DE1127606B

DE1127606B - Spektralanalyseverfahren mit elektrisch-oszillographischer Aufzeichnung von Spektren

Info

Publication number: DE1127606B
Application number: DEN7912A
Authority: DE
Inventors: Dr Heimo Nielsen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1953-10-20
Filing date: 1953-10-20
Publication date: 1962-04-12

Description

Spektralanalyseverfahren mit elektrisch-oszillographischer Aufzeichnung von Spektren Die Erfindung bezieht sich auf ein Spektralanalyseverfahren mit elektrisch-oszillographischer Aufzeichnung von Spektren mit beliebigen Intensitätsschwankungen in den Spektralbereichen unter Verwendung eines als Kurzzeitspeicher wirksamen elektrostatischen Mosaikspeichers mit kontinuierlichem Auflösungsvermögen. Es besteht die Aufgabe, die Intensitätsverteilung in Abhängigkeit von der charakterisierenden Eigenschaft der Spektralzuordnung (Wellenlänge, Laufgeschwindigkeit usw.) darzustellen.
Zur Durchführung besonderer Auslwertungsarten ist es schon bekannt, einen Erstspeicher in Kombi nation mit einem diesem nachgeschalteten Zweitspeicher zu verwenden; bei diesen bekannten Verfahren ist jedoch der Erstspeicher als Dauerspeicher ausgebildet, und es ist nicht möglich, gleichzeitig Intensitäten in allen in Frage kommenden Spektralbereichen, welche schnellen absoluten und relativen Schwankungen unterworfen sind, ordnungsgemäß aufzuzeichnen.
Diese Aufgabe läßt sich erfindungsgemäß auf besonders wirksame und einfache Weise dadurch lösen, daß die vom Kurzzeitspeicher stetig gespeicherten Meßresultate durch periodische Abtastung synchron auf einen in an sich bekannter Weise als Magnettrommelspeicher ausgebildeten Dauerspeicher übertragen werden und daß hierbei eine Summierung der gesamten nacheinander einfallenden Intensitätswerte in ihrer Abhängigkeit von der Wellenlänge auf der Magnettrommel stattfindet.
Dabei können die im Dauerspeicher aufsummierten Intensitätswerte in Abhängigkeit von ihrer Wellenlänge als kontinuierliches Bild oszillographisch sichtbar gemacht und ausgewertet werden.
Bei dem Meßverfahren nach der Erfindung ist es möglich, auf dem Kurzzeitspeicher sich bildende Störsignale dadurch zu eliminieren, daß der Abtaststrahl quer zu seinem normalen Abtastweg eine hochfrequente Schwingung beschreibt und dabei abwechselnd die Intensität im Spektrum und in seiner unmittelbaren Nachbarschaft registriert, wobei die Querabtast-Frequenz so hoch über den im Meßsignal vorherrschenden Frequenzen liegt, daß das Gesamtsignal ein amplitudenmoduliertes Trägerfrequenzsignal ist, aus welchem die gesuchte Intensitätsverteilung des Spektrums durch bekannte Demodulationsverfahren als Differenzsignal gewonnen und dem Dauerspeicher zugeführt wird Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung an dem Beispiel eines Lichtspektrographen.
Im dargestellten Lichtspektrographen wird in einer Vorrichtungl zur Spektralzerlegung das von einem Spalt 2 kommende Licht zerlegt und in der Mosaikfläche 3 einer Bildspeicherröhre 4 (Ikonoskop) als Spektrum 5 abgebildet. Durch einen Elektronenstrahl 6 wird die Aufladung der Mosaikfläche 3 abgetastet und Punkt für Punkt in ein elektrisches Signal umgesetzt, das nach Verstärkung in einem Verstärker 7 magnetisch gespeichert werden soll. Ein zwischengeschalteter elektronischer Schalter 8 leitet das Signal entweder zu einem Aufnahmekopf 9 für das Meßspektrum oder zu einem Aufnahmekopf 10 für Vergleichsspektren. Diese Signale erzeugen in der Speicherschicht einer Magnetwalze 11 ein Magnetisierungsbild. Die Walze 11 wird durch einen Motor 12 mit konstanter Geschwindigkeit gedreht, und bei jeder vollen Umdrehung erzeugt ein Impulsgeber, bestehend aus einem Drelispiegel 13, einer Lampe 14, einer Photozelle 15 und einem Sender 16 einen Steuerimpuls für einen Sägezahngenerator 17 des Ikonoskops und den elektronischen Schalter 8. Dadurch wird zwangläufig die Spektrallinie bei einer bestimmten Drehstellung der Magnetwalze 11 auf der Speicherschicht magnetisch registriert, und gleichzeitig wird durch entsprechende Schaltmaßnahmen dafür gesorgt, daß das bei jedem Abtastzyklus hinzukommende Signal zum vorher gespeicherten addiert wird. Die.
Summenbildung ist dabei dem benutzten Aufzeichnungsprinzip - also Amplitudenmodulation bzw.
Frequenzmodulation des Magnetisierungsbildes - angepaßt. Am Schluß der Aufzeichnung gibt daher das Magnetisierungsbild die vollständige Intensitätsverteilung des Spektrums wieder.
Zur Sichtbarmachung des Ergebnisses werden die Köpfe 9 bzw. 10 als Wiedergabeköpfe benutzt, die die abgetasteten Speichersignale über den Schalter 8 und einen Verstärker 18 zum vertikalen Ablenksystem eines Kathodenstrahlrohres 19 geben, während gleichzeitig der Sägezahngenerator 17 eine synchrone Horizontalablenkung des Kathodenstrahles erzeugt; daher erscheinen die Spektrallinien als Intensitätszacken über der waagerechten Wellenlängenskala. Schaltet 8 in raschem Wechsel auf die Köpfe 9 und 10, so erscheinen Meß- und Vergleichsoszillogramm gleichzeitig auf dem Bildschirm des Rohres 19. Dadurch ist ein direkter Wellenlängen- und Intensitätsvergleich mit Proben bekannter Zusammensetzung möglich.
Zur Ausschaltung von wellenlängenfremdem Streulicht und von störenden Aufladungen des Speichermosaiks als Fehlerquelle ist noch folgender Kunstgriff vorgesehen: Abb. 2 stellt schematisch eine Aufsicht auf die Mosaikschicht3 mit dem Spektrum 5 dar; die Anhäufung von schwarzen Punkten im rechten Teil von 3 deutet einen Streulichtbereich um eine Spektrallinie herum an. Die wahre Intensitätsverteilung der Linien ist in Abb. 3 a dargestellt und die überlagernde Streulichtintensität in Abb. 3 b. Bei der Abtastung des Spektrums wird nun dem Elektronenstrahl 6 eine relativ zur Hauptbewegung hochfrequente sinusartige Pendelbewegung erteilt, so daß er die in Abb. 2 links bezeichnete Bahn beschreibt. Da er dann stets abwechselnd das Spektrum 5 und seine unmittelbare Nachbarschaft abtastet, zeichnet er die in Abb. 3 c wiedergegebene Intensitätsverteilung auf. Diese läßt sich nun leicht in die erwünschte Kurve Abb. 3 a umwandeln. Der Verstärker 7 ist hierzu mit einem Hochpaß versehen, der den niederfrequenten Signalanteil unterdrückt und aus der Kurve Abb. 3 c diejenige von Abb. 4 macht. Diese wird in einem Gleichrichter 20 gleichgerichtet und durch einen Tiefpaß in die Form Abb. 5 umgewandelt, die bis auf die Absolut-Amplitude der Abb. 3 a entspricht.
In entsprechender Weise ist der Aufbau eines Speichers mit elektrostatischer Speicherung zu denken.
Von den Anwendungsmöglichkeiten für Spektren anderer Art sei als Beispiel die Abwandlung des Empfängers für kernphysikalische Geschwindigkeitsspektrometer erwähnt. Dabei läßt man im Geschwindigkeitsspektrometer bekannter Bauart für geladene Teilchen die Ionen oder Betateilchen durch ein elektrostatisches oder magnetisches Feld laufen und kann als Auffänger direkt die Mosaikspeicherfläche eines Ikonoskops benutzen. Beim Gamma-Spektrometer benutzt man die Intensität der Lichtblitze, die die vom Gammastrahl sekundär erzeugten Elektronen in einem Kristall erzeugen (sog. »Scintillationen«) zur indirekten Messung der Strahlhärte. Die Lichtblitze werden photoelektrisch gemessen und in bekannten Geräten auf Registrier-»Kanäle« für je einen bestimmten Intensitätsbereich aufgeschlüsselt. Auch hier bedeutet der Übergang von den Vielkanal-Spektrographen mit bis zu mehreren hundert einzelnen Kanalverstärkern und Registrierwerken zum Doppelspeicher eine Erhöhung der Meßgenauigkeit bei gleichzeitiger apparativer Vereinfachüng. Empfänger kann hier die Kombination einer Glennschen Spektrographenröhre mit einem Ikonoskop dienen.
PATE NTANS PRS CHE: 1. Spektralanalyseverfahren mit elektrischoszillographischer Aufzeichnung von Spektren mit beliebigen Intensitätsschwankungen in den Spektralbereichen unter Verwendung eines als Kurzzeitspeicher wirksamen elektrostatischen Mosaikspeichers mit kontinuierlichem Auflösungsvermögen, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Kurzzeitspeicher stetig gespeicherten Meßresultate durch periodische Abtastung synchron auf einen in an sich sich bekannter Weise als Magnettrommelspeicher ausgebildeten Dauerspeicher übertragen werden und daß hierbei eine Summierung der gesamten nacheinander einfallenden Intensitätswerte in ihrer Abhängigkeit von der Wellenlänge auf der Magnettrommel stattfindet.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Dauerspeicher aufsummierten Intensitätswerte in Abhängigkeit von ihrer Wellenlänge als kontinuierliches Bild oszillographisch sichtbar gemacht und ausgewertet werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Dauerspeicher parallel zu dem zu messenden Spektrum weitere, z. B. Vergleichsspektren aufgezeichnet werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Eliminierung von auf dem Kuzzeitspeicher sich bildenden Störsignalen dessen Abtaststrahl quer zu seinem normalen Abtastweg eine hochfrequente Schwingung beschreibt und dabei abwechselnd die Intensität im Spektrum und in seiner unmittelbaren Nachbarschaft registriert, wobei die Querabtast-Frequenz so hoch über den im Meßsignal vorherrschenden Frequenzen liegt, daß das Gesamtsignal ein amplitudenmoduliertes Trägerfrequenz-Signal ist, aus welchem die gesuchte Intensitätsverteilung des Spektrums durch bekannte Demodulationsverfahren als Differenzsignal gewonnen und dem Dauerspeicher zugeführt wird. ~~~~~~ In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 680767, 685 095, 922 117; USA.-Patentschriften Nr. 2324270, 2476445, 2502959.