DE2140335B2

DE2140335B2 - Photometer

Info

Publication number: DE2140335B2
Application number: DE2140335A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl.-Geophys. Mueller; Adolf Triller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-08-11
Filing date: 1971-08-11
Publication date: 1976-01-02
Also published as: FR2148576B1; CH549206A; IT963763B; US3790290A; FR2148576A1; GB1387607A; DE2140335A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Zweistrahl-Photometer mit einer Lichtquelle, mit einem im Strahlengang der Licht- ⁶S quelle angeordneten Strahlenteiler zur Erzeugung eines Meß- und eines Referenzstrahles, mit einem im des Meßstrahls hinter einer Meßstrecke angeordneten Reflektor, durch den der Meßstrahl zum Strahlenteiler und von diesem zu einer ersten Stelle einer photoelektrischen Empfangseinrichtung reflektiert wird, mit einem Spiegel im Wege des vom Strahlteiler ausgehenden Referenzstrahls, der so angeordnet ift, daß der Referenzstrahl durch den Strahlenteiler hindurch zu einer zweiten, der ersten Stelle nahe benachbarten Stelle der photoelektrischen Empfangseinrichtung reflektiert wird, und mit einer an die photoelektrische Empfangseinrichtung angeschlossenen Auswerteschaltung, die einen für die von Meß- und Refe renzstrahl abgeleiteten elektrischen Signale gemeinsamen Verstärker besitzt, dessen Verstärkung mittels einer Regelschaltung in Abhängigkeil von der Amplitude des vom Referenzstrahl abgeleiteten Signals regelbar ist.

Bei genauen photometrischen Messungen tritt gewöhnlich das Problem der Kompensation von Lichtquelle und photoelektrischem Wandler gegen Temperatur- und Spannungsänderungen sowie gegen Alte rung auf. Zur Lösung dieses Problems sind bereits Zweistrahl-Verfahren bekannt, bei denen nur ein photoelektrischer Wandler verwendet wird, indem ein Meß- und ein Vergleichsstrahl entweder abwechselnd auf den photoelektrischen Wandler gegtben werden oder auch gleichzeitig jedoch mit unterschiedlicher Frequenzen moduliert (DT-AS 17 72 064). Die Signale werden dann elektrisch voneinander getrennt, und es wird aus ihnen der Quotient gebildet.

Bei einem bekannten Zweistrahl-Photometer mit nur einem photoelektrischen Wandler (DT-AS 12 81 170) werden der Meß- und Referenzstrahl durch einen etwas gekippten Spiegel im Referenzstrahlengang an eng benachbarte Stellen eines Modulators gelenkt, der aus einer Schwingblende besteht und Meß- und Referenzstrahl periodisch zeitlich nacheinander auf den photoelektrischen Wandler lenkt. Die dadurch verursachten Lichtschwankungen werden durch den Empfänger in elektrische Impulse umgewandelt, die gemeinsam über einen geregelten Wechselspannung verstärker verstärkt und anschließend mit Hilfe eines elektronischen Schalters phasenrichtig demoduliert werden. Dadurch werden Meß- und Referenzkanal elektrisch getrennt. Durcli Amplitudenvergleich der Vergleichsspannung mit einem Sollwert wird eine Regelspannung gewonnen, die die Verstärkung des gemeinsamen Wechselspannungsverstärkers so regelt, daß die Vergleichsam plitude stets konstant bleibt. Die bekannten mit nur einem photoelektrischen Wandler arbeitenden Photometer bedingen jedoch einen relativ hohen technischen Aufwand und erfordern außerdem mechanisch ständig in Bewegung befindliche Teile wie Schwingblenden, Lochscheiben od. dgl. Das Erfordernis derartiger Elemente ist besonders bei solchen Photometern unangenehm, die monatelang ohne Wartung auskommen müssen, wie dies beispielsweise bei an Kaminen angebrachten Rauchdichte-Meßgeräten der Fall ist.

Es sind auch schon Zweizellen-Photometer bekanntgeworden, bei denen mit der Vergleichszelle über einen Servomotor eine verstellbare Blende auf Gleichheit der zu vergleichenden Lichtströme eingestellt wird. Die mechanische Stellung der Blende ist dann ein Maß für die Transmission. Der Nachteil dieser bekannten Anordnung besteht darin, daß auf Grund der mechanischen Regelung die Ansprechzeiten relativ gering sind, die Beeinflussung der am Teilerspiegel reflektierten bzw. durch ihn hindurchgehenden Lichtstrahlen ungleich ist und bei veränderlichen Temperaturen die bei-

den Photozellen unterschiedlich beeinflußt werden.

Das Ziel der Erfindung besteht darin ein Photometer der eingangs genannten Gattung zu sciiaffen, das bei einem relativ geringen technischen Aufwand hinsichtlich der mechanischen Teile und uer elektronischen Schaltung dennoch eine hohe Genauigkeit aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die photoelektrische Empfangseinrichtung zwei getrennte photoelektrische Wandler enthält, die in einem gemeinsamen Gehäuse an der ersten bzw. zweiten Stelle angeordnet und jeweils von dem Meß- bzw. Referenzstrahl in Form von Gleichlichtstrahlen beaufschlagt sind, und daß einer der beiden photoelektrischen Wandler direkt und der andere über einen Zerhacker an den Verstärker angeschlossen ist.

Durch die Verwendung von zwei photoelektrischen Wandlern erübrigen sich mechanisch be\ egte Teile im optischen Strahlengang, wobei gleichwohl die hohen Anforderungen an die Temperaturkonstanz der beiden photoelektrischen Wandler durch deren unmittelbare Nebeneinander-Anordnung in einem gemeinsamen Gehäuse ebenfalls erfüllt werden. Auch die sich anschließende elektronische Schaltung ist von einfachem Aufbau, weil insbesondere auf Maßnahmen zur Synchronisation und Korrektur mechanisch bewegter Teile sowie zur Beseitigung eines unterschiedlichen Temperaturverhaltens der photoelektrischen Wandler verzichtet werden kann. Auf diese Weise kann das erfindungsgcmäße Photometer wirtschaftlich hergestellt werden und auch über längere Zeiträume ohne Wartung auskommen.

Nach einer ersten vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Zerhacker in die Leitung von dem das Referenzsignal liefernden photoelektrischen Wandler zum Regelverstärker eingeschaltet ist und daß zwischen jeden der photoelektrischen Wandler und den Regelverstärker bzw. den Zerhacker jeweils ein Tiefpaß eingeschaltet ist. Die beiden Tiefpässe dienen dabei für die Ausfilterung des 100-Hz-Brumms, der durch die Speisung der Lichtquelle mit normalem Netzwechselstrom bedingt ist.

Eine weitere Ausführungsform kennzeiciinet sich dadurch, daß der Zerhacker in die Leitung von dem das Meßsignal liefernden photoelektrischen Wandler zum Regelverstärker eingeschaltet und der das Referenzsignal liefernde photoelektrische Wandler über einen Tiefpaß an den Regelverstärker angeschlossen ist. Der bei dieser Ausführungsform vorgesehene Tiefpaß braucht nur dann vorgesehen zu sein, wenn die verwendete Lichtquelle nicht stabilisiert ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung kennzeichnen sich dadurch, daß vor den photoelektrischen Wandlern Sammellinsen angeordnet sind, die das auf sie konzentrierte Licht im zugeordneten photoelektrischen Wandler vereinigen, sowie dadurch, daß unmittelbar vor den photoelektrischen Wandlern ein Korrekturfilter angeordnet ist.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise an Hand der Zeichnung beschrieben: in dieser zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung des Strahlenganges eines Photometers,

F i g. 2 das Blockschaltbild einer dafür geeigneten Auswerteschaltung und

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer weiteren möglichen Auswerteschaltung.

Nach F i g. 1 wird die Wendel einer z. B. vom Wechselstromnetz gespeisten Lichtquelle 11 durch eine Linse 23 in das Objektiv 25 abgebildet, das sich am Beginn der Meßstrecke 24 befindet. Am Ende der Meßs'recke ist ein z. B. durch einen Tripelspiegel gebildeter Reflektor 18 aufgestellt, der das Meßstrahlenbündel 12 in sich zurückwirft.

Zwischen Linse 23 und Objektiv 25 ist ein Teilerspiegel 17, z. B. ein halbdurchlässiger Spiegel, angeordnet, welcher einen Teil des Lichtstrahlenbündels 16 nach

ro oben zu einem sphärischen Spiegel 19 reflektiert.

Der zurückgeworfene Teil des Meßstrahles 12 wird ebenfalls am Teilerspiegel 17 teilreflektiert und gelangt über eine Sammellinse 14a zu einem photoelektrischen Meßwandler 14.

Der Spiegel 19 ist so gekippt, daß das Vergleichsstrahlenbündel 13 nicht in sich selbst, sondern unter einem kleinen Winkel zurückreflektiert wird. Es gelangt auf diese Weise zwar noch auf den Teiferspiegel 17, was wesentlich ist, nicht aber zum photoelektrisehen Meßwandler 14, sondern über eine Sammellinse 15;! zu einem dicht daneben angeordneten photoelektrischen Vergleichswandler 15. Die Sammellinsen 14a. 15a sind nebeneinander angeordnet und es ist zwischen sie und die photoelektrischen Wandler 14, 15 ein Korrekturfüter 10 geschaltet. Beide photoelektrische Wandler 14, 15 sind also von Gleichlicht beaufschlagt.

Auf diese Weise durchlaufen Meß- und Vergleichsstrahl den Teilerspiegel 17 je einmal und werden je einmal an ihm reflektiert. Die Beeinflussung beider Strahlen durch den Teilerspiegel ist also die gleiche.

Der Spiegel 19 ist derart sphärisch ausgebildet, daß das auf ihn fallende Licht auf die Sammellinse 15a und damit auf den pholoelektrischen Wandler 15 konzentriert wird. Der Spiegel 19 liegt unmittelbar neben dem Teilerspiegel 17 auf der entgegengesetzte;) Seite wie die photoelektrischen Wandler 14, 15, so daß der Vergleichsstrahlengang auf kleinem Raum untergebracht ist und nur ein Minimum an optischen Elementen erfordert.

Die an den Ausgängen der photoelektrischen Wandler 14, 15 erscheinenden elektrischen Gleichsignale werden nach F i g. 2 an Tiefpässe 30,31 für die Ausfilterung des 100-Hz-Brumms angelegt. Das Vergleichssignal wird außerdem noch über einen Zerhacker 32 mit einer Frequenz von z. B. 1 kHz geleitet, um anschließend dem Regelverstärker 29 zugeführt zu werden.

Im Anschluß an den Regelverstärker 29 sind in der gezeigten Weise ein Tiefpaß 38, ein Hochpaß 39, ein Demodulator 40, ein weiterer Tiefpaß 41 und ein Regler 42 angeordnet, welcher das Steuersignal für den Regelverstärker 29 liefert.

Die Schaltung nach F i g. 2 ist besonders für langsam veränderliche Meßsignale geeignet. Die Lampe 11 braucht hier nicht stabilisiert zu sein.

Die Schaltung nach F i g. 3 ist besonders für schnell veränderliche Meßsignale bestimmt. In diesem Falle ist die Lampe stabilisiert, weswegen der Tiefpaß 31 für das Vergleichssignal nicht unbedingt vorgesehen sein muß. Die Frequenz des mit dem Meßsignal beaufschlagten Zerhacken 32 soll möglichst hoch sein.

Im Anschluß an dun Regelverstärker 29 sind in der ciargestellien Weise ein Hochpaß 43, eine Signalverarbcitungsstufe 44. ein Tiefpaß 45 und ein Regler 46 angeordnet, der das Steuersignal für den Regelverstärker

(>:> 29 liefert.

Hierzu 2 B'att Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: V^/

1. Zweistrahl-Photometer mil einer Lichtquelle, mit einem im Strahlengang der Lichtquelle angeordneten Strahlenteiler zur Erzeugung eines Meß- und eines Referenzstrahles, mit einem im Wege des Meßstrahls hinter einer Meßstrecke angeordneten Reflektor, durch den der Meßstrahl zum Strahlenteiler und von diesem zu einer ersten Stelle einer photoelektrischen Empfangseinrichtung reflektiert wird, mit einem Spiegel im Wege des vom Strahlteiler ausgehenden Referenzstrahls, der so angeordnet ist, daß der Referenzstrahl durch den Strahlenteiler hindurch zu einer zweiten, der ersten is Stelle nche benachbarten Stelle der photoelektrischen Empfangseinrichtung reflektiert wird, und mit einer an die photoelektrische Empfangseinrichtung angeschlossenen Auswerteschaltung, die einen für die von Meß- und Referenzstrahl abgeleiteten elek- m> trischen Signale gemeinsamen Verstärker besitzt, dessen Verstärkung mittels einer Regelschaltung in Abhängigkeit von der Amplitude des vom Referenzstrahl abgeleiteten Signals regelbar ist, d a durch gekennzeichnet, daß die photoelek- *5 irische Empfangseinrichtung zwei getrennte photoelektrische Wandler (14, 15) enthält, die in einem gemeinsamen Gehäuse an der ersten bzw. zweiten Stelle angeordnet und jeweils von dem Meß- bzw. Referenzstrahl (12 bzw. 13) in Form von deichlichtstrahlen beaufschlagt sind, sind daß einer der beiden photoelektrischen Wandler (14 bzw. 15) direkt und der andere über einen Zerhacker (32) an den Verstärker (29) angeschlossen ist.

2. Photometer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Zerhacker (32) in die Leitung von dem das Referenzsignal liefernden photoelektrischen Wandler (15) zum Regelverstärker (29) eingeschaltet ist, und daß zwischen jeden der photoelektrischen Wandler (14 bzw. 15) und den Regelverstärker (29) bzw. den Zerhacker (32) jeweils ein Tiefpaß (30.31) eingeschaltet ist.

3. Photometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zerhacker (32) in die Leitung von dem das Meßsignal liefernden photoelektrischen Wandler (14) zum Regelverstärker (29) eingeschaltet und der das Referenzsignal liefernde photoelektrische Wandler (15) über einen Tiefpaß (31) an den Regelverstärker (29) angeschlossen ist.

4. Photometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor den photoelektrischen Wandlern (14, 15) Sammellinsen (14a, 15a) angeordnet sind, die das auf sie konzentrierte Licht im zugeordneten photoelektrischen Wandler (14,15) vereinigen.

5. Photometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar vor den photoelektrischen Wandlern (14,15) ein Korrekturfilter (10) angeordnet ist.

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