DE1797327C2 - Gerät zur Messung des optischen Reflexionsvermögens bzw. der Durchlässigkeit. Ausscheidung aus: 1622484 - Google Patents

Description

Aussendung kurzzeitiger Lichtimpulse hoher

Intensität und niedriger mittlerer Energie

ausgebildet ist, a₅

b) daß die photoelektrischen Elemente (65, 66; Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Messung des 65/4) mit Detektoren (71, 76; 89) zur Er- optischen Reflexionsvermögens bzw. der Durchlässigmittlung der Amplituden der zu den beiden keit einer Vielzahl von Objekten, in welchem das von unterschiedlichen Lichtwellenlängen gehören- einer spektral breitbandiges Licht aussendenden den elektrischen Impulse verbunden sind, 30 Lichtquelle auf jeweils eine bestimmte Fläche der und daß die Detektoren mit einem Differenz- Objekte geleitete und von den Objekten reflektierte verstärker (80; 52) zur Bestimmung der Am- bzw. durchgelassene Licht zeitlich oder räumlich in plitudendifferenz verbindbar sind, zwei Lichtimpulsen oder -Impulsfolgen unterschied-

c) daß Schaltungsmittel (98 B, 50, 51) zur Nor- licher Wellenlänge aufgetrennt wird, die in mindestens mierung der zu messenden Amplitudendiffe- 35 einem photoelektrischen Element in elektrische Imrenz bezüglich der Amplitude eines der bei- pulse oder Impulsfolgen entsprechender Amplitude den unterschiedlichen Lichtwellenlängen zu- umgewandelt und in einer mit dem photoelektrischen geordneten Impulse vorgesehen sind und Element verbundenen Schaltungsanordnung und An-

d) daß zur Auslösung der Lichtimpulse und der Zeigevorrichtung miteinander verglichen werden.

zu jedem Impuls oder jeder Impulsfolge ge- 40 Es ist ein Gerät dieser Art bekannt (USA.-Patenthörenden Amplitudendifferenzmessung die schrift 2 856 811), welches eine kontinuierliche Licht-Impulslichtquelle (10, 196) und die Ver- quelle enthält. Das von dieser Lichtquelle ausgegleichsschaltung (72, 73, 80; 89, 52) in an sandte Licht wird in mindestens crei Lichtbündel aufsich bekannter Weise durch eine mit einer gespalten, die von einer entsprechenden Zahl an Fördereinrichtung (60, 60 T) für die Objekte 45 Photoelementen empfangen werden. Die durch zwei (62) zusammenwirkende Synchronisations- Farbfilter geleiteten und von zwei entsprechenden einrichtung (90, 91, 92, 93; 67, 94, 95, 96, Meßzellen aufgenommenen Lichtbündel werden 97, 150) ansteuerbar sind. durch eine Unterbrecherscheibe abwechselnd in regel-

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn- mäßigen Zeitabständen unterbrochen, während das zeichnet, daß die Schaltungsmittel zur Normierung 50 auf die dritte Photozelle geleitete Bezugslichtbündel der Amplitudendifferenz ein Verstärkerelement nicht unterbrochen wird, solange eine der beiden erst- (65/4) aufweisen, dessen Verstärkungsgrad mittels genannten Photozellen mit Licht beaufschlagt ist. Auf einer Gegenkopplungsschaltung (50, 51) im um- diese Weise werden mit Hilfe einer geeigneten Schalkehrten Verhältnis zur Amplitude eines der beiden tung die Intensitäten der durch die Farbfilter geleitezu unterschiedlichen Lichtwellenlängen gehören- 55 ten Lichtbündel jeweils abwechselnd mit der Intensiden Impulse regelbar ist (F i g. 2). tat des Bezugslichtbündels verglichen. Da das Be-

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekenn- zugslichtbündel jeweils das gleiche ist, läßt sich daraus zeichnet, daß in den optischen Strahlengang ab- ein Vergleich der Intensitäten der Farbsignale unterwechselnd zwei Farbfilter (A, B) einbringbar sind, einander ableiten. Um eine eindeutige Aussage zu wobei ein einziges photoelektrisches Element 60 erhalten, ist jedoch vor jeder Messung eine umständ- (65/4) vorgesehen ist, dessen Ausgang abwech- liehe Eichung des Geräts an Hand eines in den Strahselnd mit dem Eingang des jeweils entsprechen- lengang einzuführenden Eichkörpers erforderlich. Das den Detektors (89, 50) verbindbar ist, und daß bekannte Gerät ist vornehmlich zur kontinuierlichen das abwechselnde Einbringen der Farbfilter (A, B) Messung der Durchlässigkeit bzw. des Reflexionsverdas abwechselnde Verbinden des Photoelement- 65 mögens für mehrere Wellenlängen eines in seiner ausgangs mit den Detektoreingängen (89, 50) Farbe variierenden Objektes, z. B. einer vorbeiströdurch die Synchronisationseinrichtung (67, 94, menden Flüssigkeit, geeignet. Die absolute Durch-95. 96, 97. 150) steuerbar ist (Fig. 2). lässigkeit bzw. das absolute Reflexionsvermögen des

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Objekts muß bei diesem Gerät allerdings wegen der stanzen wie z. B. Gemüse, Obst, tierische und menschbegrenzten Empfindlichkeit der Piotoelemente rela- liehe Gewebe usw. Verwendung. Hierbei erfolgt eine tiv groß sein. Die Intensität der kontinuierlichen Bewertung dieser Gegenstände durch Messung des Lichtquelle kann nicht beliebig gesteigert werden, da Verhältnisses der Impulslichtdurchlässigkeiten bei sonst das zu durchstrahlende Objekt auf unzulässige 5 den beiden unterschiedlichen Wellenlängen.
Temperaturen aufgeheizt werden könnte. Außerdem In der Zeichnung sind zwei bevorzugte Ausfühist es mit dem bekannten Gerät nicht möglich, Re- rungsformen des Gegenstandes der Erfindung in flexions- oder Absorplions-Messungen an sich rasch schematischer Weise dargestellt. Es zeigt
bewegenden Körpern vorzunehmen, wie beispiels- F i g. 1 ein vereinfachtes optisches und elektrisches weise an bedruckten Papierbahnen. io Blockschaltbild eines Impulslichtphotometers zur Ferner ist ein Verfahren zur vergleichenden Mes- Messung der Lichtdurchlässigkeitscharakteristik von sung der Absorption zweier Lösungen bekannt, bei Obst unter Verwendung eines dichroitischen Spiegels, dem zwei senkrecht zueinander polarisierte mono- F i g. 2 eine abgewandelte Ausführungsform, bei chromatische, um 180° phasenverschobene Strahlen- der zwei Farbfilter abwechselnd in den Strahlengang bündel je ein absorbierendes Medium durchsetzen und 15 eingebracht werden.

anschließend in eine Ulbrichtsche Kugel eintreten, in Hochintensive, kurzzeitige Lichtimpulse von einer der die beiden Strahlenbündel von einer Photozelle einwandfrei synchronisierten Blitzlichtlampe 10 mit empfangen werden. Durch Verdrehen des die Polari- breitem Spektrum werden durch die Kondensatorsation hervorrufenden Nicols kann dabei das Verhält- linsen 61 auf die obere Fläche jedes auf dem schnellnis der Intensitäten der beiden Strahlenbündel belie- ao laufenden Transportband 60 vorbeiwandernden Apbig geändert werden, so daß man die Absorption der fels 62 konzentriert (Fig. I). Der durch den Apfel beiden Medien kompensieren und damit messen kann. übertragene Lichtimpuls wird durch die Linse 63 auf Dieses mit einer kontinuierlichen Lichtquelle arbei- die empfindlichen Oberflächen der Photozellen 65 und tende Verfahren kann ebenfalls nur mit relativ gerin- 66 konzentriert. Ein Spiegel 67 kann mit einem digen Lichtintensitäten durchgeführt werden. Ferner ist as chroitischen Überzug (Zweifarbenüberzug) versehen auch dieses Verfahren nicht zur Durchführung fort- sein, so daß er eine vorbestimmte Wellenlänge oder laufender Messungen an sich schnell bevegenden ein vorbestimmtes Lichtenergieband auf die Photo-Objekten geeignet. zelle 65 reflektiert, während er die übrigen Wellen-Weiter ist es bei Geräten zur optischen Inspektion längen oder das übrige schmale Lichtenergieband auf von durchsichtigen, auf einem Förderband transpor- 30 die Photozelle 66 überträgt. Die Qualität des Apfels tierten Gegenständen, wie beispielsweise Flaschen, an 62 wird dadurch genau bewertet, daß man die Durchsich bekannt (USA.-Patentschrift 2 798 605), Impuls- lässigkeit für Licht mit einer Wellenlänge, von der lichtquellen sowie eine mit der Fördereinrichtung bekannt ist, daß sie durch im Innern befindliche-; zusammenwirkende Synchronisationseinrichtung zur Chlorophyll stark gedämpft wird (d. h. 675 nm), mit Steuereinrichtung der Lichtquellen sowie der Förder- 35 der Durchlässigkeit für Lichtenergie vergleicht, deren anlage zu verwenden. Wellenlänge die geringste Dämpfung (d. h. 700 oder Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ge- 800 nm) hat. Andere Qualitätsmerkmale von Nahrät zur Bestimmung der relativen Durchlässigkeit bzw. rungsmitteln können dadurch bewertet werden, daß des relativen Reflexionsvermögens bezüglich zweier man die Lichtdurchlässigkeitswerte bei anderen vor-Lichtwellenlängen an einer Vielzahl von diskreten 40 bestimmten verschiedenen Wellenlängen vergleicht Objekten zu schaffen, welches auch bei verhältnis- oder zueinander in ein Verhältnis setzt. So ist beimäßig kleinen absoluten Durchlässigkeiten oder Re- spielsweise bekannt, daß der Feuchtigkeitsgehalt von flexionsvermögen der Objekte noch zuverlässige Meß- Äpfeln ein bedeutender Faktor bei der Bewertung ergebnisse liefert, und welches zudem eine autorna- ihrer Lagerungsfähigkeit ist. Bei dem in Fig. 3A getische Durchführung der Einzelmessungen zuläßt. 45 zeigten Gerät kann der Spiegel 67 mit einem teilweise Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 ge- reflektierenden Überzug versehen sein, und geeignete kennzeichnete Kombination von Merkmalen gelöst. Filter 65F und 66F können vor Photozellen 65 und Die Verwendung einer Impulslichtquelle bringt den 66 eingesetzt sein, so daß beispielsweise diejenige Vorteil mit sich, daß mit verhältnismäßig gleichmäßi- Lichtwellenlänge, von der bekannt ist, daß sie am gen Lichtimpulsen großer Intensität gearbeitet werden 50 stärksten von Wasser absorbiert wird (0,97 oder kann, ohne daß das Objekt sich nachteilig auswir- 1,94 Mikron), der Photozelle 65 zugeleitet wird, wähkende hohe Temperaturen annimmt. Durch die Ver- rend Lichtenergie mit einer Wellenlänge um 700 nm Wendung von Schaltungsmitteln zur Normierung der (geringste Dämpfung) der Photozelle 66 zugeleitet zu messenden Amplitudendifferenz bezüglich der wird.

Amplitude eines der beiden unterschiedlichen Licht- 55 Die durch den Verstärker 70 verstärkten Ausgangswellenlängen zugeordneten Impulse ist eine Eichung impulse der Photozelle 65 werden in der Spitzendes erfindungsgemäßen Gerätes von der Durchfüh- amplitude durch den Spitzendetektor 71 gemessen und rung einer Messung grundsätzlich nicht erforderlich. im Kondensator 71C gespeichert. In gleicher Weise Insbesondere erübrigt sich die Verwendung spezieller werden die durch den Verstärker 75 verstärkten Aus-Eichkörper. Ein weiterer Vorteil des angemeldeten 60 gangsimpulse der Photozelle 66 in Spitzenamplitude Geräts gegenüber den bekannten Geräten besteht durch den Spitzendetektor 76 gemessen und im Kondarin, daß nur eines oder zwei photoelektrische EIe- densator 76C gespeichert. Die gespeicherten Ausmente zur Erfassung zweier Farben benötigt werden. gangssignale in den Kondensatoren 71C und 76 C Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus werden durch logarithmische Verstärker 72 bzw. 73 den Unteransprüchen. S₅ verstärkt, durch einen Differentialverstärker 80 in Das erfindungsgemäße Gerät findet bevorzugt bei ihrer Differenz verglichen, und das erhaltene Diffeder Feststellung bestimmter chemischer Stoffe und renz- oder Verhältnis-Ausgangssignal wird vom Kurdes physikalischen Zustands von organischen Sub- venschreiber 80(7 registriert.

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Zur Durchführung schneller Prüfungen wird jeder von der Kippschalung im gleichen Stromkreis zuge-

Apfel 62 mittels Schaumgummibacken 62 Γ in einer leitet werden.

Aussparung sicher festgehalten und zur schnellen Eine Gegenkopplungsschaltung ist zur genauen RePrüfung durch das Transportband 60 befördert. Die gulierung der Speisegleichspannung für die Photo-Blitzlichtlampe 10 ist einwandfrei synchronisiert, so 5 zelle 6SA (z. B. Photovervielfacher) in Abhängigkeit daß sie jeden vorbeiwandernden Apfel 62 einem ganz von einem ausgewählten Bruchteil des Photozellenkurzzeitigen Lichtimpuls mit hoher Leuchtstärke aus- ausgangssignals vorgesehen, das während des Fimpsetzt, und zwar mittels einer Geberspule 90, die das fangs eines Lichtimpulses mit Bezugswellenlänge cr-Vorbeigehen eines auf dem Transportband 60 mon- zeugt wird. Wie weiter unten ausführlicher erläutert, tierten Magneten 91 in einem vorbestimmten Abstand io besteht die Aufgabe der Gcgenkopplungs-Regulicrvon jeder Aussparung am Transportband 60 abfühlt. schaltung darin, eine wirksame Messung (in zeitlicher Durch den Geber 90 erzeugte elektrische Impulse Aufeinanderfolge) des Verhältnisses der Lichtdurchwerden dem Auslöseoszillator 85 zugeleitet, dessen lässigkeit eines gegebenen Materials bei einer be-Ausgangsimpuls die Entladung gespeicherter elektri- stimmten Wellenlänge zur Lichtdurchlässigkeit desscher Energie in der Impulsstromquelle 96 über die 15 selben bei einer zweiten Wellenlänge durch die Einzel-Lampe 10 auslöst. Da die durchschnittliche Ausgangs- photozelle zu bewirken.

Strahlungsenergie der Blitzlichtlampe gering ist, wird Zu diesem Zweck legt der Schalter 98/1 den Eincine Beschädigung der geprüften Gegenstände (z. B. gang des Demodulators 89 abwechslungsweise an die Apfel) vermieden. Gleichzeitig gewährleistet der hohe obere Klemme und an den Schleifer dee Belastungs-Spilzenlichtstrom der Lichtimpulse der Blitzlicht- 10 potentiometers R für die Photozelle. Die Phasenlage lampe eine genaue und zuverlässige Bewertung der des Kollektors 95 ist so gewählt, daß der Schalter 98/4 Durchlässigkeitsmerkmale von Materialien hoher an den Schleifer des Potentiometers R angelegt ist, Dichte bei den verschiedenen interessierenden Wellen- wenn die Photozelle 6SA ihr Licht über das Bezugslängen, filter B bekommt, und daß er am oberen Ende des

Eine zweite Geberspule 92 erzeugt beim Vorbei- as Potentiometers anliegt, wenn die Photozelle 6SA ihr gehen des Magneten 93 einen Ausgangsimpuls, der Licht über das Filter bekommt. Somit wird ersichtdurch den Verstärker 94 verstärkt und zur Erregung Hch, daß der Schleifer des Potentiometers R die Teider Relaisspule 95 verwendet wird. Die Schaltkon- lung der Amplitude des sowohl dem Demodulator 89 takte des Relais 95 sind so geschaltet, daß sie die in als auch dem Gegenkopplungsstromtor 98B zugeleiden Kondensatoren 71C und 76C gespeicherten _3O teten Bezugsimpulses bewirkt. Der geteilte Bezugs-Signale zur Entladung bringen, wenn die Relaisspule impuls vom Stromtor 98B wird an den Spitzendetekerregt wird. Dadurch werden die gespeicherien Signale tor 50 angelegt, der ein Ausgangssignal zur Reguiieanschließend an den Durchgang jedes Apfels ge- rung der an die Photozelle 6SA durch die Gleichlöscht und in die Signalspeicherkondensatoren wieder stromsteuerröhre 51 gegebenen Ausgangsspannung zum Ein- und Ausspeichern der nächsten Impulslicht- ₃₅ erzeugt. Demgemäß wird bewirkt, daß die an die durchlässigkeitssignale frei gemacht. Photozelle 6SA gegebene Gleichspannung sich ir

Bei einer anderen, oft wegen ihrer großen Meß- ihrer Amplitude umgekehrt proportional zur Ampligenauigkeit bevorzugten Ausführungsform werden tude des Bezugsimpulses ändert, der durch das alle Impulslicht-Durchlässigkeitsmessungen in zeit- Stromtor 98 ß zum Spitzendetektor 50 gelangt,
licher Reihenfolge mit einer einzigen Photozelle 6SA 40 Um Unterschiede in der Lichtausbeute von dei und einem einzigen Verstärker und Detektor durch- Lampe und beim Durchgang durch die Filter A und E geführt, wie dies F i g. 2 zeigt. Bei dieser bevorzugten bei den verschiedenen Wellenlängen /„ und ;.,, auszu-Ausführungsform werden abwechselnde, über den gleichen, ist der Schleifer des Potentiometers R Apfel 62 übertragene Lichtimpulse durch die Linse zweckmäßigerweise so eingestellt, daß das Ausgangs-63 auf die empfindliche Oberfläche einer einzigen 45 signal e₀ des Differenzverstärkers 52 gleich Null ist Photozelle 6SA übertragen, und zwar über Filter A wenn sich kein Apfel im Impulslichtslrahl befindet,
und B in der drehbar durch den Motor M angetriebe- Wird dann ein Apfel eingelegt, so werden die Lichtnen Scheibe 16. Falls erwünscht, kann die Filter- impulse, die die Photozelle über die Filter A und E scheibe 16 (wie gestrichelt gezeigt) über dem Prüf- erreichen, stark gedämpft, und es wird durch die tisch zwischen der Lichtquelle und dem zu messenden 50 Wirkung der oben beschriebenen Gegenkopplungs-Gegenstand montiert sein. Die einzelnen Apfel 62 steuerschaltung d;e durch die Photozelle 6SA erzeugt« sind auf der Oberfläche des Prüftisches 60 T gelagert. Spannung proportional verstärkt.
Der (nicht gezeigte) Antrieb ist so eingerichtet, daß Die Gegenkopplungssteuerschaltung bewirkt, daC er den Schalter 94 durch die Betätigung des Nockens die Photozelle sich automatisch wie ein Verhältnis-17 öffnet und schließt und dadurch den Synchroni- 55 meßgerät verhält. Durch das Potentiometer R werder sierimpuls-Kollektorschalter 95 erregt, der an einem durch die Organe der Vorrichtung bedingte Verände auf 360° leitenden Kollektorsegment 96 anliegend rungen der Meßwerte wie z. B. Unterschiede in dei montiert ist. Das untere, auf 180^r leitende Kollektor- Durchlässigkeitscharakteristik der Filter A und B unc segment 97 ist mit dem Segment 96 leitend verbunden in der Lichtausbeute der Blitzlichtlampe bei /.„ und λ, und kann über den periodischen Schaltkontakt mit 60 ausgeglichen. Mit der Messung der Prozentualdiffeden Schleifern 96/4 und 96 B phasenrichtige Schalt- renz in den Durchlässigkeitswerten für Licht mit der und Umschaltimpulse für die Kippschaltung 150 er- beiden genannten Wellenlängen werden stärkt zeugen. Die Ausgangsimpulse der Kippschaltung 150 Schwankungen infolge einer absoluten, durch da; werden über den Impulsverstärker 166 dem Kollek- Prüfmaterial hervorgerufenen Schwächung des Lichttürschalter 98 und dem Synchrondemodulator 89 zu- 65 Stroms ebenso wirksam ausgeglichen, wie z. B. Ändegeleitet. Auslöseimpulse können der Blitzlichtlampe rungen des Verstärkungsgrads des Verstärkers.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. ι 2

   4. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gePatentansprüche: kennzeichnet, daß das photoelektrische Element

   (65/J) gleichzeitig als Verstärker ausgebildet ist

   I. Gerät zur Messung des optischen Reflexions- (Photomultiplier) (F i g. 2).

   Vermögens bzw. der Durchlässigkeit einer Viel- 5 5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gskennzahl von Objekten, in welchem das von einer zeichnet, daß in dem Gegenkopplungskreis ein mit spektral breitbandiges Licht aussendenden Licht- dem photoelektrischen Element (6SA) verbindquelle auf jeweils eine bestimmte Fläche der Ob- barer Spitzenwertdetektor (50) angeordnet ist jekte geleitete und von den Objekten reflektierte (Fig. 2).

   bzw. durchgclassene Licht zeitlich oder räumlich io 6. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge-

   in zwei Lichtimpulse oder -Impulsfolgen unter- kennzeichnet, daß in dem Strahlengang ein halb-

   schiedlicher Wellenlänge aufgetrennt wird, die in durchlässiger dichroitischer Spiegel (67) angeord-

   einem oder mehreren photoelektrischen Elemen- net sowie je ein zur Aufnahme des vom Spiegel

   ten in elektrische Impulse oder Impulsfolgen ent- reflektierten und von diesem durchgelassenen

   sprechender Amplitude umgewandelt und in einer 15 Lichtbündels bestimmtes photoelektrisches EIe-

   mit de~i photoelektrischen Elementen verbünde- ment (65, 66) vorgesehen ist (F i g. 1).

   nen Schaltungsanordnung und Anzeigevorrichtung 7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da-

   tniteinander verglichen werden, gekennzeich- durch gekennzeichnet, daß die beiden zu unter-

   net durch die Kombination folgender Merk- schiedlichen Lichtwellenlängen gehörenden Im-

   male: _Jo pulsfolgen getrennt elektrisch summiert und an-

   a) daß die Lichtquelle in an sich bekannter schließend miteinander verglichen werden.
   Weise als Impulslichtquelle (10, 196) zur