DE1472140C3 - Device for the photometric measurement of the light attenuation in a measuring beam in relation to a comparison beam with the aid of alternating light - Google Patents

Device for the photometric measurement of the light attenuation in a measuring beam in relation to a comparison beam with the aid of alternating light

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DE1472140C3
DE1472140C3 DE19651472140 DE1472140A DE1472140C3 DE 1472140 C3 DE1472140 C3 DE 1472140C3 DE 19651472140 DE19651472140 DE 19651472140 DE 1472140 A DE1472140 A DE 1472140A DE 1472140 C3 DE1472140 C3 DE 1472140C3
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Rolf Dipl.-Phys.Dr.Rer.Nat. X 1100 Berlin Roeber
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Institut fuer Regelungstechnik
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Institut fuer Regelungstechnik
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/42—Absorption spectrometry; Double beam spectrometry; Flicker spectrometry; Reflection spectrometry

Description

3 43 4

strom der Modulationsfrequenz V1 durch oder auf das Die Differenz der Photoströme der beiden Photo-Meß- und das Referenzobjekt geleitet wird und auf zellen wird in einem Verstärker verstärkt und dient die Meß- und die Referenzphotozelle fällt, und daß zur Steuerung einer Lichtschwächungseinrichtung im je ein Lichtstrom gleicher Intensität der Modula- Teillichtstrom durch die Vergleichsküvette (Referenztionsfrequenz r, direkt auf die Meß- und die Refe- 5 objekt). Die Metalldampflampe wird mit Wechselrenzphotozelle fällt und die durch die Lichtströme spannung betrieben, so daß die Lampe einen der Modulationsfrequenz v2 erzeugte Differenzspan- Wechsellichtstrom der Grundfrequenz V1 aussendet, nuna über einen nachfolgenden Verstärker und einen Die verwendete Lichtschwächungseihrichtung besteht phasenempfindlichen Gleichrichter in an sich bekann- in an sich bekannter Weise aus einem Drehpulssyter Weise zur Steuerung der Anodenspannung der io stern, das an Stelle eines Zeigers zur Lichtschwächung Vergleichsphotozelle dient. Vorteilhaft erfolgt die Er- eine Abdeckfahne besitzt, und einer vorgeschalteten zeugung des Wechsellichtes mit Hilfe von Metall- Ringmodulatorschaltung. Dieser Ringmodulator dampflampen, die mit Wechselspannung oder Gleich- wird gesteuert durch die verstärkte Differenz der spannung mit einem Wechselspannungsanteil gespeist Photowechselströme der Frequenz v,. Als Bezugswerden. Außerdem werden die zur Betätigung der 15 wechselspannung dient eine durch elektrische Filter Servomechanismen benötigten Bezugsspannungen vom Lampenstrom abgeleitete Wechselspannung mit mit konstanter Phasenlage gegenüber den zugeordne- der gleichen Frequenz V1 mit gleicher Phasenlage ten Frequenzen der in den photoelektrischen Organen wie die Steuerspannung.current of the modulation frequency V 1 through or on the The difference between the photo currents of the two photo measurement and the reference object is passed and on cells is amplified in an amplifier and serves the measurement and the reference photo cell falls, and that to control a light attenuation device in each a luminous flux of the same intensity as the modula partial luminous flux through the comparison cuvette (reference frequency r, directly on the measurement and reference object). The metal vapor lamp is covered by an alternating photocell and operated by the luminous flux voltage, so that the lamp emits a differential alternating luminous flux of the fundamental frequency V 1 generated at the modulation frequency v 2 , now via a subsequent amplifier and a phase-sensitive rectifier - In a manner known per se from a rotary pulse system to control the anode voltage of the io star, which serves instead of a pointer for light attenuation comparison photo cell. Advantageously, it has a cover flap and an upstream generation of the alternating light with the aid of a metal ring modulator circuit. This ring modulator steam lamps, which with alternating voltage or direct current is controlled by the amplified difference of the voltage with an alternating voltage component fed photo alternating currents of the frequency v ,. As a reference. In addition, the AC voltage required by electrical filter servomechanisms is used to actuate the AC voltage, with AC voltage derived from the lamp current with a constant phase position compared to the assigned same frequency V 1 with the same phase position of the frequencies in the photoelectric organs such as the control voltage.

erzeugten elektrischen Wechselspannungen durch Der Strom durch das Drehspulsystem dient alselectrical alternating voltages generated by the current through the moving coil system serves as

Filtereinrichtungen von dem elektrischen Strom bzw. 20 Ausgangssignal der Meßanordnung. Zur KorrekturFilter devices from the electrical current or output signal of the measuring arrangement. For correction

von den Strömen der Metalldampflampe abgeleitet. der über längere Zeit sich unterschiedlich änderndenderived from the currents of the metal halide lamp. which change differently over a longer period of time

Die technische Auswirkung der Erfindung besteht Empfindlichkeit der beiden Photozellen wird von derThe technical effect of the invention consists of the sensitivity of the two photocells

darin, daß statt der Addition von zwei Wechsellicht- Metalldampflampe ein weiterer Lichtstrom abge-in that instead of adding two alternating light metal halide lamps, another luminous flux is emitted.

strömen, die gegenseitig eine Phasenverschiebung von zweigt, der mit einer Schwingblende im Rhytmus derflow that mutually a phase shift of branches, the with a swing diaphragm in the rhythm of the

180° besitzen, nur eine Subtraktion der Photoströme 35 Frequenz v2 > V1 zerhackt wird. Dieser Lichtstrom180 °, only a subtraction of the photocurrents 35 frequency v 2 > V 1 is chopped. This luminous flux

von zwei Wechselströmen gleicher Phasen notwendig mit der Frequenz v2 wird optisch in zwei Hilfslicht-of two alternating currents of the same phases necessary with the frequency v 2 is optically in two auxiliary light

ist. ströme aufgeteilt und je einer Photozelle (Meß- undis. currents divided and each one photocell (measuring and

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausfüh- ' Referenzphotozelle) mit konstantem Verhältnis derThe invention is to be based on an embodiment 'reference photocell) with a constant ratio of

rungsbeispiel näher erläutert werden: Lichtintensitäten zugeführt. Die beiden Photozellenexample are explained in more detail: light intensities supplied. The two photocells

Für die Messung der Absoption einer Flüssigkeit 30 erhalten dadurch eine Zusatzbeleuchtung mit derFor the measurement of the absorption of a liquid 30, additional lighting is thereby obtained with the

verwendet man als Lichtquelle eine Metalldampf- Frequenz v2 und einem konstanten Verhältnis derthe light source used is a metal vapor frequency v 2 and a constant ratio of

lampe. Der in einer Richtung ausgesendete Licht- Lichtströme.lamp. The luminous flux emitted in one direction.

strom wird optisch in zwei Teillichtströme aufgeteilt. Die dadurch am Verstärkereingang auftretende Der eine Teillichtstrom durchsetzt die Durchlaufkü- Photostromwechselspannung der Frequenz v., wird vette (Meßobjekt), durch die die zu untersuchende 35 nach phasenempfindlicher Gleichrichtung zur Steue-Flüssigkeit hindurchfließt. Der andere Teillichtstrom rung der Anodenspannung der Photozelle, die das durchsetzt eine Vergleichsküvette (Referenzobjekt), Licht durch die Vergleichsküvette (Referenzobjekt) die mit einer Vergleichsflüssigkeit gefüllt ist, deren aufnimmt (Referenzphotozelle), verwendet. Dadurch Absorption gleich oder kleiner ist als die minimal in wird das effektive Empfindlichkeitsverhältnis der der zu untersuchenden Flüssigkeit vorkommende 40 Photozellen konstant gehalten. Der abgeglichene ZuAbsorption. Jeder der beiden Teillichtströme wird stand der Anordnung ist erreicht, wenn die Differenz auf eine gesonderte Photozelle (Meß- und Referenz- der Photoströme für beide Frequenzen »-, und v, photozelle) geleitet. verschwindet.electricity is optically divided into two partial luminous flows. The resulting partial luminous flux at the amplifier input penetrates the through-flow photocurrent alternating voltage of frequency v. The other partial luminous flux tion of the anode voltage of the photocell, which passes through a comparison cuvette (reference object), light through the comparison cuvette (reference object) which is filled with a comparison liquid, which absorbs (reference photocell), is used. As a result, the absorption is equal to or less than the minimum in the effective sensitivity ratio of the 40 photocells occurring in the liquid to be examined is kept constant. The balanced ZuAbsorption. Each of the two partial luminous fluxes is achieved when the difference is passed on to a separate photocell (measuring and reference of the photocurrents for both frequencies »- and v, photocell). disappears.

Claims (3)

rungen an die Meßgenauigkeit und die Reproduzier- Patentansprüche: barkeit werden zunehmend Meßeinrichtungen mit Wechsellicht und optischer Kompensation der unter-ments to the measuring accuracy and the reproducibility claims: increasingly measuring devices with alternating light and optical compensation of the under- 1. Vorrichtung zur phoiometrischen Messung schiedlichen Lichtströme am Ausgang des Meß- bzw. der Lichtschwächung in einem Meßstrahlenbün- 5 Vergleichsstrahlenbündels benutzt. Der Abgleich der del im Verhältnis zu einem Vergleichsstrahlen- Lichtströme erfolgt dabei automatisch mit Hilfe von bündel mit Hilfe von Wechsellicht, mit zwei Lichtschwächungseinrichtungen, die durch geeignete Photozellen und optischer Kompensation durch Servomechanismen betätigt werden.1. Device for the photometric measurement of different luminous fluxes at the output of the measuring resp. the light attenuation in a measuring beam 5 comparison beam used. The comparison of the del in relation to a reference ray luminous flux takes place automatically with the help of bundle with the help of alternating light, with two light attenuating devices, which by suitable Photocells and optical compensation are operated by servo mechanisms. eine Lichtschwächungseinrichtung,· die durch Alle diese Meßeinrichtungen haben aber den Nacheinen Servomechanismus betätigt wird (optische io teil, daß das Wechsellicht durch mechanisches ZerNull-Methode), dadurch gekennzeich- hacken von zwei Lichtströmen erzeugt wird, die von net, daß die Vorrichtung eine oder zwei Licht- einer Lichtquelle stammen und neben dem erwünschquellen aufweist, deren Lichtströme mit zwei ten Gleichlichtanteil störende Wechsellichtanteile unterschiedlichen Frequenzen (^1 und v2) modu- unterschiedlicher Frequenz enthalten. Das mechaliert werden, und daß die Vorrichtung so ausge- 15 nische Zerhacken geschieht mit rotierenden oder bildet ist, daß je ein Lichtstrom der Modulations- schwingenden Blenden bzw. Spiegeln, und zwar derfrequenz V1 durch oder auf das Meß- und das art, daß die Amplitude des Lichtstromes in beiden Referenzobjekt geleitet wird und auf die Meß- Strahlengängen exakt nach der gleichen periodischen und die Referenzphotozelle fällt, und daß je ein und zur Zeitachse symmetrischen Funktion, aber mit Lichtstrom gleicher Intensität der Modulations- 20 einer Phasenverschiebung von 180° schwankt, so daß frequenz v2 direkt auf die Meß- und die Referenz- nach der Zusammenführung beider Strahlenbündel photozelle fälllt und die durch die Lichtströme auf ein gemeinsames photoelektrisches Organ ein der Modulationsfrequenz v2 erzeugte Differenz- Photogleichstrom mit überlagertem Wechselstrom spannung über einen nachgeordneten Verstärker entsteht, dessen Frequenz gleich der Flimmerfrequenz und einen phasenempfindlichen Gleichrichter in 25 ist und dessen Amplitude im abgeglichenen Zustand an sich bekannter Weise zur Steuerung der der Lichtströme verschwindet.
Anodenspannung der Vergleichsphotozelle dient. Die Einrichtungen zum mechanischen Zerhackena light attenuation device, which is operated by all of these measuring devices but has a servomechanism (optical part, that the alternating light is generated by mechanical ZerNull method), characterized by two luminous fluxes generated by net, that the device has one or two light sources originate from one light source and, in addition to the desired sources, whose luminous fluxes with two th constant light components contain interfering alternating light components of different frequencies (^ 1 and v 2 ) modulo different frequencies. That being mechalized, and that the device is done with rotating or forming such unusual chopping, that a luminous flux of the modulation-oscillating diaphragms or mirrors, namely the frequency V 1 by or on the measuring and the kind, that the amplitude of the luminous flux is conducted in both reference objects and falls on the measuring beam paths exactly according to the same periodic and reference photocell, and that each one and the time axis symmetrical function, but with luminous flux of the same intensity of the modulation 20 fluctuates a phase shift of 180 ° so that frequency v 2 falls directly on the measuring and reference photocell after the merging of the two beam bundles and the differential photocurrent generated by the modulation frequency v 2 with a superimposed alternating current voltage is created via a downstream amplifier , the frequency of which is equal to the flicker frequency and one phase-sensitive rectifier in 25 and whose amplitude disappears in the balanced state in a manner known per se for controlling the light fluxes.
The anode voltage of the comparison photocell is used. The devices for mechanical chopping 2. Vorrichtung nach Anspruch!., dadurch ge- des Lichtstromes (Flimmereinrichtungen) erfordern kennzeichnet, daß Wechsellicht durch Metall- eine hohe mechanische Präzision sowie eine sorgfältidampf lampen erzeugt wird, die mit Wechselspan- 3° ge Justierung ihrer Teile und können dennoch nicht das nung oder Gleichspannung mit Wechselspan- Entstehen von Wechsellichtanteilen verhindern, deren nungsanteil gespeist werden. Frequenzen das Zwei- und Mehrfache der beabsich-2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the luminous flux (flicker devices) require indicates that alternating light through metal - a high mechanical precision as well as a careful vapor Lamps are generated that have 3 ° alternating voltage adjustment of their parts and still cannot do that voltage or direct voltage with alternating voltage can be fed. Frequencies twice or more than the intended 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- tigten Flimmerfrequenz betragen und deren Amplikennzeichnet, daß die zur Betätigung der Servo- tuden nach der Zusammenführung der Lichtströme mechanismen benötigten Bezugsspannungen mit 35 auch bei abgeglichener Amplitude des Photowechselkonstanter Phasenlage gegenüber den zugeordne- stromes für die Hauptflimmerfrequenz nicht verten Frequenzen der in den photoelektrischen schwinden. Um die von der Lichtquelle und von der Organen erzeugten elektrischen Wechselspannun- Flimmereinrichtung stammenden Störfrequenzen im gen durch Filtereinrichtungen von dem elektri- Photostrom zu verhindern und unwirksam zu sehen Strom bzw. den Strömen der Metalldampf- 4° machen, sind besondere Hilfsmittel erforderlich. Der lampen abgeleitet werden. dazu erforderliche Aufwand sowie der mechanische3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the flicker frequency is reduced and the amplitude thereof characterizes that the actuation of the servo tudes after the merging of the luminous fluxes mechanisms required reference voltages of 35 even with a balanced amplitude of the photocurrent constant phase position compared to the assigned current for the main flicker frequency Frequencies dwindling in the photoelectric. To the from the light source and from the Organs generated electrical alternating voltage flicker device originating interference frequencies in the gene by filter devices to prevent the electric photocurrent and become ineffective see current or the currents of metal vapor 4 ° make special aids are required. the lamps are derived. the effort required for this, as well as the mechanical Aufwand für die Flimmereinrichtung ist als ein gemeinsamer Nachteil aller bisher bekannten automatischen Photometer nach dem Einzellen-Wechsellicht-Overhead for the flicker device is considered a common Disadvantage of all previously known automatic photometers based on the single-cell alternating light 45 verfahren mit optischer Kompensation anzusehen.45 procedures with optical compensation. Zweck der Erfindung ist die Vermeidung der aufgezeigten Nachteile bekannter Vorrichtungen und die Erhöhung der Genauigkeit, Zuverlässigkeit und War-Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur photo- tungsfreiheit von Vorrichtungen zur photometrischen metrischen Messung der Lichtschwächung in einem 50 Erfassung optischer Meßgrößen.
Meßstrahlenbündel im Verhältnis zu einem Ver- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eineThe purpose of the invention is to avoid the indicated disadvantages of known devices and to increase the accuracy, reliability and performance.
Measuring beam in relation to a ver The invention is based on the object of a gleichsstrahlenbündel mit Hilfe von Wechsellicht, mit Vorrichtung zur kontinuierlichen Erfassung optischer zwei Photozellen und optischer Kompensation durch Meßgrößen zu schaffen, die sich durch einen selbsteine Lichtschwächungseinrichtung, die durch einen tätigen Abgleich der infolge Alterung und Spannungs-Servomechanismus betätigt wird (optische NuIl-Me- 55 abfall auftretenden Empfindlichkeitsänderungen der thode). Photozellen auszeichnet.constant beam with the help of alternating light, with a device for continuous optical detection to create two photocells and optical compensation through measured variables that are self-contained Light attenuation device, which is activated by balancing the aging and tension servomechanism is actuated (optical NuIl-Me- 55 decrease occurring sensitivity changes of the method). Photocells. Es ist bekannt, zur Messung der Absoption, Trü- · Die Lösung der Aufgabe wird in einer Vorrichtung bung, Streuung, Brechung, Reflexion bzw. des Weiß- zur photometrischen Messung der Lichtschwächung oder Farbgehaltes eines gasförmigen, flüssigen oder in einem Meßstrahlenbündel im Verhältnis zu einem festen Mediums photometrische Meßeinrichtungen zu 60 Vergleichsstrahlenbündel mit Hilfe von Wechsellicht, verwenden, die auf der Bestimmung der Lichtschwä- mit zwei Photozellen und optischer Kompensation chung eines Meßstrahlenbündels im Vergleich zu durch eine Lichtschwächungseinrichtung, die durch einem Vergleichsstrahlenbündel beruhen. Dabei wird einen Servomechanismus betätigt wird (optische Nullfür die Messung Licht konstanter oder periodisch Methode) gesehen, die dadurch gekennzeichnet ist, schwankender Amplitude benutzt. Für exakte Mes- 65 daß die Vorrichtung eine oder zwei Lichtquellen aufsungen, insbesondere zur Informationsgewinnung für weist, deren Lichtströme mit zwei unterschiedlichen die automatische Überwachung, Regelung und Steue- Frequenzen (^1 und v2) moduliert werden, und daß rung technologischer Prozesse mit hohen Anforde- die Vorrichtung so ausgebildet ist, daß je ein Licht-It is known to measure the absorption, turbidity · The solution to the problem is in a device exercise, scattering, refraction, reflection or the white to photometric measurement of the light attenuation or color content of a gaseous, liquid or in a measuring beam in relation to a solid medium photometric measuring devices to use 60 comparison beams with the help of alternating light, which are based on the determination of the Lichtschwä- with two photocells and optical compensation chung of a measuring beam compared to a light attenuation device, which are based on a comparison beam. A servomechanism is operated (optical zero for the measurement of light, constant or periodic method), which is characterized by fluctuating amplitude. For exact measurement, that the device absorbs one or two light sources, in particular for obtaining information, whose luminous fluxes are modulated with two different automatic monitoring, regulation and control frequencies (^ 1 and v 2 ) , and that technological processes are also modulated high requirements- the device is designed so that each one light
DE19651472140 1965-06-26 1965-06-26 Device for the photometric measurement of the light attenuation in a measuring beam in relation to a comparison beam with the aid of alternating light Expired DE1472140C3 (en)

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