DE1572681B2 - Zweistrahl photometer - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Signal- des Umlenkspiegels und der Steuerscheibe des Phototrennung und Gleichrichtung für Zweistrahl-Photo- meters,

meter mit einem lichtelektrischen Strahlungsemp- F i g. 6 ein Ausführungsbeispiel für eine Einrich-

fänger und elektrischer Quotientenbildung, bei denen tung zur gleichzeitigen Trennung und Gleichrichtung

die Signale der beiden Strahlengänge periodisch 5 der elektrischen Signale und

abwechselnd vorliegen und der Quotient elektrisch F i g. 7 eine Ausführungsform, bei der die Modugebildet wird. Jedes Signal besteht durch Anwendung lationsscheibe und die Steuerscheibe vereinigt sind, einer Modulationseinrichtung aus einer Folge von Bei dem in F i g. 1 dargestellten Schema eines Wechselspannungsimpulsen, so daß die Signale durch Zweistrahl-Photometers fällt das von einer Lichteinen Wechselspannungsverstärker verstärkt werden io quelle 1 (Lampe, Austrittsspalt eines Monochromakönnen. tors usw.) ausgestrahlte Licht durch eine von einem

Es sind Photometer dieser Art bekannt, bei denen Motor 18 angetriebene Modulationsscheibe 2, die synchron und phasenstarr mit der Lichtumschalt- einen Wechsellichtstrom mit der Frequenz f_m erzeugt. Vorrichtung für den Meß- und Vergleichsstrahlen- Ein mit der Modulationsscheibe gekoppelter Umgang, die z. B. aus einem rotierenden Spiegel besteht, 15 lenkspiegel 3 leitet das Wechsellicht für eine halbe ein Schalter angetrieben wird, der die beiden Signale Periode der Umschaltfrequenz /« über die Spiegel 4, nach gemeinsamer Verstärkung wieder trennt. An 5, 6 auf einen lichtelektrischen Empfänger 7 und läßt jedem der beiden Ausgänge dieses Schalters liegt danach für eine halbe Periode von f_u das Licht über das Signal als Wechselspannung vor, die nun durch die Spiegel 8, 9, 10, 6 auf den Empfänger 7 fallen, eine zweite Einrichtung gleichgerichtet werden muß. 20 Am Ausgang eines dem Empfänger nachgeschalteten Die Gleichrichterschaltung kann dabei entweder als Verstärkers 11 liegt eine in F i g. 2 dargestellte Span-Spitzengleichrichter arbeiten und ist damit breitbandig, nung CZ₁ (t), die einem elektronischen Schalter 12 oder sie richtet phasenempfindlich und damit selektiv zugeführt wird. Damit an seinen Ausgängen die gleich. Im letzteren Falle muß wieder ein phasen- Spannungen CZ₂ (t) und CZ₃ (t), deren Verlauf in starres Wechselspannungssignal zum Steuern des 25 F i g. 3 und F i g. 4 dargestellt ist, getrennt erscheinen, Gleichrichters erzeugt werden, das hier die Modu- muß der Schalter 12 gesteuert werden. Das hierzu lationsfrequenz/_TO besitzt, die höher als die Um- erforderliche Steuersignal wird durch eine mit der schaltfrequenz f_u ist. Modulationsscheibe 2 und dem Umlenkspiegel 3 pha-

Wegen des günstigeren Signal-Rauschverhältnisses, senstarr verbundene Steuerscheibe 13 erzeugt. Im vor allem bei geringen Transmissionswerten, ist die 30 dargestellten Beispiel erfolgt die Abnahme des Steuerphasenempfindliche Gleichrichtung der Modulations- signals photoelektrisch. Das Licht einer Lampe 14 frequenz der Spitzengleichrichtung vorzuziehen. Es fällt durch einen Schlitz der Steuerscheibe 13 auf ist bereits bekannt, sowohl bei der Signaltrennung einen lichtelektrischen Empfänger 15 und steuert den und der phasenempfindlichen Gleichrichtung elek- Schalter 12 auf. Dagegen gelangt von einer zweiten ironische, also kontaktlose Schalter einzusetzen. 35 Lampe 16 kein Licht auf den Empfänger 17; der

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur andere Ausgang des Schalters 12 wird nicht mit

gleichzeitigen Signaltrennung und phasenempfind- dem Eingang verbunden.

liehen Gleichrichtung zu schaffen, bei der die Gleich- F i g. 2 zeigt die am Ausgang des Verstärkers 11 richtung mit der Modulationsfrequenz f_m erfolgt. auftretende Signalspannung CZ₁ (t) vor der Signal-Dies wird dadurch erreicht, daß bei einem Zwei- 4° . τλ λ*· j w r r 1 j
strahl-Photometer der eingangs genannten Art, bei ^trennunS· ^Der Modulationsfrequenz /„ = — wurde der die optische Umschalteinrichtung phasenstarr beim dargestellten Beispiel 12mal größer als die

S? tZtT&SgTE¹ SeA U-chal.,re_que„_Z /, _ Λ _g.„äh„. Von 0 bis £.

elektronischen Schalters dienende Steuereinrichtung 45 „ ,. 3 r„ ... . , ,. . ... , _rr

-. j a, j ι ^- ■ ■,, , . , von T_n bis —=— usw. ergibt sich die Amplitude Uv

mit der Modulationseinnchtung phasenstarr verbun- 2 ^{b K}

den ist, so daß gleichzeitig eine Trennung von Meß- durch den vom Vergleichsstrahlengang kommenden

und Vergleichssignal mit der Umschaltfrequenz/« _{w Dig yom Meßstrahl von} ψ _{bis Tu}

und eine phasenempfindliche Gleichrichtung der ^{ö 6} 2

Modulationsfrequenz f_m erfolgt. 50 usw. gelieferte Spannung CZm ist im vorliegenden

Dabei kann die als Steuereinrichtung dienende Falle kleiner als Uv gewählt. Durch den Einschwing-Steuerscheibe vorteilhaft derart ausgebildet werden, Vorgang, der von der Bandbreite des Verstärkers daß bei der Signaltrennung und gleichzeitigen phasen- abhängt, wird beim Umschalten des Lichtweges nicht empfindlichen Gleichrichtung beliebig lange Aus- sofort CZy bzw. Um erreicht. Daher darf für die Zeit schnitte, die durch das Einschwingverhalten für die 55 des Einschwingens das Signal nicht für die Quotienten-Quotientenbildung unbrauchbar sind, unterdrückt bildung von Um/Ur verwendet werden. Wegen der werden. einfacheren Darstellung soll im folgenden eine Ein-

Zum Steuern des elektronischen Schalters können weggleichrichtung vorausgesetzt werden,
dynamische Abnehmer in Verbindung mit einem Durch die bei dem Zweistrahl-Photometer durchSpeicher oder statische Abnehmer verwendet werden. 6o geführte Signaltrennung und gleichzeitige phasen-

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll an empfindliche Gleichrichtung wird nach Abklingen

Hand der F i g. 1 bis 7 näher erläutert werden. Hier- des Einschwingvorgangs beispielsweise jede positive

von zeigt Halbwelle vom Vergleichsstrahl dem einen Ausgang,

F i g. 1 das Schema eines gemäß der Erfindung jede positive Halbwelle vom Meßstrahl dem anderen

ausgebildeten Zweistrahl-Photometers, 65 Ausgang der Einrichtung zugeleitet. Damit liegen

F i g. 2, 3 und 4 die am Photometer auftretenden an den Ausgängen getrennt und gleichgerichtet die

elektrischen Signale vor und nach ihrer Trennung, in F i g. 3 und 4 dargestellten Spannungen CZ₂ (f)

F i g. 5 die Ausbildung der Modulationsscheibe, und CZ₃ (i) vor.

Von U₂ (t) und U₃ (t) wird in bekannter Weise der Mittelwert gebildet. Mit den so gewonnenen Gleichspannungen läßt sich z. B. durch ein Präzisionspotentiometer, das von einem Servosystem verstellt wird, der Quotient bilden.

In F i g. 5 sind die Ausbildung der Modulationsscheibe 2, des Umlenkspiegels 3 und der Steuerscheibe 13 sowie ihre phasenmäßige Zuordnung dargestellt. Dabei wurde angenommen, daß die Phasendrehung durch den Verstärker 11 gleich Null ist. Die Modulationsscheibe 2 unterbricht in der gezeichneten Stellung das Lichtbündel, während der Drehspiegel 3 das Lichtbündel zur Hälfte umlenkt. Diese Zuordnung ist für den Einschwingvorgang günstig. Der Einschwingvorgang wird noch günstiger, wenn die letzte Periode des vorhergehenden Signals, die z. B. durch die Größe des Bildes auf dem Umlenkspiegel ebenfalls für die Quotientenbildung unbrauchbar ist, optisch durch die Modulationsscheibe unterdrückt wird. Der Einschwingvorgang beginnt dann früher. Der Fehler durch den Einschwingvorgang wird dadurch geringer.

Die Steuerscheibe 13 verdeckt in der gezeichneten Stellung beide lichtelektrische Empfänger 15, 17. Dadurch bleiben die Ausgänge des Schalters 12 (F i g. 1) gesperrt. Wenn sich die Scheiben 2, 13 und der Spiegel 3 über den Winkel 9J₁ hinaus im Uhrzeigersinn, drehen, erscheint am Ausgang des Verstärkers 11 eine positive Halbwelle. Da diese wegen des Einschwingens, wie in F i g. 2 gezeigt wurde, vom vorhergehenden Signal abhängt, müssen beide Ausgänge des Schalters gesperrt bleiben. Die Steuerscheibe verdunkelt daher auch in dieser Stellung beide lichtelektrischen Empfänger 15, 17. Erst ab einer Winkeldrehung von <p₂ wird der Empfänger 15 beleuchtet und steuert den entsprechenden Ausgang des Schalters 12 auf. Dies geschieht im Takt der Modulationsfrequenz f_m für weniger als eine halbe Periode der Umschaltfrequenz f_u. Der Empfänger 17 bleibt während dieser Zeit verdunkelt und sperrt den anderen Ausgang des Schalters 12.

Es bleibt demnach jedesmal ein Ausgang des Schalters für mehr als eine halbe Periode der Umschaltfrequenz fu dauernd gesperrt, während für weniger als eine halbe Periode der Umschaltfrequenz fu der andere Ausgang des Schalters 12 im Takt der Modulationsf requenz f_m so öffnet und sperrt, daß jedesmal die gleiche Polarität der Eingangsspannung U₁ (t), im Beispiel die positiven Halbwellen, durchgelassen wird.

Bei der Signaltrennung mit gleichzeitiger phasenempfindlicher Zweiwegegleichrichtung werden die negativen Halbwellen umgepolt und erscheinen als zusätzliche positive Halbwellen zwischen J₁ und T_u/_Z usw. (F i g. 3) und zwischen t₂ und T_u usw. (F i g. 4).

F i g. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Signaltrennung bei gleichzeitiger phasenempfindlicher Einwegegleichrichtung. Im Schalter werden die Siliziumtransistoren 19 bis 22 verwendet. Dadurch, daß die Restströme bei Siliziumtransistoren klein sind, wird eine sehr gute Signaltrennung erreicht. Die beim Schalterbetrieb interessierende Restspannung im Durchlaßzustand wird durch zwei in Reihe geschaltete Transistoren 19; 20 bzw. 21; 22 ebenfalls sehr klein. Die Linearitätsfehler werden dadurch äußerst gering.
Die Ansteuerung erfolgt über Photodioden 23 und 24, deren Ströme von je einem Transistor 25, 26 verstärkt werden.

Bei der in F i g. 7 dargestellten Ausführungsform ist die Modulationsscheibe 2 mit der Steuerscheibe 14 vereinigt. Die Modulation erfolgt hierbei mittels der auf dem Durchmesser 27 angeordneten Schlitze. Die Scheibe ist außerdem in diesem Falle so ausgebildet, daß zweimal je zwei Perioden der Modulationsfrequenz unterdrückt werden. Die auf dem Durchmesser 28 der Scheibe angebrachten Schlitze dienen zur Erzeugung der Steuersignale für den Schalter 12.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Zweistrahl-Photometer mit einem durch eine optische Umschalteinrichtung periodisch abwechselnd von der durch eine Modulationseinrichtung modulierten Strahlung eines Meß- und Vergleichsstrahlenbündels beaufschlagten lichtelektrischen Strahlungsempfänger, bei dem die optische Umschalteinrichtung phasenstarr mit einer elektronischen Steuereinrichtung gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Steuerung des elektronischen Schalters (12) dienende Steuereinrichtung (13 bis 17) mit der Modulationseinrichtung (2) phasenstarr verbunden ist, so daß gleichzeitig eine Trennung von Meß- und Vergleichssignal mit der Umschaltfrequenz (/„) und eine phasenempfindliche Gleichrichtung der Modulationsfrequenz (f_m) erfolgt.

2. Zweistrahl-Photometer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung der Steuerscheibe (13), daß bei der Signaltrennung und gleichzeitigen phasenempfindlichen Gleichrichtung beliebig lange Ausschnitte, die durch das Einschwingverhalten für die Quotientenbildung unbrauchbar sind, unterdrückt werden.

3. Zweistrahl-Photometer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsscheibe (2) so ausgebildet ist, daß optisch eine oder mehrere Perioden des Signals unterdrückt werden und daher der Beginn des Einschwingvorgangs zeitlich vorverlegt wird.

4. Zweistrahl-Photometer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsscheibe (2) und die Steuerscheibe (13) vereinigt sind (F i g. 7) und die Modulation und das Abtasten der Steuerscheibe auf verschiedenen Durchmessern (27; 28) erfolgen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen