimalwertes ungefähr eine Funktion des Quadrates der Winkelabweichung von dem Winkel ist, bei welchem minimale durchgelassene Lichtintensität erzielt wird. Dies bedeutet, daß eine geringe Abweichung von dem Winkel geringster Intensität des durchgelassenen Lichtes nur in einem sehr geringen Maße die Lichtintensität ändert und dementsprechend auch nur in geringem Maße die Größe des Ausgangssignals beeinflußt. Es nimmt indessen das Verhältnis der Änderung des Wiedergabesignals in bezug auf Änderung der Winkelstellung schnell zu. wenn man außerhalb des Bereiches des Winkels minimaler Intensität des durchgelassenen Lichtes arbeitet. Es läßt sich zeigen, daß eine sehr bedeutende Empfindlichkeitszunahme erreicht werden kann, wenn das bewegte System eine Schwingbewegung ausführt, die sehr groß, vorzugsweise größenordnungsmäßig größer ist, bezogen auf die minimale Winkelzunahme, die für die Erzielung minimaler Intensität des durchgelasenen Lichtes maßgeblich ist und die als Meßwert für den zu analysierenden Stoff dienen soll.
  • Die Beziehung zwischen der Signalintensität und der relativen Stellung von Polarisator und Analysator zueinander als Funktion des Winkels minimaler Intensität des durchgelassenen Lichtes ist in Fig 6 gezeigt. welche noch später zur Erörterung gelangen wird.
  • In Fig. 2 sind Mittel für die Lagerung des Analysators 17 und dessen Bewegungsantrieb dargestellt. Der Analysator 17 ist in einem Rahmen 26 befestigt.
  • Radial sich erstreckende federnde Arme 27 sind an dem Rahmen vorgesehen. Die Arme sind an ihren Enden in bezug auf Drehbewegung festgelegt. Der Rahmen trägt ferner Armaturen 28, die mit Wicklungen 29 zusammenwirken. Die Wicklungen von zwei Armaturen sind miteinander in Serie oder parallel verbunden, und es wird den Wicklungen das kombinierte Signal des Oszillators und Phasendetektors zugeführt.
  • Das zugeführte Signal entspricht etwa Fig. 3, indem es eine Gleichstromkomponente 30, die dem Ausgangssignal des Phasendetektors entspricht, und eine Wechselstromkomponente 31, die dem Ausgangssignal des Oszillators entspricht, besitzt. Das Signal wird den Spulenwicklungen zugeführt und erzeugt ein magnetisches Feld. Es ist ein geeigneter hohler Magnetkern 32 vorgesehen, der ein unabhängiges magnetisches Feld erzeugt und fest angeordnet ist. Wenn das magnetische Feld in der elektromagnetischen Armatur sich ändert, wird die Armatur weiter in den Magnetkern hineingezogen oder aus ihm herausgezogen, je nach der Polarität und Stärke der Gleichstromkomponente. Da die die Armaturen bildenden Anker an dem Rahmen 26 direkt befestigt sind, ergibt sich eine Rotation des Rahmens in bezug auf die federnden Arme 27. Das zusammengesetzte Gleichstrom- und Wechselstromsignal dreht den Analysator innerhalb eines Winkelbereiches, wobei der Winkel proportional dem Strom ist, der in der Spulenanordnung 28 fließt, und zwar mit hoher Genauigkeit proportional ist, wobei fernerhin der Analysator um diese Winkelstellung innerhalb eines bestimmten Bereiches eine Pendelbewegung ausführt.
  • Zweckmäßigerweise wird die Halterung des Oszillators so ausgebildet, daß eine mechanische Resonanz mit der Oszillatorfrequenz besteht. Es läßt sich eine Anordnung bauen, bei der das Analysatorsystem der frequenzbestimmende Teil des Oszillators ist. Wenn man diese Resonanzbedingung einhält, schwingt der Analysator symmetrisch um die Stellung minimaler durchgelassener Lichtintensität.
  • Die Pendelbewegung des Oszillators bewirkt, daß ständig in dem Ausgangskreis des Umformgerätes 18 ein Wechselstromsignal auftritt. Dieser Wechselstrom besitzt eine Frequenzkomponente bei der Frequenz der Schwingbewegung des Analysators, wobei die Amplitude von der mittleren Stellung des Analysators in bezug auf die Stellung abhängig ist, bei der minimale Intensität des durchgelassenen Lichtes erzielt wird; ferner hängt die Phase davon ab, ob die mittlere Stellung oberhalb oder unterhalb derjenigen Stellung liegt, in welcher mimimale Lichtintensität erzielt wird.
  • Die beschriebene Anordnung bildet ein System, bei welchem die Gleichstromkomponente des Stromes in der elektromagnetischen Anordnung fließt, und dementsprechend sucht der Analysator sich in die Stellung der minimal durchgelassenen Lichtintensität zu drehen. Wenn ein rückgekoppelter Verstärker hoher Verstärkung benutzt wird, hängt der Analysatorstrom im wesentlichen nicht von der Verstärkung oder der allgemeinen Lichtintensität ab, sondern ist vielmehr ein zuverlässiges Maß für die Drehung, welche erforderlich ist, den Analysator in die Stellung zu bringen, in welcher die Intensität des durchgelassenen Lichtes minimal ist. Dabei kann die Anzeige des Stromes auf einem Registrierstreifen kontinuierlich vorgenommen werden.
  • Wenn die monochromatische Lichtquelle so ausgebildet ist, daß sie einen breiten Wellenlängenbereich überstreicht, können sich beträchtliche Änderungen in der Stärke des einfallenden Lichtes ergeben.
  • Die der elektromagnetischen Vorrichtung zugeführte Leistung würde, wenn kein Quotientenmeßgerät Anwendung finden würde, von der Stärke desAusgangssignals der Lichtumformstufe 18 abhängig sein, und es könnte dann leicht ein Pendeln des Rückkopplungssystems auftreten, welches sich in Form unerwünschter und unregelmäßiger Pendelungen des Winkels zwischen Polarisator und Analysator beihohenIntensitäten des Lichtstrahles äußern würde. Es ist daher wünschenswert, daß die Meßanordnung auf Quotientenmessungen zwischen einem Signal beruht, welches nicht von der Winkelstellung zwischen Polarisator und Analysator abhängt, und einem Signal, welches eine Funktion dieser Größe ist. Auf diese Weise können unstabile Verhältnisse in dem Rückkopplungssystem vermieden werden. Es läßt sich zeigen, daß das Ausgangs signal des Lichtumformgerätes 18 zweite Harmonische der Pendelfrequenz enthält, die proportional der Stärke des Lichtes sind und im wesentlichen unabhängig von der Abweichung gegenüber der Stellung minimaler durchgelassener Lichtintensität sind. Diese können dazu verwendet werden, die Verstärkung der Schaltung so zu regeln, daß innerhalb eines weiten Bereiches einfallende Lichtintensität stabile Verhältnisse herrschen. In Fig. 1 kann das Ausgangssignal des Verstärkers 19 einer Detektorstufe 25 für die zweite harmonische Frequenz zugeführt werden, wobei das Ausgangssignal dem Zwecke dient, die Verstärkung des Verstärkers 19 zu regeln.
  • Es kann indessen auch das Ausgangssignal dieser Detektorstufe 25 dazu verwendet werden, um die Spannung zu regeln, welche dem Lichtumformgerät 18 zugeführt wird, oder um die Pendelamplitude zu regeln.
  • In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. In Fig. 4 findet die Anwendung eines konstanten Lichtwertes statt, um den herum die Pendelbewegung erfolgt, so daß nicht in dem in Fig. 6 mit M bezeichneten Minimalpunkt gearbeitet wird.
  • Diese Verhältnisse ergeben sich in klarerer Weise aus einer Betrachtung der Fig. 6. Bei dem gerade zuvor erörterten Beispiel fand die Pendelbewegung um den MinimalpunktM herum statt, wobei das Ausgangssignal nur von der verhältnismäßig geringen Differenz der Signale abhängt, die sich ergeben, wenn das Prisma um den Minimalwert herum schwankt. Dadurch daß eine Vorbelichtung ausgenutzt wird, wird das der Photozelle zugeführte steuernde Licht immer ein Minimum sein, bei der Ordinate 41. Es findet daher um diese Linie herum ein Pendelvorgang nach oben und nach unten statt, der durch die punktierten Linien 43 und 44 angedeutet ist. Die Photozelle wird dann so geschaltet, daß die Differenz der Signale erhalten wird, und diese Differenz ändert sich in der Phase mit Fehleinstellungen des Prismas hinsichtlich des mittleren Wertes. Der erreichte Vorteil liegt ferner darin, daß die tatsächlichen Änderungen größer sind, weil die Neigung der Kurve in dem hier betrachteten Arbeitspunkt stärker ist. So ergeben sich für dieselben Winkel größere Signalströme.
  • In Fig. 4 liefert eine monochromatische Lichtquelle 11 Licht an eine Sammellinse 12, durch welche ein paralleles Lichtstrahlenbündel erzeugt wird. Die Strahlen werden einem Polarisationsapparat 13 zugeleitet, welcher in einer Ebene polarisierte Lichtstrahlen 14 liefert, die durch die zu untersuchende Stoffmenge, welche in dem Halter 16 angeordnet ist, geleitet werden. Die Strahlen, welche die zu untersuchende Substanzmenge durchsetzen, treffen auf einen teilweise durchlässigen Spiegel 46. Ein bestimmter Teil der Strahlen durchsetzt den Spiegel und den Analysator 17, worauf sie auf einen Spiegel 47 treffen und nach Durchsetzen eines teilweise durchlässigen Spiegels 48 zu der Photozelle 18 gelangen.
  • Der durch den Spiegel 46 reflektierte Anteil des Lichtes durchsetzt einen Spalt 49 und gelangt zu einem Spiegel 51 und von dort über den Spiegel 48 zu der Photozelle 18. So erhält die Photozelle 18 einen einstellbaren Anteil Licht, welches nicht den Analysator 17 durchsetzt hat, und ferner auch Licht, welches den Analysator 17 durchlaufen hat.
  • Ein geeigneter Lichtunterbrecher dient dem Zweck, abwechselnd die Lichtstrahlen der Spiegel 46 und 47 zu unterbrechen, so daß von den beiden Spiegeln abwechselnd Licht auf die Photozelle 18 trifft. Das Ausgangssignal der Photozelle geht aus Fig. 7 hervor, wobei Fig. 7A das Licht bezeichnet, welches direkt auf die Photozelle trifft, während Fig. 7 B das Licht darstellt, welches das Analysatorprisma durchsetzt hat. In Fig. 7 C ist das sich durch die Addition der beiden Lichtsignale ergebende Ausgangssignal dargestelit.
  • Das Ausgangssignal der Photozelle wird einem Verstärker 52 zugeführt und das verstärkte Signal dem Detektor 53 zugeleitet. Ein Oszillator54 dient dem Zwecke, entweder dem Prisma 13 oder dem Prisma 17 eine oszillierende Bewegung zu erteilen. Das Ausgangssignal des Oszillators wird ferner dem Detektor 53 zugeführt. Das Ausgangssignal des Detektors wird in einem Meßinstrument 56 zur Anzeige gebracht.
  • Eine beispielsweise mittels eines Drehknopfes 58 von Hand einstellbare Stromquelle 57 liefert Strom zum Verdrehen des Analysators 17. Die hierfür aufgewendete Leistung kann durch ein Meßinstrument 39 angezeigt werden, welches ein Maß für die Verdrehung abgibt. Es ist in Fig. 4 die Handbedienung nur zum Zwecke der Erläuterung der Möglichkeiten eines erflndungsgemäßen Gerätes dargestellt, es ist aber offensichtlich, daß auch ein automatisches servomechanisches System von der Art, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, Anwendung finden kann.
  • Der Analysator 17 kann auch in einer Haltevorrichtung angeordnet sein, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist. Der Analysator befindet sich auch dort in einem Rahmen 26 angeordnet, welcher sich nach außen erstreckende federnde Arme 27 besitzt, die an ihren Enden fest montiert sind. Es sind radial sich nach außen erstreckende und frei endigende Arme 61 vorgesehen, welche federnd Kontakt machen, wobei die Federkraft geringer ist als die Federkraft der Arme 27. Um hierbei das Prisma 17 innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereiches zu verdrehen, werden die Arme 61 so verdreht, wie es dem Verhältnis der Federspannung der Arme 27 und 61 entspricht. Wenn beispielsweise die Arme 27 eine Federkonstante besitzen. die zehnmal größer ist als die der Arme 61, so ist die zehnfache Bewegung der Enden der Arme 61 erforderlich, um das Prisma 17 über einen bestimmten Winkelbereich zu verdrehen, als erforderlich wäre wenn die Arme die gIeiche Federkonstante hätten.
  • Ein derartiges System bietet eine sehr zuverlässige Meßanordnung, um eine geringe mechanische Bewegung innerhalb eines kleinen Raumes hervorzurufen.
  • Wenn die Arme 61 lang, aber starr sind, könnte dieselbe Bewegungsübertragung erzielt werden, aber nicht in gleichem Raum. Fernerhin ergibt sich bei geeigneter Wahl der relativen Steifigkeit der Arme 27 und 61 ein System, welches in eine Schwingbewegung versetzt werden kann in bezug auf die optischen Elemente des Gerätes, ohne daß Teile Anwendung finden, die eine große Trägheit besitzen; dabei erhält man eine hohe Genauigkeit. Durch Erregung eines Solenoides oder eines Servomotors wird der Arm 62 in Richtung des Pfeiles 64 verdreht, so daß die Arme 61 in eine solche Stellung gebracht werden, in welcher das Prisma die gewünschte Lage einnimmt. Ein Schreibstift kann mit dem Arm 63 verbunden sein und eine Aufzeichnung der Verdrehung liefern. Andererseits kann ein Zeiger mit dem Arm 63 verbunden sein und eine optische Skalenablesung gestatten.
  • In jedem Fall ist die tatsächliche Drehung um eine Größe vergrößert, welche dem Unterschied in der Federkonstante entspricht, und man erhält auf diese Weise eine Ablesung hoher Genauigkeit.
  • Um die Kraft, durch welche der Arm 61 gebogen wird, konstant zu halten, ist der Hebel 63 durch eine Feder 66 vorgespannt. Die Feder 66 liefert eine veränderbare Kraft auf den Arm, wobei die Kraft mit größerer Ablenkung zunimmt.
  • In Fig. 8 ist ein geeignetes Kopplungsgestänge zur Betätigung des Schreibstiftes 70 gezeigt. Der Arm 62 ist mittels eines Verbindungshebels 72 an eine Kurbel 71 angelenkt. Wenn der Arm 63 sich bewegt, wird der Kurbelarm 71 mitbewegt und verstellt den Schreibstift 70 in der durch 74 bezeichneten Bahn.
  • Der Schreibstift dient dem Zweck, eine Kurve 76 auf dem Registrierstreifen 77 aufzuzeichnen, wobei der Registrierstreifen kontinuierlich in entsprechender Weise weiterbewegt wird. In Fig. 9 ist ein ähnliches Gestänge gezeigt, welches einen Zeiger78 betätigt, der in Verbindung mit der Skala 79 eine optische Ablesung gestattet.
  • Es ist darauf zu verweisen, daß entweder der Analysator oder der Polarisator in der erörterten Weise hin und her bewegt werden kann. Es ist auch möglich, daß von dem Polarisator und dem Analysator der eine periodisch hin und her geschwenkt werden kann und der andere verdreht werden kann. Es ergibt sich dann eine leichtere Art, eine symmetrische Schwingbewegung zu erzielen.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich dadurch aus, daß eine genaue elektrische, optische oder im Wege der Aufzeichnung erfolgende Angabe der Drehung der Polarisationsebene des Lichtes, die beim Durchlaufen des zu untersuchenden Stoffes sich ergibt, erzielt werden kann. Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich durch genaue Bestimmung der relativen Stellung von Polarisator und Analysator aus, auch wenn im Punkt minimaler Intensität des durchgelassenen Lichtes gearbeitet wird.

Claims (13)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Polarisationsapparat zur Messung der Drehung der Polarisationsebene in einer zu untersuchenden Substanzmenge unter Anwendung einer Lichtquelle, welche im wesentlichen monochromatische parallele Lichtstrahlung liefert, mit einem ersten Polarisator für die Zwecke der linearen Polarisation des Lichtes und einer die zu untersuchende Substanz enthaltenden Zelle und einer zweiten Polarisationsanordnung, also einem Analysator, dessen Polarisationsebene die Achse des Systems durchsetztundeines Umformelementes, welches ein elektrisches Signal, das der Intensität der Strahlung, die von dem Analysator durchgelassen wird, entspricht, und mit Mitteln zur Bestimmung des mittleren Winkels der Polarisationsebenen der Polarisationsvorrichtungen gegeneinander, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, welche der einen der beiden genannten Polarisationsvorrichtungen eine winkelmäßige Schwingbewegung erteilen, so daß die Größe zwischen den Polarisationsebenen abwechselnd größer und kleiner als der Mittelwert des Winkels ist.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Phasendetektor das Vorzeichen des von der Photozellenanordnung gelieferten Signals umkehrt, wenn der Winkel zwischen den Polarisationsvorrichtungen einen mittleren Wert durchläuft, wobei das Ausgangssignal des Phasendetektors anzeigt, ob der Winkel zwischen den Polarisationsvorrichtungen größer oder kleiner als der Winkel ist, bei welchem die von dem Polarisationsapparat durchgelassene Lichtmenge ein Minimum ist.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Phasendetektors auf Mittel wirkt, welche den mittleren Winkel zwischen den Polarisationsvorrichtungen des Polarisationsapparates in einer solchen Rückkopplungsschaltung ändern, daß die durchgelassene Lichtintensität ein Minimum wird.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem die Lichtstrahlung umformenden Teil gelieferte Signal einem die zweite harmonische Schwingung darstellenden Detektor zugeführt wird, welch letzterer ein Ausgangssignal liefert, das der zweiten harmonischen Frequenz des an dem Strahlungsdetektor aufgenommenen Signals entspricht, wobei das letzte Signal in der Nähe des Winkels geringster durchgelassener Lichtintensität im wesentlichen unabhängig von der Abweichung von diesem Winkel ist und die Intensität wiedergibt, welche auf die zu untersuchende Substanzmenge auffällt, zu dem Zweck, daß das genannte Signal die Verstärkung derjenigen Mittel steuert, welche den Winkel zwischen den Polarisationsvorrichtungen verändern.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Ablenkmittel vorgesehen sind, welche einen Teil der durch das zu untersuchende Medium durchgelassenen Strahlung ablenken, und daß weitere Mittel vorgesehen sind, welche die von dem Analysator durchgelassene Strahlung mit der vorgenannten Strahlung ver- gleichen, und daß Mittel vorgesehen sind, welche die Einstellung des mittleren Winkels zwischen dem Analysator und dem Polarisator so einzustellen gestatten, daß die von der zu untersuchenden Substanzmenge durchgelassene Strahlung in einem bestimmten Verhältnis zu der Strahlung steht, welche von dem Analysator durchgelassen wird.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Unterbrechung des Lichtstrahlenganges vorgesehen sind, welche abwechselnd die durch den zu untersuchenden Stoff durchgelassene Lichtmenge und die den Analysator durchsetzende Lichtmenge der Photozellenanordnung zuleiten.
  7. 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, welche eine Einstellung der von dem zu untersuchenden Stoff durchgelassenen Lichtmenge gestatten.
  8. 8. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrehung des Polarisators oder des Analysators um die optische Achse des Systems herum dadurch erfolgt, daß ein eine der genannten Polarisiervorrichtungen tragender Rahmen, der fest angeordnet ist, verdreht werden kann.
  9. 9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen mindestens zwei durchbiegungsfähige Arme besitzt, so daß die von dem Rahmen getragene Polarisiervorrichtung in bezug auf die optische Achse innerhalb eines geringen Winkels gedreht werden kann.
  10. 10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen mindestens einen weiteren durchbiegungsfähigen Arm besitzt, an dessen Ende eine Kraft zum Verdrehen der Polarisiervorrichtung zur Wirksamkeit gelangt, und daß die Durchbiegungsfähigkeit des zusätzlichen Armes so gewählt ist, daß eine verhältnismäßig große Verstellung des Endes des Armes in einer kleinen winkelmäßigen Verdrehung der Polarisationsvorrichtung sich äußert.
  11. 11. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verdrehen der Polarisiervorrichtung ein Elektromagnet vorgesehen ist.
  12. 12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrehung der Polarisiervorrichtung durch die Größe des der Elektromagnetenanordnung zugeführten elektrischen Stromes bestimmt wird.
  13. 13. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrehung der Polarisiervorrichtung durch mechanische Meßorgane gemessen wird, die mit dem genannten, zusätzlichen, durchbiegungsfähigen Arm zusammen arbeiten.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1159180B (de) * 1961-06-13 1963-12-12 Bodenseewerk Perkin Elmer Co Polarimeter
DE1203978B (de) * 1962-03-23 1965-10-28 Zeiss Carl Fa Spektralpolarimeter
DE1241146B (de) * 1965-02-08 1967-05-24 Akad Wissenschaften Ddr Vorrichtung zur Bestimmung der Drehung der optischen Polarisationsebene

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