DE1157406B

DE1157406B - Control procedure for spectrographs

Info

Publication number: DE1157406B
Application number: DEL41060A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Dr Helmut Frenk
Original assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Current assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Priority date: 1962-01-26
Filing date: 1962-01-26
Publication date: 1963-11-14

Description

Regelverfahren für Spektrographen Die Erfindung befaßt sich mit der automatischen Verstärkungsregelung bei Spektrographen.Control Methods for Spectrographs The invention is concerned with automatic gain control for spectrographs.

Im folgenden sind, wie allgemein üblich (vgl. beispielsweise »Physikalisches Taschenbuch« von Hermann Ebert, Verlag Friedrich Vieweg & Sohn, Braunschweig, 1957, S: 250), die Intensität des ungeschwächten Lichtstrahls mit l, und die des geschwächten Lichtstrahls (nach Durchsetzen des Meßobjektes bzw. nach der Meßschwächung) mit 1 bezeichnet. Des weiteren wird als bekannt vorausgesetzt, daß in einem Zweistrahlgerät zwei identische Strahlen vorhanden sind, deren ungeschwächte Intensität für beide = 1o, mit Meßobjekt bzw. Meßschwächung = I ist. Bei nach der Wechsellichtmethode arbeitenden Geräten erhält man bekanntlich eine der Intensität I, proportionale Spannung am Verstärkerausgang, wenn die Differenz = 1o, also ein Strahl völlig abgedunkelt ist. Außerdem wird als allgemein bekannt vorausgesetzt, daß in einem geschlossenen Regelkreis der tatsächlich gemessene Wert der zu regelnden Größe als Istwent, der vorgegebene, willkürlich eingestellte Wert als Sollwert bezeichnet wird.In the following, as is common practice (cf. for example »Physical Paperback «by Hermann Ebert, Verlag Friedrich Vieweg & Sohn, Braunschweig, 1957, S: 250), the intensity of the unattenuated light beam with l, and that of the weakened light beam (after penetration of the measurement object or after measurement attenuation) denoted by 1. It is also assumed to be known that in a two-beam device two identical rays are present, their undiminished intensity for both = 1o, with measurement object or measurement attenuation = I. When using the alternating light method working devices, one receives, as is well known, one of the intensity I, proportional Voltage at the amplifier output when the difference = 1o, i.e. a beam is completely darkened is. It is also assumed to be common knowledge that in a closed Control loop the actually measured value of the variable to be controlled as actual value, the predetermined, arbitrarily set value is referred to as the setpoint.

Bekanntlich hat bei Zweistrahlspektrographen die Lichtintensität im allgemeinen keinen Einfluß auf das Meßergebnis. Es hat sich jedoch gezeigt, daß insbesondere bei automatisch registrierenden Geräten die Schwankungen der Intensität des Lichtes nicht beliebig groß sein dürfen, da bei Überschreiten eines gewissen Wertes das Dämpfungsverhalten des Gerätes sich ändert, so däß bei schnellem Registrieren ; schmale Banden fehlerhaft wiedergegeben werden. Es sollte daher die Größe die ja die gesamte Lichtausbeute sowie die elektrische Verstärkung des Gerätes mit umfaßt, etwa zwischen den Grenzen ±40% konstant gehalten werden.It is known that with two-beam spectrographs, the light intensity generally has no influence on the measurement result. However, it has been shown that the fluctuations in the intensity of the light must not be arbitrarily large, especially in the case of devices that register automatically, since the attenuation behavior of the device changes when a certain value is exceeded, so that with rapid registration; narrow bands are displayed incorrectly. It should therefore be the size which includes the entire light output as well as the electrical amplification of the device, are kept constant between the limits of ± 40%.

Diese Konstanz wurde mit genügender Genauigkeit bisher beispielsweise durch eine entsprechende Steuerung der Spektrographenspalte erreicht. Dabei mußte man aber in Kauf nehmen, daß innerhalb von Banden, die in beiden Strahlengängen auftreten, z. B. Banden der Luft oder von Lösungsmitteln, das Gerät überdämpft war und daher nicht einwandfrei registrierte. Um nun aber auch an diesen Stellen zu einer einwandfreien Aufzeichnung zu kommen, mußte man die Steuerungsanordnung durch eine Regelanordnung ersetzen, bei der automatisch der jeweilige Spannungspegel gemessen und automatisch nachgeregelt wird. Diese Nachregulierung kann entweder durch Änderung der öffnungen der Spektrographenspalte oder durch Variieren der elektrischen Verstärkung oder durch gleichzeitige Anwendung beider Maßnahmen erfolgen.So far, for example, this constancy has been achieved with sufficient accuracy achieved by a corresponding control of the spectrograph column. I had to but one must accept that within bands that are in both optical paths occur, e.g. B. bands of air or solvents, the device was overdamped and therefore not properly registered. But to now also at these points To get a flawless recording, one had to go through the control arrangement replace a control arrangement in which the respective voltage level is measured automatically and is automatically readjusted. This readjustment can either be changed the openings of the spectrograph column or by varying the electrical gain or by applying both measures at the same time.

So ist bereits ein Spektralapparat bekannt, bei dem ein Meß- und Vergleichsstrahlenbündel abwechselnd auf einen Strahlungsempfänger geleitet werden und bei dem die auf diesen 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 von Meß- und Vergleichsstrahlenbündel entspricht. Durch dieses Signal wird eine Abschwächvorrichtung für das Vergleichsstrahlenbündel gesteuert, deren Verstellweg den Meßwert der Anordnung darstellt, der proportional der Schwächung a des Meßstrahlenbündels verläuft. Das Ausgangssignal wird gleichzeitig einem zweiten Demodulator zugeführt, der ein Signal liefert, das der Summe der Intensitäten von Meß- und Vergleichsstrahlenbündel entspricht. Das Ausgangssignal dieses Demodulators wird proportional zu dem von der Stellung der Abschwächvo.rrichtung abhängigen Faktor verstärkt, so daß ein Signal gebildet wird als Maß für die Intensität des Vergleichsstrahlenbündels vor dem Eintritfsspalt. In Abhängigkeit --von* diesem Signal werden Mittel gesteuert, die die Intensität des Vergleichsstrahlenbündels an dem Eintrittsspalt konstant halten.Thus, a spectral apparatus is already known in which a measuring and comparison beam are alternately directed to a radiation receiver and in which the radiation falling on this receiver is periodically interrupted by an additional interrupter and the output signal of the receiver is fed to a demodulator, which supplies a signal, which corresponds to the difference in the intensities of the measuring and comparison beams. This signal controls an attenuation device for the comparison beam, the adjustment path of which represents the measured value of the arrangement, which is proportional to the attenuation a of the measurement beam. The output signal is simultaneously fed to a second demodulator which supplies a signal which corresponds to the sum of the intensities of the measuring and comparison beams. The output signal of this demodulator is proportional to the factor dependent on the position of the attenuating device amplified so that a signal is formed as a measure of the intensity of the comparison beam in front of the entrance slit. As a function of this signal, means are controlled which keep the intensity of the comparison beam constant at the entrance slit.

Dies bedingt aber die Verwendung einer hyperbolischen Funktion, deren Verarbeitung und Auswertung unangenehm ist und deren Verarbeitung zwangläufig zu einem hohen Aufwand an Mitteln führt. Darüber hinaus aber muß bei diesem Gerät immer ein a-Wert bestimmter Mindestgröße vorgegeben sein, da für kleiner werdende und sich dem Wert Null nähernde a-Werte sich der Wert schnell dem Wert Unendlich nähert. Das bedeutet abr, daß in diesem Bereich der Regler nicht mehr einwandfrei arbeiten kann.However, this requires the use of a hyperbolic function, the processing and evaluation of which is unpleasant and the processing of which inevitably leads to a high expenditure of resources. In addition, however, an a-value of a certain minimum size must always be specified in this device, since the value becomes smaller for a-values that are becoming smaller and approaching the value zero quickly approaches infinity. This means that the controller can no longer work properly in this area.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zu schaffen, das im Hinblick auf Bekanntes .bei mindestens gleicher erreichbarer Meßgenauigkeit den Aufbau einer einfacheren, keine nach einer hyperbolischen Funktion arbeitenden Teile enthaltenden und daher zu ihrer Verwirklichung einen geringeren Aufwand erfordernden Regelanordnung gestattet.The invention is based on the object of creating a new method that with regard to what is known, with at least the same achievable measurement accuracy the construction of a simpler one that does not work according to a hyperbolic function Containing parts and therefore requiring less effort to implement them Rule arrangement permitted.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Regelung des Spannungspegels proportional der Intensität 1, des ungeschwächten Vergleichsstrahlenbündels bei Zweistrahlspektrographen mit optischem Abgleich, bei denen eine Spannung proportional zur Intensität 1 des Messtrahlenbündels = a - 1o gewonnen wird, wobei a die Durchlässigkeit des Meßobjektes darstellt. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, das durch Multiplikation des konstanten, der Intensität des ungeschwächten Vergleichsstrahlenbündels entsprechenden Sollwertes 1o mit dem dem Verstellweg der Abschwächvorrichtung proportionalen Faktor a ein neuer Sollwert a - 1o erzeugt wird, der anschließend mit dem unveränderten, der Intensität des Messtrahlenbündels entsprechenden IstwertI verglichen wird.The subject of the invention is therefore a method for regulating the voltage level proportional to the intensity 1, the non-weakened comparison beam in two-beam spectrographs with optical adjustment, in which a voltage proportional to the intensity 1 of the measuring beam = a - 1o is obtained, where a represents the transmittance of the measurement object. The method is characterized in that a new setpoint value a - 1o is generated by multiplying the constant setpoint value 1o corresponding to the intensity of the non-weakened comparison beam by the factor a proportional to the adjustment path of the attenuating device, which then corresponds to the unchanged setpoint value corresponding to the intensity of the measuring beam Actual value I is compared.

Ein besonders einfache Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist in der Zeichnung dargestellt. Bei dieser Anordnung ist die in bekannter Weise gewonnene, den Meßwert 1;,t beinhaltende Spannung über einen Verstärker 10 an einen Widerstand 11 angelegt, der mit dem einen Eingang eines Differenzverstärkers 12 verbunden ist. Die für den zweiten, Eingang dieses Verstärkers. notwendige Bezugsspannung wird einer Quelle 13 entnommen, der in bekannter Weise ein Widerstand 14 in Reihe sowie eine Zenerdiode 15 parallel geschaltet sind. Parallel zur Zenerdiode ist ein lineares Potentiometer 16 geschaltet, an dem die Größe der Bezugsspannung von Hand eingestellt werden kann. Der Schleifer dieses Potentiometers ist mit dem einen Wicklungsende eines weiteren lin aren Potentiometers 17 verbunden, dessen Schleifer mit denn zweiten; Eingang des Verstärkers 12 in Verbindung sWht und von der nicht dargestellten Schreibeinrichtung des Spektrographen in die Stellung a gesteuert wird-.A particularly simple arrangement for carrying out the method is shown in the drawing. In this arrangement, the obtained in a known manner, the measured value 1;, t containing voltage via an amplifier 10 to a resistor 11 applied, which is connected to one input of a differential amplifier 12. The one for the second, input of this amplifier. necessary reference voltage taken from a source 13 which, in a known manner, has a resistor 14 in series as well a Zener diode 15 are connected in parallel. Parallel to the zener diode is a linear one Potentiometer 16 switched, on which the size of the reference voltage is set by hand can be. The wiper of this potentiometer is with one end of the winding another linear potentiometer 17 connected, the wiper with the second; Input of amplifier 12 in connection with sWht and from the writing device, not shown of the spectrograph is controlled to position a-.

Nun sei angenommen, das der Istwert von 1o während der folgenden Messung unverändert bleibt. Wird nun beispielsweise eine solche Bande durchlaufen, das der Wert a von 9011/o auf 101/o abfällt und anschließend' wieder auf 80% ansteigt, so fällt auch die am Widerstand 1I anstehende Spannung, die ja dem Wert Isst ,entspricht, beispielsweise von 900 mV auf 100 mV, um anschließend wieder auf 800 mV anzusteigen. Dabei würden dem nicht gemessenen Wert von 1o immer 1000 mV = 1 V entsprechen.Now it is assumed that the actual value of 1o during the following measurement remains unchanged. For example, if such a band is passed through, the Value a drops from 9011 / o to 101 / o and then rises again to 80%, see above the voltage at resistor 1I also drops, which corresponds to the value Isst, for example from 900 mV to 100 mV, in order to then increase again to 800 mV. The unmeasured value of 1o would always correspond to 1000 mV = 1 V.

Das Potentiometer 16 sei -so eingestellt, daß der im beschriebenen Regelkreis anstehende Sollwert von 1o am oberen Ende des Potentiometers 17 = 1 V ist. Der Schleifer dieses Potentiometers 17 wird von der Schreibeinrichtung des Gerätes aus ebenfalls von 90 % (= 900 mV) über 1011/o (= 100 mV) auf 80 % (= 800 mV) bewegt. Dadurch aber bleibt am Eingan@g des Verstärkers 12 die Differenz der Spannungen stets gleich Null.The potentiometer 16 is set so that the one described in Control loop pending setpoint of 1o at the upper end of potentiometer 17 = 1 V is. The wiper of this potentiometer 17 is of the writing device of the Device also from 90% (= 900 mV) over 1011 / o (= 100 mV) to 80% (= 800 mV) moves. As a result, however, the difference remains at the input of the amplifier 12 Tensions always equal to zero.

Hätte sich dagegen beispielsweise beim Durchfahren des Spektrums oder infolge von Netzschwankungen der Istwert von 1, geändert, so daß er nicht 1000 mV, sondern nur 900 mV entspricht, so würden bei 90 0lo statt 900 mV auch nur 810 mV, bei 1011/o statt 100 mV nur 90 mV usw. am Widerstand 11 als Istwert von 1 gemessen. An den Eingängen des Verstärkers 12 läge also eine Spannungsdifferenz von 90 bzw. 10 bzw. 80 mV an.If, on the other hand, the actual value had changed from 1 when driving through the spectrum or as a result of network fluctuations, so that it does not correspond to 1000 mV but only 900 mV, then at 90 0lo instead of 900 mV only 810 mV, at 1011 / o instead 100 mV only 90 mV etc. measured at resistor 11 as an actual value of 1. A voltage difference of 90 or 10 or 80 mV would therefore be present at the inputs of the amplifier 12.

Ein dem Verstärker nachgeschalter Motor 18 kann auf die Stellung des Schleifers eine Potentiometers in der Registriereinrichiung und dem dargestellten Regelkreis gemeinsamen (nicht gezeigten) Vorverstärker und!oder auf die Breite der Spalte des Spektrographen einwirken. Im letzteren Fall wird der optische Wert 10 konstant geregelt, während durch die Verstärkungsregelung mit Potentiometer die dem Wert I, äquivalente Spannung (im obigen Beispiel 1000 mV) konstant gehalten wird.A motor 18 connected downstream of the amplifier can be set to the position of the Grinder a potentiometer in the Registriereinrichiung and the one shown Control loop common (not shown) preamplifier and! Or to the width of the Act on column of spectrograph. In the latter case, the optical value becomes 10 constant control, while the gain control with potentiometer the voltage equivalent to the value I, (1000 mV in the example above) kept constant will.

Claims

Claim: method for regulating the voltage level proportional to the intensity 1o: of the non-weakened comparison beam in two-beam spectrographs with optical adjustment, in which a voltage proportional to the intensity of the measurement beam = a - I, is obtained, where a represents the transmittance of the measurement object, characterized in that By multiplying the constant setpoint value 1o corresponding to the intensity of the non-weakened reference beam by the factor a proportional to the adjustment path of the attenuator, a new setpoint value a - 1p is generated, which is then compared with the unchanged actual value I corresponding to the intensity of the measurement beam. Considered publications: Deutsche Auslegeschriften Nr.1104 727,1111846; German utility model number 1741698; German patent application L 14656 VIII b / 21 c (published on July 14, 1955); Swiss Patent No. 243 714; French patent pods nos. 132 094, 1 214 407, 1080 481; Control engineering, VDE-Verlag, 1954, pp. 44, 45; Control Engineering, 1 (1953), pp. 251 to 257, Fig. 3; Electronic Engineering, 23 (1951), p. 59.