DE1772324C - Analysator fur Strahlungsenergie - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Analysatoren für einer Dämpfungsvorrichtung, wie z. B. dem Kamm Strahlungsenergie, wie z. B, Spektralphotometer, und 24, der von einem Servomotor 25 in den Vergleichsspeziell betrifft sie eine verbesserte Regelung der weg hineinbewegt oder aus dem Vergleichsweg her-Aufzeichnungsgenauigkeit für solche Analysatoren. ausgezogen wird.

Aus dem USA.-Patent 3 176 576 (deutsches Patent S Der Monochromator 12 besteht aus einem passen-

1 202 526) derselben Patentinhaberin ist eine Rege- den dispergierenden Element, wie z, B. aus einem

lung der Aufzeichnungsgenauigkeit bei optischen Prisma 27, und einem Spalt 28, der nur einen kleinen

Zweistrahl-Spektralphotometern bekannt. Um den Teil des dispergieren Strahles durchläßt, so daß er

Hilfsregelkreis, den servomechanischen Kreis für die auf den Detektor 13 auftreffen kann. Wenn das di-

Dämpfungsvorrichtung und den Kreis zum Durch- xo spergierende Element von dem Durchlaufmotor 29

laufen der Wellenlängen elektrisch voneinander zu gedreht wird, wird das gesamte auszumessende Spek ·

trennen, wurden in der bekannten Einrichtung Photo- trum am Spalt 28 vorbeibewegt. Der Durchlaufmotor

dioden in dem Unterdrückungskreis der Integrations- wird von einer Steuerstufe 30 bewegt, die gewöhnlich

stufe und in dem Kreis zur Unterdrückung der so ausgelegt ist, daß der Durchlaufmotor mit einer

Durchlaufgeschwindigkeit verwendet. Diese Photo- 15 konstanten Geschwindigkeit läuft. Eine planmäßige

dioden wurden mit der Strahlungsenergie von einer Änderung in der Durchlaufgeschwindigkeit beim

daran anliegenden Lampe beaufschlagt. Das oben- Durchlaufen des Spektrums kann zweckmäßig sein

erwähnte System arbeitet befriedigend. Es wird aber und wird gewöhnlich dadurch erreicht, daß der

ein Leistungsverstärker zum Betreiben der Lampe Durchlaufmotor an das dispergierende Element über

benötigt. Auch wirkt sich die notwendig damit ver- ao passend ausgestaltete Nockenmittel angeschlossen ist.

bundene theimische Zeitverzögerung, die mit der Das Ausgangssignal des Detektors 13 ist proportio-

Lampe zusammenhängt, nachteilig aus. nal zu der Differenz der Intensität der Strahlung, die

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Auf- über den Meßweg und über den Vergleichsweg angabe zugrunde, einen verbesserten Unterdrückungs- kommt, wobei d*s Differenzsignal zyklisch mit der regelkreis für die Durchlaufgeschwindigkeit und die as Frequenz der Umschaltung des Strahlenganges vari-Integrationsstufe zu schaffen, in dem der oben- iert.

erwähnte Leistungsverstärker nicht mehr gebraucht Das Ausgangsignal des Detektors 13 ist mit einem wird und der nicnt mehr die thermische Zeitverzöge- Verstärker 33, einem Demodulator 34, einer Interung aufweist, die mit der Lamp verbunden ist, und grationsstufe 35 und **inem Servoverstärker 36 für der doch die gewünschte elektrische Trennung zwi- 30 den Kamm verbunden. Das Ausgangssignal des Verschen den Unterdrückungsregelk: .:isen für die Inte- stärkers 36 treibt den Servomotor 25 für die Dämpgrationsstufe und die Durchlaufgeschwindigkeit, den fungsvorrichtung, wobei der Verstärker und der Moservomechanischen Kreis für den Kamm und den tor in bekannter Weise als servomechanischer Kreis Kreis für den Durchlaufmotor gewährleistet. für die Dämpfungsvorrichtung wirken. Das Aus-

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß ein 35 gangssignal des Motors für die Dämpfungsvorricherstes und ein zweites isoliertes Halbleitertor vorge- tung ist ein Maß für die Absorption an der die zu sehen sind, von denen das erste mit seinem Eingang untersuchende Substanz enthaltenden Zelle und kann und seinem Ausgang parallel zu dem Eingang des wie üblich dazu benutzt werden, einen Schreiber oder Servoverstärkers für den Durchlaufmotor geschaltet ein anderes passendes Ausgangsgerät anzutreiben,
ist und das zweite mit seinem Eingang und seinem 40 Der Demodulator 34 wird synchron mit der UmAusgang parallel zu dem Widerstand in dem RC- schaltung der Lichtwege durch die Spiegel 14 und 15 Glied zur Veränderung der Zeitkonstante der Inte- gesteuert und wandelt das aus einem Wechselstrom grationsstufe geschaltet ist, und daß der Generator bestehende Dißerenzsignal in ein Gleichstromsignal für das Steuersignal mit dem Generatorkreis für das mit einer Amplitude um, die proportional zu der Dif-Differenzsignal gekoppelt ist zwecks Erzeugung eines 45 ferenz der Intensitäten des Vergleichstrahles und des Steuersignals, dessen Amplitude als Funktion des Meßstrahles entspricht. Das Gleichstromdifferenz-Diffcrenzsignals variiert, und daß das Steuersignal mit signal hat eine Polarität, die die relativen Werte der der Steuerelektrode des ersten und zweiten isolierten intensität des Meßstrahles und des Vergleichstrahles Halblcitertores zum Verändern seiner Impedanz ver- zueinander anzeigt. Die Integrationsstufe 35 ist im bunden ist. 50 allgemeinen ein Tiefpaßfilter, welches die Ansprech-

Zum besseren Verständnis wird ein optischer Schnelligkeit des servomechanischen Regelkreises für Zweistrahl-Spektralphotometer mit der erfindungs- die Dämpfungsvorrichtung begrenzt und die Empfindmiißigen Regelung der Aufzeichnungsgenauigkeit an lichkeit des Instrumentes gegenüber schnellen Signal-Hund der Zeichnung als Ausführungsbeispiel be- Schwankungen in dem Differenzsignal, wie sie im allsehricben. SS gemeinen als Störsignale auftreten, beschränkt. Die

In der Zeichnung ist ein Zweistralhl-Spektralphoto- Zeitkonstante des Tiefpaßfilters wird so gewählt, daß

meter dargestellt, das aus einer Strahlungsquelle 10, man einen Kompromiß zwischen maximaler An·

einer Einrichtung 11 zum Umschalten des Strahles, Sprechgeschwindigkeit des Gerätes und dem Störpegel

einem Monochromator 12 und einem passenden Dc- erreicht. Die einfachste Ausführungsform einer sol·

tüktor 13 für die Strahlungsenergie besteht. Das Sy- 60 chcn Integrationsstufe, die oft Verwendung findet, ist

stern zum Umschalten des Strahles besteht aus zwei ein ÄC-Fiiter, das aus einem Längswiderstand 3*5

halben Spiegeln 14 und 15, die synchron von einem und einer Querkapazität 39 besteht. Der Widerstand

Antriebsmotor (nicht gezeigt) betrieben werden, und 38 kann einstellbar sein oder aus mehreren Wider-

fcstcii Spiegeln 16 und 17, die den Mcßwug IM und stünden auswählbar sein, um eine veränderliche oder

den Verglciehsweg 19 bilden. Eine die zu unter- 65 wählbare Zeitkonstantc der Intcgrationsstufe zu cr-

•iiichunde Substanz enthaltende Zelle 22 liegt in dem halten.

Meßwug. Hine Vergleichszelle 23 kann eventuell in Es ist bekannt, und es geht auch aus der oben*

f/fn Vergleichsweg eingebracht werden zusammen mit crwähnien USA.-Paieiitschrift 3 176 576 hervor, daß

3 4

es oft wünschenswert ist, den Durchlaufmotor mit Hälfte des Ausgungssigmils ties Verstärkers 45 durchemer hohen Geschwindigkeit zu betreiben und die gelassen wird. Es ist zu beachten, da« die voran-Integrationsslufe wegzulassen (oder die Zeitkonstante gegangenen Stufen ein negatives, d, h. einpoliges, sehr klein zu machen), so daß die vollständige Spek- Steuersignal erzeugt haben mit einer Amplitude, die tralanalyse in einer relativ kurzen Zeit und mit gro- 5 als Funktion der Amplitude des GleichslrcmcüHefler Genauigkeit in dem aufgezeichneten Ausgangs- renzsignals von dem Demodulator 34 sowohl für Signa aufgenommen wird. Das Auftreten von Stör- positive als auch für negative Polarität des Ausgangssignalen macht aber gewöhnlich die Integrationsstufe signals des Demodulators variiert. Das Steuersignal nötig, die jedoch die Ansprechgeschwindigkeit der wird von einem Speicherkreis, der aus einem Kcnservomechanischen Schaltung herabsetzt. Wenn große io densator 48 und einem variablen Widerstand 49 be-Differenzsignale erzeugt werden, bleibt die servo- steht, an einen Schalter 51 weitergegeben, der dazu mechanische Anordnung hinter dem System zum dient, das Steuersignal entweder an den Unterdrük-Durchlaufen des Spektrums zurück, und es ergeben kungskreis für die Durchlaufgeschwindigkeit oder sich Fehler in der Aufzeichnungsgenauigkeit des Si- an den Unterdrückungskreis für die Integrationsstufe gnals. Das obenerwähnte Patent lehrt, daß Aufzeich- 15 weiterzugeben. Der Widerstand 49 des Speichernungsfehler reduziert werden können, dadurch, daß kreises ist variabel, um einstellen zu können, wie die Geschwindigkeit des Motors zum Durchlaufen lange die Unterdrückung nach dem Empfang des des Spektrums herabgesetzt wird, wenn starke Diffe- Differenzsignals wirksam'ein soll. Wenn der Schalter renzsignale in der servomechanischcn Schaltung für 51 das Steuersignal dem Umerdrückungskreis für die das Dämpfungsglied auftreten, oder dadurch, daß die ao Durchlaufgeschwindigkeit zuführt, verhindert der Zeitkonstante der Integrationsstufe so geregelt wird, Speicherkreis eine plötzliche Beschleunigung des daß diese Zeitkonstante verringert wird, wenn diese Durchlaufmotors bei der Spitze eines scharfen Abgroßen Differenzsignale auftreten, so daß die An- sorbtionsbandes, wo das Differenzsignal von dem Sprechgeschwindigkeit der servomechanischen Schal- Demodulator 34 notwendigerweise auf Null absinken tung für das Dämpfungsglied wächst und so einen as und seine Polarität ändern muß. Die Wirkung des schnellen und genauen Nullabgleich durch das Speichel kreises ist dieselbe, wenn der Schalter 51 Dämpfungsglied gestattet. Wenn der Spektroskopiker das Steuersignal dem Unterdrückungskreis für die den Analysator mit einer relativ hohen Durchlauf- Integrationsstufe zuführt, und verhindert unter dengeschwindigkeit betreiben will, wird er gewöhnlich selben Bedingungen, daß die Zeitkonstante plötzlich eine relativ kurze Zeitkonstante für die Integrations- 30 auf ihren ursprünglichen Wert zurückkehrt,
stufe wählen und die Geschwindigkeitsunterdrückung In der Antriebsstufe 30 für den Durchlaufmotor benutzen, um die Aufzeichnungsgenauigkut zu ver- wird der Durchlaufmotor 29 von einem Verstärker hessern. Wenn das Instrument aber bei einer relativ 60 angetrieben. Der Eingang des Verstärkers wird geringen Durchlaufgeschwindigkeit und mit einer von einer Wechselstromquelle über den Transformarelativ langen Zeitkonstante betrieben wird, kann 35 tor 61, einen Widerstand 62 mit Abgriffpunkten und eine Unterdrückung der Integrationsstufe vorteilhaft die Längswiderstände 63 und 64 gespeist. Die gesein, um die Aufzeichnungsgenauigkeit zu verbes- wünschte Durchlaufgeschwindigkeit wird durch die sern, ohne die Störsignale in den aufgezeichneten Wahl eines bestimmten Abgriffpunktes an dem Spektren zu erhöhen. Widerstand 62 eingestellt. Die Durchlaufgeschwindi?-

In der Zeichnung ist eine verbesserte Regelung 40 keit des Motors wird durch eine Gegenkupplung von im Sinne einer Unterdrückung für die Geschwindig- Generator 65 über den Widerstand 66 stabilisiert,
keit des Durchlaufmotors und für die Integrations- Der Unterdrückungskreis für die Durchlaufstufe gezeigt. Das zweipolige Gleichstromdifferenz- geschwindigkeit besteht aus einem isolierten Halbsignal von dem Demodulator 34 wird an einen regel- leite^rtor 52, dessen Eingang und Ausgang als Nebenbaren Signalgenerator 40 weitergegeben mittels einer 45 Schluß /.u dem Eingang des Servoverstärkers 60 ge-Filterstufe 42 r.r.t kurzer Zeitkonstante. Die Zeit- schaltet sind. Dafür kann speziell ein Metalloxydkonstante des Filters 42 wird groß genug gewählt, Halbleiter - Feldeffekttransistor verwendet werden, damit er jegliche Zerhackerfrequenzkomponente in Seine Ausganp,selektrode wird dann mit der Verbindern demodulierten Differenzsignal wirkungsvoll fil- dung zwischen den Widerständen 63 und 64, seine tert, sie ist jedoch kurz im Vergleich zu der kür- 5° Quellelektrode mit Erde verbunden. Die Torelektrode zesten Zeitkonstante der Integrationsstufe 35, so daß des Halbleiters ist mit dem Schalter 51 verbunden, die Unterdrückung der Durchlaufgeschwindigkeit In ähnlicher Weise kann der Unterdrückungskreis oder der Integrationsstufe stattfindet, bevor der für die Integrationsstufe aus einem isolierten HaIbservomechanische Antrieb der Dämpfungsvorrich- leitertor *3 bestehen, das mit seinem Eingang und tung das Differenzsignal empfängt, so daß eine Ver- 5: mit seinem Ausgang parallel zu dem Widerstand 38 zerrung in der Aufzeichnung der Absorbtionsspek- in der Integralionsstufe 35 geschaltet ist und dessen tren vermieden wird, was andernfalls vorkommen Torelektrode mit dem anderen Anschluß des Schalkönnte, ters 51 verbunden ist. Bei beiden Kreisen ist die Ba-

Die gefilterten Gleichstromdifferenzsignale, die, sisclektrode nicht angeschlossen,

wie bereits erwähnt, negativ oder positiv sein können, 60 Unter einem »isolierten Halblcitertor« soll in die-

werden von dem Modulator 43 in ein Wechselstrom- scm Zusammenhang eine Halbleitercinrichtung ver-

differenzsignal passender Frequenz umgewandelt und standen werden, bei der die Impedanz zwischen dem

über ein Regelgiied für das Unterdriickungsniveau Eingang und dem Ausgang von einer Spannung an

oder den Potentiometer 44 für die Verstärkung»' der Steuerelektrode gesteuert wird und die keinen

regelung einem Wechselstromverstärker 45 zugeführt, 65 nennenswerten Strom an der Steuerelektrode zieht.

Diis Ausgangssignal des Verstärkers 45 durchläuft Da an der Steuerelektrode nur ein Potential benötigt

einen Halbwellcngleichricriter, bestehend nus der wird, wird der Bedarf für isolierende Kupplungs-

Diode 47, der so ausgelegt ist, daß nur die negative mittel in dem Steuersignalgcncrator für die Unter-

drückung verringert. Da an der Steuerelektrode kein Strom gezogen wird, kann auch keine Ladung von dem Kondensator 48 durch den UntcrdrUckungskreis abgezogen werden, so daß die Speicherzeit altein von dem einstellbaren Widerstand 49 bestimmt wird. Hs S könnten auch andere Halblcitcrtypcn verwendet werden, die jedoch Leistung in Form eines Stromes an der Steuerelektrode brauchen. Wenn solche Elemente verwendet werden, muß eine elektrische isolierende Kopplung in den Generator 40 für das Steuersignal aufgenommen werden. Weiterhin führt bei diesen Arten von Einrichtungen der Strom an der Steuerelektrode Ladung von dem Kondensator ab, bis sie abschalten. In diesem Moment wird der Strom, der abgeführt wird, kleiner, und der Einfluß des Wider- ij Standes in dem Speicherkreis wirkt sich stärker aus. so daß sich eine veränderliche Speichcr/eit ergibt, die nicht mit hinreichender Genauigkeit von dem Widerstand des Speicherkreises kontrolliert werden kann. Die Mctalloxyd-Halblcitcr-FeldefTekttransisto- ao rcn sind Beispiele von geeigneten isolierten Halbleitertoren. Obwohl Komponenten vom P-Kanaltyp gezeigt wurden, können auch N-Kanaltypen bei entsprechender Änderung der Vorspannung und der Polarität des Steuersignals verwendet werden. as

In Betrieb wird bei Auftreten eines Gleichstromdtfferenzsignals am Ausgang des Demodulators 34 ein negatives Steuersignal mit einer Amplitude erzeugt, die als Funktion der Amplitude des demodulierten Differenzsignals für beide Polaritäten dieses Signals variiert. Das Steuersignal ladet den Kondensator 48 negativ gegen Erde auf. Dieses negative Steuersignal wird der Steuerelektrode des isolierten Halbleitertores 52 oder von 53 zugeführt, je nach der Stellung des Schalters 51. Es bewirkt eine Verringerung der Impedanz zwischen der Eingangs- und der Ausgangsklemme dieser Einrichtungen. Wenn die Durchlaufgeschwindigkeit unterdrückt werden soll, reduziert die verringerte Impedanz des Halbleiters 52 gegen I-'rde die Amplitude des Wechselstromsignals für den Motor 29 und verringert so die Durchlaufgeschwindigkeit des durchlaufenden Motors 29 während der Dauer des DifTcrenzsignals und der Speicherzeit. Da die Impedanz des Halbleiters 52 umgekehrt proportional zu dem Steuersignal ist. ist der Betrag der Verringerung der Durchlaufgeschwindigkeit proportional zu der Größe des Differenzsignals vom Demodulator 34. Auf gleiche Weise wird die Zeitkonstante der Integrationsstufe 35 durch den Nebenschluß des parallel zu dem Widerstand 38 geschalteten Halbleiters 53 zur Unterdrückung der Integrationsstufe verringert, wobei die Größe dieser Reduktion durch die Amplitude des Steuersignals und durch seine durch den Widerstand 49 bestimmte Dauer gegeben ist.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   !. Analysator für Strahlungsenergie mit einer Strahlungsquelle, einem Vergleichsweg, einem Mcßwcg, einem Monochromator und einer Durchlaufvorrichtung für die Wellenlängen, der daher besteht aus einem Durchlaufmotor zum kontinuierlichen Verändern der Wellenlängen des Monochromator;, einer mit diesem Durchlaufmotor verbundenen Stciicrstufc 711m Betreiben des Diirchlaufmotors hei einer bestimmten Geschwindigkeit, die aus einem Servoverstärker zum Antreiben des Durchlaufmotors und einer Geschwindigkeitssteuerung zum Einstellen einer bestimmten Geschwindigkeit des Durchlaufmotors besteht, weiterhin aus einem Signalgeneratorkreis für ein elektrisches Differenzsignal, der aus einem Detektor für die Strahlungsenergie, einer Integrationsstufe und einer mit diesem Generatorkreis für das Diffcrenzsignai zum Variieren der Strahlintensität in einem der Strahlenwege verbundenen servomechanischen Vorrichtung, wobei ein RC-Glied in der Integrationsstufe zwischen dem Detektor und der servomechanischen Vorrichtung vorgesehen ist und die Integrationsstufe so ausgelegt ist, daß die Zeitkonstante des Filtergliedes eingestellt werden kann und so die Ansprechzeit der servomechanischen Vorrichtung gesteuert werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes und ein zweites isoliertes Halbleitertor vorgesehen sind, von denen das erste (52) mit seinem Eingang und seinem Ausgang parallel zu dem Eingang des Servoverstärkers (60) für den Durchlaufmotor geschaltet ist und das ; weite (53) mit seinem Eingang und seinem Ausgang parallel zu dem Widerstand (38) in dem ffC-GIied (35) zur Veränderung der Zeitkonstante der Integrationsstufe geschaltet ist, und daß der Generator für das Steuersignal mit dem Generatorkreis für das Differenzsignal gekoppelt ist zwecks Erzeugung eines Steuersignals, dessen Amplitude als Funktion des DifTerenzsignals variiert, und daß das Steuersignal mit der Steuerelektrode des ersten und zweiten isolierten Halbleitertores (52. 53) zum Verändern seiner Impedanz verbunden ist.
2. 2. Analysator für Strahlungsenergie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierten Halbleitertore Metalloxyd - Halbleiter-FelderTekttrariaistoren sind.
3. 3. Analysator für Strahlungsenergie nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator für das Steuersignal ein einpoliges Steuersignal mit einer Amplitude erzeugt, die als Funktion der Amplitude des Gleichstromdifferenzsignals variiert.
4. 4. Analysator für Strahlungsenergie nacft Anspruch 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Generator für das Steuersignal ein einpoliges Signal mit einer Amplitude erzeugt, die als Funktion der Amplitude des Gleichstromdifferenzsignals variiert und daß der Generator aus einem Modulator (43) zum Umwandeln des Gleichstromdifferenzsignals in ein Wechselstromdifferenzsignal besteht, das eine Amplitude hat, die als Funktion der absolut genommenen Amplitude des Gleichstromdifferenzsignals variiert, einem Verstärker (45). der mit dem Modulator (43) gekoppelt ist und das Gleichstromdiffcrenzsignal verstärkt, einem Gleichrichter (47). der an den Verstärker (45) koppelt ist und ein einpoliges Steuersignal lieft ., das eine Amplitude aufweist, die als Funktion des Gleichstromdifferenzsignals variiert, einem Speicherkreis (48. 49). der mit dem Gleichrichter (47) verbunden ist und eine ftC'-Zeitkonstante aufweist zwecks Speicherung des Steuersignals während einer Speicher/eil, die durch die ftC-Zcitkonslante gegeben ist.

   1 Bla't Zcichniinncn