DE1682194U

DE1682194U - DEVICE FOR LIGHT-ELECTRICAL DETERMINATION OF THE RATIO OF TWO LIGHT FLOWS.

Info

Publication number: DE1682194U
Application number: DEZ1037U
Authority: DE
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 1951-08-04
Filing date: 1951-08-04
Publication date: 1954-08-26

Description

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Zeisg-Opton Qp ti sehe fferke Qberkochen Gr»m.ft,H.Zeisg-Opton Qp ti see fferke Qberkochen Gr »m.ft, H.

Einrichtung zur licht elektrischen Bestimmung des Verhältnisses zweier Lichtströme Device for the light-electrical determination of the ratio of two luminous fluxes

In der objektiven Photometrie liegt häufig die Aufgabe vor, zwei Lichtströme, von denen der eine die auf Absorption zu messende Probe durchsetzt, während der andere als Bezugsgröße dient, miteinander zu vergleichen und daraus die Absorption der Probe zu bestimmen. In der Regel wird die zu bestimmende Absorption durch das Verhältnis der beiden Lichtströme zueinander festgelegt» Zur Durchführung einer solchen Messung sind verschiedene Verfahren bekannt. Eines derselben - das sogenannte Einstrahlverfahren - besteht darin, ein und denselben Lichtstrom nacheinander einmal durch die zu messende Probe hindurch und das andere Mal ohne die Probe auf einen Strahlungsempfänger, beispielsweise eine Photozelle einwirken zu lassen, so daß man die Stärke der beiden Photoströme _} gegebenenfalls nach entsprechender Verstärkung, in einem Anzeigegerät ablesen kann« Das Verfahren ist verhältnismässig einfach, erfordert jedoch für jede zu messende Probe zwei Ablesungen. Außerdem muß man bei diesem Verfahren Vorkehrungen treffen, daß sowohl die Lichtquelle, wie auch die Zelle und der etwa benutzte Verstärker während der zwei Messungen unverändert bleiben, was praktisch nur schwer zu erreichen ist. Bei einem andern Verfahren arbeitet man aus diesem Grunde gleich-In objective photometry, the task is often to compare two luminous fluxes, one of which penetrates the sample to be measured for absorption, while the other serves as a reference variable, and from this to determine the absorption of the sample. As a rule, the absorption to be determined is determined by the ratio of the two luminous fluxes to one another. Various methods are known for carrying out such a measurement. One of these - the so-called single beam method - consists in allowing one and the same luminous flux to act one after the other through the sample to be measured and the other time without the sample on a radiation receiver, for example a photocell, so that the strength of the two photocurrents _} if necessary after appropriate amplification, can be read in a display device «The procedure is relatively simple, but requires two readings for each sample to be measured. In addition, one must take precautions in this method that both the light source and the cell and any amplifier used remain unchanged during the two measurements, which is difficult to achieve in practice. For this reason, another method works in the same way.

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zeitig- mit zwei Lichtströmen,, die,- mn den. Einfluß von ITetzsehwankungen auszuschalten, vielfach von derselben lichtquelle abgeleitet sind und von denen der eine die zu messende !robe durchsetzt und der andere als Vergleichsgröße dient. Die beiden Photoströme werden durch mechanische oder optische Lichtschwächungsmittel oder auch durch elektrische Kompensationseinrichtungen auf gleiche Größe gebracht, d.h. die Einstellung erfolgt in der Regel nach einer Fulimethode. Die Messung erfordert hier also nur eine einmalige Einstellung, sie stellt jedoch hohe Anforderungen an die Genauigkeit der mechanischen oder optischen Lichtschwächungsmittel, bzw. der elektrischen Compensations einrichtungen.early- with two luminous fluxes ,, die, - mn den. Eliminate the influence of network fluctuations, are often derived from the same light source and of which one penetrates the robe to be measured and the other serves as a comparison variable. The two photocurrents are brought to the same size by mechanical or optical light attenuating means or also by electrical compensation devices, ie the setting is usually carried out according to a full-length method. The measurement here only requires a one-time setting, but it places high demands on the accuracy of the mechanical or optical light attenuation means or the electrical compensation devices.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, die Vorteile der bisher bekannten Verfahren auszuwerten, ohne dabei jedoch die geschilderten Fachteile in Kauf nehmen zu müssen. Es wird zu diesem Zwecke eine gemeinsame Lichtquelle vorgesehen, von der die beiden Lichtströme, der Vergleichsiichtstrom und der die Probe durchsetzende Lichtstrom, abgeleitet sind, und es wird für beide Lichtströme -dieselbe Zelle und gegebenenfalls derselbe Verstärker benutzt;, so daß Veränderungen der Lichtquelle, der Empfindlichkeit der Photozelle und des Verstärkers für beide Lichtwege sich stets in gleicher Weise auswirken. BsTS~-S3^3r--*e2?~§ü?#K^ ■ --—aThe invention is based on the idea of the advantages to evaluate the previously known method without In doing so, however, having to accept the technical parts described. It becomes a common one for this purpose Light source provided from which the two luminous fluxes, the comparative luminous flux and the one penetrating the sample Luminous flux, are derived, and it becomes for both luminous fluxes - the same cell and possibly the same Amplifier used; so that changes in the light source, the sensitivity of the photocell and the amplifier for both light paths are always the same Way to impact. BsTS ~ -S3 ^ 3r - * e2? ~ §Ü? # K ^ ■ --— a

wnt man ^esg&e^&ff&e^^S^-^e^ä^&ß^'O-ue^äres-teame-s s erwnt one ^ esg & e ^ & ff & e ^^ S ^ - ^ e ^ ä ^ & ß ^ ' O-ue ^ äres-teame-s s he

man. überdies die McirfcstroiHe- gieisitzeitrig auf die -fallen* so wird fgegeßiSiex den inerdnungen* "bei welcitenman In addition, the McirfcstroiHe- gie is seated on the -fall * so fgegeßiSiex the indications * "with welciten

atezreciiseiiid. ajif die 2elle treffen_t der ¥orteil daß die ¥erstärkimg des erzeugten Photostroms nicht so groß gewählt zu werden "braueht ond dementsprechend auftretende StSrströme nicnfe SQ stark in Brscheimmg- treten. Ferner wird ein .Anzeigegerät "benutzt,, welc'foes das Terhältnis der beiden Ehotoströioe unmittelbar zur Anzeige bringt* AXs inzeigegerät verwendet man hierzu zweckmäßig einen Quotientenmesser*atezreciiseiiid. ajif meet the 2elle the _t ¥ orteil that the ¥ erstärkimg to be the photocurrent generated chosen not so large "braueht ond accordingly occurring StSrströme nicnfe SQ strong contact Brscheimmg-. Further, a .Anzeigegerät is" used ,, the welc'foes the Terhältnis displays both Ehotoströioe directly * AX's display device is useful for this purpose using a quotient meter *

Eh/May . 1 G 8?Eh / May. 1 G 8?

Man kann, auf diese Weise jede Absorptionsbestinmiung : miir einer einzigen Messung durchführen, unabhängig von. einer etwa eintretenden Veränderung der Lichtquelle, der Photozelle tider des 7erstärkers, und kann bei entspreehender Einstellung des Quotientenmessers ohne irgend eine äußere Abgleichung unmittelbar den gesuchten Absorptionswert ablesen*In this way one can determine any absorption determination: with a single measurement regardless of. a possible change in the light source, the photocell tider of the 7energy, and can with corresponding Adjustment of the quotient meter without any external adjustment directly to the one you are looking for Read absorption value *

Bei der praktischen Verwirklichung der Erfindung wird man in den meisten fällen die von der Photozelle gelieferten Ströme über einen gemeinsamen Verstärker dem. Quotientenmesser zuführen» Es ist also notwendig, die von den beiden Lichtwegen kommenden Photoströme so voneinander unterscheidbar zu machen, daß sie am Ausgang des Verstärkers getrennt werden können. Hierzu gibt es verschiedene Möglichkeiten= Ein einfacher Weg besteht^: "darin _r den einen Lichtstrom dauernd auf die Photozelle einwirken zu lassen und damit einen Gleichstrom zu erzeugen/ während man dem anderen Lichtstrom durch geeignete Unterbrechereinrichtungen, z.B. durch eine Sektorenblende, eine bestimmte Frequenz erteilt •und damit einen Wechselstrom mit der betreffenden Frequenz hervorruft. Am Verstärkerausgang werden Gleich- und Wechselstrom getrennt und die beiden Ströme nach Gleichrichtung des Wechselstroms dem Quotientenmesser zugeführt. Man kann aber auch beiden Lichtströmen mit Hilfe von Sektorenblenden oder dgl. je eine bestimmte unterschiedliche !Frequenz erteilen, so daß man am Verstärker ausgang mit bekannten Mitteln die beiden Frequenzen voneinander trennen und die erzeugtenIn practicing the invention, in most cases the currents supplied by the photocell are used via a common amplifier. Feed in the quotient meter »It is therefore necessary to make the photocurrents coming from the two light paths so distinguishable from one another that they can be separated at the amplifier output. There are various options = A simple way ^is: "it _r to a luminous flux constantly on the photocell act to make and thus generate a DC / while granted to the other luminous flux through appropriate interrupting devices such as through a mirror shutter, a certain frequency • At the amplifier output, direct and alternating currents are separated and the two currents are fed to the quotient meter after the alternating current has been rectified. However, both luminous currents can also be given a specific different frequency with the help of sector diaphragms or the like , so that you can separate the two frequencies from each other and the generated at the amplifier output with known means

Ströme nach Gleichrichtung dem Quotientenmesser zuleiten kann. Ferner kann man auch, beiden Lichtströmen die gleiche Frequenz, aber mit verschiedener Phase erteilen, zweckmäßig mit um 90° versetzter Phase, so daß man am 7erstärkerausgang ebenfalls mit bekannten Mitteln, z.B. phasenabhängiger Gleichrichtung, eine Tren*- nung der beiden Photoströme vornehmen kann.After rectification, feed currents to the quotient meter can. Furthermore, one can also use the two luminous fluxes Grant the same frequency but with a different phase, expediently with a phase offset by 90 °, so that you can also use known means at the 7 e.g. phase-dependent rectification, a Tren * - can make the two photocurrents.

Die infolge UetzSchwankungen oder aus sonstigen Gründen unvermeidlichen Veränderungen der beiden Lichtstrb'me, sowie Schwankungen der Zellenempfindlichkeit und des Verstärkers sind bei Verwendung eines Quotientenmessers bedeutungslos, da das Verhältnis der beiden lichtströme zueinander dadurch nicht beeinflußt wird. Man kann aber auch den Vergleichsphotostrom mit den "bekannten Mitteln der automatischen Verstärkerregelung auf einem gleichbleibenden Wert halten und hat dann nur dafür zu sorgen, daß der von der Meßprobe kommende Photostrom genau in gleicher Weise beeinflußt wird, so daß ebenfalls das Verhältnis der beiden Photoströme zueinander unverändert bleibt. Es genügt in diesem Falle, am Verstärkerausgang ein einfaches Anzeigeinstrument für den von der Messprobe kommenden Photostrom anzuschließen., Ferner kann man auch die von einem automatischen Verstärkerregler gelieferten Impulse unmittelbar auf die lichtquelle einwirken lassen, beispielsweise indem man die Impulse dazu benützt, die Spaltbreite eines Monochromators entsprechend einzustellen. Darüber hinaus kann es in den beiden zuletzt genannten Fällen auch zweckmäßig sein,;, unabhängig vonThe result of fluctuations in Uetz or other Reasons for inevitable changes in the two streams of light, as well as variations in cell sensitivity and amplifier are possible when using a quotient meter meaningless, as the relationship between the two luminous fluxes is not influenced by it. But you can also compare the photocurrent with the "known means of automatic amplifier control hold at a constant value and then only has to ensure that the value coming from the test sample Photocurrent is influenced exactly in the same way, so that also the ratio of the two photocurrents remains unchanged to each other. In this case, a simple display instrument at the amplifier output is sufficient for the photocurrent coming from the test sample., You can also use the one from a automatic amplifier controller let the pulses supplied act directly on the light source, for example by using the impulses to adjust the slit width of a monochromator accordingly. In addition, in the last two cases mentioned, it can also be useful,;, regardless of

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der automatischen Verstärkerregelung die beiden Photo— ströme einem Quotientenmesser zuzuführen. Da auf diese Weise beide Korrektionsweisen sich überlagern, ist es möglich, eine noch höhere Genauigkeit zu erreichen oder einen größeren Bereich von Schwankungen einwandfrei zu überbrücken.the automatic gain control the two photo- feed currents to a quotient meter. Because on this If both types of correction overlap, it is possible to achieve an even higher level of accuracy or to bridge a larger range of fluctuations without any problems.

Auf der Zeichnung ist die Erfindung durch fünf Ausführungsbeispiele veranschaulicht. Jedes Beispiel ist durch eine schematische Skizze dargestellt, wobei die wesentlichen Teile der Einrichtungen durch symbolische Zeichen kenntlich gemacht sind. Die Figuren 1, 2 und 3 zeigen Anordnungen mit Quotientenmessern, und zwar erzeugt bei Fig. 1 der eine Lichtstrom einen Gleichstrom, der zweite einen Wechselstrom, bei Fig. 2 erzeugen beide Lichtströme je einen Wechselstrom, jedoch mit unterschiedlicher Frequenz und beim dritten Beispiel erzeugen die beiden Lichtströme Wechselströme gleicher Frequenz, jedoch mit im 90 versetzter Phase. Die Figuren 4- und 5 zeigen Ausführungsarten mit automatischer Verstärkerregelung und einem einfachen Anzeigeinstrument; dabei sorgt in Fig. 4. der Verstärkerregler für eine gleichbleibende Höhe dss Vergleichsphotostroms, während in Fig. 5 der Verstärkerregler mit Hilfe eines Motors unmittelbar auf die zugeführte Lichtmenge einwirkt. Die in den verschiedenen Beispielen wiederkehrenden Teile sind einheitlich mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the drawing, the invention is illustrated by five exemplary embodiments. Every example is represented by a schematic sketch, wherein the essential parts of the facilities are identified by symbolic signs. Figures 1, 2 and 3 show arrangements with quotient meters, and Although in FIG. 1 one luminous flux generates a direct current, the second an alternating current, in FIG. 2 Both luminous fluxes generate an alternating current each, but with a different frequency and with the third In the example, the two luminous fluxes generate alternating currents of the same frequency, but with a phase offset in 90 degrees. FIGS. 4 and 5 show embodiments with automatic gain control and a simple display instrument; in Fig. 4, the amplifier regulator ensures a constant level of the comparison photocurrent, while in Fig. 5 the amplifier controller with the help of a motor directly to the supplied Amount of light acts. The recurring parts in the various examples are identical to the provided with the same reference numerals.

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Das toil einer GrlüMaEpe a ausgehende Licht wird äurch einen Monochromator b hindurch, einem Spiegelsystem c zugeführt, das das ankommende Licht durch eine geometrische oder physikalische Strahlenteilung in zwei etwa gleiche Lichtströme aufspaltet. Mit Hil fe von üinlenkspiegeln c.j und C₂ werden die beiden Lichtströme ungefähr parallel zueinander weitergeleitet und über weitere Umlenkspiegel d- und dg einem Spiegelsystem d zugeführt, das die "beiden Lichtströme wieder vereinigt und auf eine gemeinsame Photozelle e leitet. Auf dem Wege von c, zu d- durchsetzt das obere Lichfbüschel eine su messende Probe f. Hinter der Photozelle ist in allen Fällen ein Verstärker g angeschlossen.The light emanating from a Green Mask a is fed through a monochromator b, a mirror system c, which splits the incoming light into two roughly equal luminous fluxes by means of a geometric or physical beam splitting. With Hil fe of üinlenkspiegeln cj and C _2, the two light fluxes are passed approximately parallel to each other and d- via further deflection mirror and dg supplied d, which combines the "two light streams again and forwarded to a common photocell e a mirror system. On the way from c , to d- the upper bundle of light penetrates a sample to be measured f. In all cases, an amplifier g is connected behind the photocell.

Die weiteren Einzelheiten sind nun in den einzelnen Beispielen verschieden. Bei Fig. 1 befindet sich zwischen den Umlenkspiegoln Cp und d« eine Sektorenblende hj dadurch entsteht in der Photozelle i neben dem durch den oberen Lichtstrom erzeugten Gleichstrom ein Wechselstrom entsprechend der Frequenz der Sektorenblende. Die beiden Ströme werden hinter dem Verstärker g durch bekannte Mittel (Drosselfilter, bezwo Kondensator) getrennt und nach Gleichrichtung des Wechselstroms einem Quotientenmesser izugeführt, an dem unmittelbar das Verhältnis der beiden Photoströme und damit die Absorption der Probe f abgelassen werden kann.The further details are now different in the individual examples. In Fig. 1 is located between the Cp and Umlenkspiegoln d "a sector shutter characterized hj an alternating current generated in the photoelectric cell i in addition to that produced by the upper light flux direct current corresponding to the frequency of the sector shutter. After the amplifier g, the two currents are separated by known means (throttle filter, bezwo capacitor) and, after the alternating current has been rectified, fed to a quotient meter from which the ratio of the two photocurrents and thus the absorption of the sample can be drained.

Beim zweiten. Beispiel £lig. 2) befindet sich sowohl in dem oberen Lichtweg zwischen den Umlenkspiegeln c. "und d^, als auch, im unteren Lichtweg zwischen Cp und dp je eine Sektorenblende h.. bezw. hp,· die in ihrer Frequenz merklich verschieden sind _r 'In der Photozelle e werden hierdurch zwei Wechselströme mit entsprechenden Frequenzen erzeugt, die hinter dem Verstärker g durch elektrische Filter getrennt und nach Gleichrichtung wiederum, einem Quotientenmesser i zugeführt werden, der das Verhältnis der beiden Ströme anzeigt οAt the second time. Example £ lig. 2) is located both in the upper light path between the deflecting mirrors c. "and d ^, as well as, in the lower light path between Cp and dp each a sector diaphragm h .. and hp, · which are noticeably different in frequency _r 'In the photocell e, two alternating currents with corresponding frequencies are generated behind the amplifier g separated by electrical filters and, after rectification, again fed to a quotient meter i, which indicates the ratio of the two currents ο

In Pig. 3 befindet sich zwischen den TTmlenkspie-* geln ο., und d.., bezw.. Cp und ä₀ eine Sektorenblende h-, .die gleichzeitig auf beide Lichtwege einwirkt und so angeordnet ist, daß die erzeugten Frequenzen in den beiden lichtwegen in ihrer !hase um 90 zueinander versetzt sind* Dem entsprechend sind auch die in der Photozelle e erzeugten Wechselströme in ihrer Phase um 90 versetzt» Hinter dem Verstärker g werden die beiden Wechselströme mittels phasenabhängiger Gleichrichter getrennt und sodann wiederum einem Quotientenmesser i zugeleitet.In Pig. 3 is between the TTmlenkspie- * geln ο., And d .., respectively .. Cp and ä ₀ a sector diaphragm h-, .which acts simultaneously on both light paths and is arranged so that the frequencies generated in the two light paths in their phase are offset by 90 to each other

Bei dem vierten Beispiel (Pig» 4-) ist nur im unteren Lichtweg zwischen den ünlenkspiegeln Cp und dp eine Sektorenblende h vorgesehen. Ss wird also in der Photozelle e durch den die· Probe durchsetzenden lichtstrom ein Gleichstrom und durch den Vergleichslichtstrom ein Wechsels Drom erzeugt. Hinter dem ge-In the fourth example (Pig » 4-) a sector diaphragm h is only provided in the lower light path between the deflecting mirrors Cp and dp. A direct current is generated in the photocell e by the luminous flux passing through the sample and an alternating drom is generated by the comparative luminous flux. Behind the

meinsamen Verstärker g· 1st in diesem !Falle-ein automatischer Yerstärkerregler k angeschlossen, der den Vergleichsphotostrom auf gleichbleibender Höhe hält und stets "bei jeder Veränderung auch den Photostrom des oberen lichtwegs in gleicher Weise beeinflußt, so daß das Verhältnis der beiden Photostuöme unverändert bleibt. Der verstärkte Gleichstrom wird einem Anzeigeinstrument m zugeführt, dessen Ausschlag die Größe des erzeugten Gleichstroms und damit ebenfalls die gesuchte Absorption anzeigt.common amplifier g · 1st in this! case - an automatic Power controller k connected, which keeps the comparison photocurrent at a constant level and always "with every change also influences the photocurrent of the upper light path in the same way, so that the ratio of the two photo currents remains unchanged remain. The amplified direct current is fed to a display instrument m whose deflection is the The size of the direct current generated and thus also the absorption sought.

Bei Jig. 5 ist die Anordnung im Wesentlichen die gleiche wie bei lig. 4j es werden lediglich die von dem automatischen Verstärkerregler bewirkten Impulse dazu benützt, mit Hilfe eines Elektromotors m die Lichtdurchtrittsquerschnitte des Monochromators b so zu beeinflussen, daß der erzeugte Vergleichsphotostrom unverändert bleibt.At Jig. 5 the arrangement is essentially the same as in lig. 4j only the pulses produced by the automatic amplifier controller are used to influence the light passage cross-sections of the monochromator b with the aid of an electric motor m in such a way that the comparison photocurrent generated remains unchanged.

Claims

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of a common traffic booster * geksmizeiclsaei; durcit such Ansbildimg _r Dab gleiölsieitig LichtsfcrOTie '; the radiation receiver falls on

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Expectations

1. Device for light-electrical determination

the ratio of two luminous fluxes with the help of one

/ '.
The radiation receiver, which is jointly influenced by both luminous fluxes, and the common amplifier, characterized by a display device, by which the ratio of the photocurrents generated is displayed directly »

2. Device according to claim 1, characterized in that as a display device for the ratio sought a quotient meter is used for the two photocurrents.

3. A device according to claim 2, characterized in that the one light stream acts continuously on the radiation receiver and thereby causes a direct current, while the second light flux is given a certain frequency by interrupting devices and thus a Yi alternating current is generated, and that then the two photocurrents at the amplifier output after rectification of the alternating current are fed to the quotient meter.

4. Device according to claim 2, characterized in that that the two light currents given a different frequency and the generated photocurrents after separation and rectification are carried out to the quotient meter *

-10- ftf -10- ftf

5 * facility according to: claim. 2 _? characterized in that the two luminous fluxes have the same frequency, but with a different phase, preferably with a phase difference * of 90 °, and the photocurrents generated are fed to the quotient meter after separation and rectification.

6. Device according to claim 1, characterized in that the comparison photocurrent is kept at a constant level with "known means of automatic gain control and the photocurrent to be measured is always influenced in the same way.

7. Device according to claim 6, characterized in that the means for automatic gain control act directly on the light source common to both luminous fluxes.

8. Device according to claim 6 or 7, characterized in that regardless of the automatic Amplifier control the two photocurrents are fed to a quotient meter «

Btt / Ack
510751