DE2140335C3

DE2140335C3 - Photometer

Info

Publication number: DE2140335C3
Application number: DE19712140335
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl.-Geophys.; Triller Adolf; 8000 München Müller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Filing date: 1971-08-11
Publication date: 1976-08-05

Description

dessen Verstärkung mittels einer Regelschaltung in Abhängigkeit von der Amplitude des vom Referenzstrahl abgeleiteten Signals regelbar ist, d a durch gekennzeichnet, daß die photoelektrische 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 Gleichlichtstrahlen beaufschlagt sind, und daß einer der beiden photoelektrischen Wandler (14 bzw. 15) direkt und der andere über einen Zerhacker (32) an den Verstärker (29) angeschlossen ist.the gain of which can be controlled by means of a control circuit depending on the amplitude of the signal derived from the reference beam, characterized in that the photoelectric receiving device contains two separate photoelectric converters (14, 15) which are arranged in a common housing at the first and second point and are each acted upon by the measuring or reference beam (12 or 13) in the form of constant light beams, and that one of the two photoelectric transducers (14 or 15) directly and the other via a chopper (32) to the amplifier (29 ) connected.

toelektrischer Wandler verwendet wird, indem ein Meß- und ein Vergleichsstrahl entweder abwechselnd auf den photoelektrischen Wandler gegeben werden oder auch gleichzeitig jedoch mit unterschiedlichen Frequenzen moduliert (DT-AS 17 72 064). Die Signale werden dann elektrisch voneinander getrennt, und es wird aus ihnen der Quotient gebildet.toelectric converter is used by alternating a measuring and a comparison beam either be given to the photoelectric converter or at the same time, however, with different Modulated frequencies (DT-AS 17 72 064). The signals are then electrically separated from each other, and it the quotient is formed from them.

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 ausIn a known two-beam photometer with only one photoelectric converter (DT-AS 12 81 170) the measuring and reference beam are narrowed by a slightly tilted mirror in the reference beam path adjacent locations of a modulator steered from

2. Photometer nach Anspruch !.dadurch gekenn- 35 einer Schwingblende besteht und Meß- und Referenz2. Photometer according to claim! .That is characterized by an oscillating diaphragm and measuring and reference

zeichnet, 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.indicates that the chopper (32) in the line of the reference signal supplying photoelectric Converter (15) to the control amplifier (29) is switched on, and that between each of the photoelectric Converter (14 or 15) and the control amplifier (29) or the chopper (32) each Low-pass filter (30.31) is switched on.

3. Photometer nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Zerhacker (32) in die Leitung von strahl 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 Wechselspannungsverstärker versiärkt und anschließend mit Hilfe eines elektronischen Schalters phasenrichtig demoduliert werden. Dadurch werden Meß- und Referenzkanal elektrisch getrennt. Durch Amplitudenvergleich der Vergleichsspannung id i Rl3. Photometer according to claim 1, characterized in that that the chopper (32) in the line of beam periodically successively on the photoelectric Converter directs. The light fluctuations caused by this are reflected by the receiver in converted into electrical impulses, which are reinforced together via a regulated AC voltage amplifier and then demodulated in the correct phase using an electronic switch. Through this the measuring and reference channels are electrically separated. By comparing the amplitudes of the equivalent voltage id i Rl

dem das Meßsignal liefernden photoelektrischen 45 mit einem Sollwert wird eir.e Regelspannung gewon-Wandler (14) zum Regel verstärker (29) eingeschal nen. die die Verstärkung des gemeinsamen Wechsel tet und der das Referenzsignal liefernde photoelektrische Wandler (15) über einen Tiefpaß (31) an deneir.e control voltage converter is supplied to the photoelectric 45 delivering the measuring signal with a setpoint value (14) to the control amplifier (29). which reinforce the common change tet and the reference signal delivering photoelectric converter (15) via a low-pass filter (31) to the

() p() p

Regelverstärker (29) angeschlossen ist. hControl amplifier (29) is connected. H

spannungsverstärkers so regelt, daß die Vergleichsamplitude stets konstant bleibt. Die bekannten mit nur einem photoelektrischen Wandler arbeitenden Photoi jh li hh hvoltage amplifier regulates so that the comparison amplitude always remains constant. The known with only a photoelectric converter working Photoi jh li hh h

4. Photometer nach einem der vorhergehenden 5° meter bedingen jedoch einen relativ hohen technischen4. Photometer after one of the previous 5 ° meters, however, require a relatively high technical level

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.Claims, characterized in that in front of the photoelectric converters (14, 15) convergent lenses (14a, 15a) are arranged, the light concentrated on them in the associated photoelectric Unite transducers (14,15).

5. Photometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar vor den photoelektrischen Wandlern (14, 15) ein Korrekturfilter (IC) angeordnet ist.5. Photometer according to one of the preceding claims, characterized in that immediately a correction filter (IC) is arranged in front of the photoelectric converters (14, 15).

Die Erfindung betrifft ein Zweistrahl-Photometer mit 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.The invention relates to a two-beam photometer with effort and also require mechanical constant moving parts such as oscillating screens, perforated disks or the like. The requirement of such elements is particularly uncomfortable with photometers that have to do without maintenance for months, as is the case, for example, with smoke density meters attached to chimneys.

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 mechani-Two-cell photometers have also become known in which the comparison cell has a Servomotor an adjustable diaphragm is set to equality of the luminous fluxes to be compared. the The mechanical position of the diaphragm is then a measure of the transmission. The disadvantage of this known arrangement is that due to the mechanical

einer Lichtquelle, mit einem im Strahlengang der Licht- ⁶5 sehen Regelung die Ansprechzeiten relativ gering sind,a light source, with a control in the beam path of the light ⁶ 5 see the response times are relatively short,

quelle angeordneten Strahlenteiler zur Erzeugung eines Meß- und eines Referenzstrahles, mit einem im Wege des Meßstrahls hinter einer Meßstrecke andie Beeinflussung der am Teilerspiegel reflektierten bzw durch ihn hindurchgehenden Lichtstrahlen ungleich ist und bei veränderlichen Temperaturen die hei-source arranged beam splitter for generating a measuring and a reference beam, with an im Paths of the measuring beam behind a measuring section and the influence of those reflected on the splitter mirror or light rays passing through it is unequal and with changing temperatures the hot

den Photozellen unterschiedlich beeinflußt werden.the photocells are influenced differently.

Das Ziel der Erfindung besieht darin, ein Photometer der eingangs genannten Gattung zu schaffen, das bei einem relativ geringen technischen Aufwand hinsichtlich der mechanischen Teile und der elektronischen > Schaltung dennoch eine hohe Genauigkeit aufweist.The aim of the invention is to provide a photometer of the type mentioned to create that with a relatively low technical effort in terms of the mechanical parts and the electronic> circuit still have a high level of accuracy.

Zur Lösung dieser Aufgabe sie/it 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 Gleich'ichtstruhlen beaufschlagt sind, und daß einer der beiden photoelektrischen Wandler direkt und der andere über einen Zerhacker an den Verstärker angeschlossen ist.To solve this problem, she / it presents the invention, that the photoelectric receiving device contains two separate photoelectric converters which are shown in arranged in a common housing at the first or second point and in each case by the measuring or Reference beam applied in the form of Gleich'ichtstruhlen are, and that one of the two photoelectric Converter directly and the other connected to the amplifier via a chopper.

Durch die Verwendung von zwei photoelektrischen Wandlern erübrigen sich mechanisch bewegte Teile im optischen Strahlengang, wobei gleichwohl die hohen Anforderungen an die Temperaturkonstanz der beiden photoelektrischen Wandler durch deren unmittelbare Nebeneinander-Anordnung in eine"i 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 erfindungsgemäße Photometer wirtschaftlich hergestellt werden und auch über längere Zeiträume ohne Wartung auskommen. The use of two photoelectric converters eliminates the need for mechanically moving parts in the optical beam path, although the high demands on the temperature constancy of the two photoelectric converters by arranging them directly next to each other in a common housing also be met. The subsequent electronic circuit is also of simple construction, because in particular on measures to synchronize and correct mechanically moving parts as well dispensed with to eliminate a different temperature behavior of the photoelectric converter can be. In this way, the photometer according to the invention can be manufactured economically and can manage without maintenance over longer periods of time.

Nach einer ersten vorteilhaften Ausführurgsform ist vorgesehen, daß der Zerhacker in die Leitung von dem das Referenzsignal liefernden photoelektrischen Wandler zum Regelverstärker eingeschaltet ist und daG zwisehen 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 dei Lichtquelle mit normalem Netzwechselstrom bedingt istAccording to a first advantageous embodiment it is provided that the chopper is in the line of the photoelectric converter supplying the reference signal to the control amplifier is switched on and there is a switch each of the photoelectric converters and the control amplifier or the chopper each have a low-pass filter is switched on. The two low-pass filters are used to filter out the 100 Hz hum caused by the The light source is supplied with normal mains alternating current

Eine weitere Ausführungsform kennzeichnet 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.Another embodiment is characterized in that the chopper in the line from which the The photoelectric converter supplying the measurement signal is switched on to the control amplifier and the reference signal supplying photoelectric converter is connected to the control amplifier via a low-pass filter. the The low-pass filter provided in this embodiment only needs to be provided if the one used Light source is not stabilized.

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 isLFurther advantageous embodiments of the invention are characterized in that before the photoelectric Converters collecting lenses are arranged, the light concentrated on them in the associated photoelectric Unite transducers, as well as in that immediately before the photoelectric transducers a Correction filter arranged isL

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise an Hand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigtThe invention is described below, for example, with reference to the drawing; in this shows

F i g. 1 eine schematische Darstellung des Strahlenganges eines Photometers,F i g. 1 a schematic representation of the beam path a photometer,

F i g. 2 das Blockschaltbild einer dafür geeigneten Auswerteschaltung undF i g. 2 the block diagram of a suitable evaluation circuit and

F i g. 3 ein Blockschaltbild einer weiteren möglichen Auswerteschaltung.F i g. 3 a block diagram of a further possible evaluation circuit.

Mach 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 Meßstrecke ist ein z. B. durch einen Tripelspiegel gebildeter Reflektor 18 aufgestellt, der das Meßstrahlenbündel 12 in sich zurückwirft.Mach F i g. 1, the coil of a z. B. from the AC mains powered light source 11 through a lens 23 mapped into the objective 25, which is located at the beginning of the measuring section 24. At the end of the test section is a z. B. set up by a triple mirror formed reflector 18, which the measuring beam 12 in itself throws back.

Zwischen Linse 23 und Objektiv 25 ist ein Teilerspiegel 17, /. B. ein halbdurchlässiger Spiegel, angeordnet, welcher einen Teil des Lichtstrahlenbündels 16 nach oben zu einem sphärischen Spiegel 19 reflektiert.Between lens 23 and objective 25 is a splitter mirror 17, /. B. a semi-transparent mirror, arranged which reflects part of the light beam 16 upwards to a spherical mirror 19.

Der zurückgeworfene Teil des Meßstiahles 12 wird ebenfalls am Teilerspiegel 17 teilreflektiert und gelangt über eine Sammellinse 14a zu einem photoelektrischen Meßwandler 14.The thrown back part of the measuring stem 12 is also partially reflected on the splitter mirror 17 and arrives via a converging lens 14a to a photoelectric transducer 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 Teilerspiegel 17, was wesentlich ist, nicht aber zum photoelektrischen Meßwandler 14. sondern über eine Sammellinse 15a zu einem dicht daneben angeordneten photoelekirischen Vergleichswand/er 15. Die Sammellinsen t4a. 15a sind nebeneinander angeordnet und es ist zwischen sie und die photoelektrischen Wandler 14. 15 ein Korrekturfilter 10 geschaltet. Beide photoelektrische Wandler 14, 15 sind also von Gleichlicht beaufschlagt.The mirror 19 is tilted so that the comparison beam 13 is not reflected back in itself, but at a small angle. In this way, it still reaches the splitter mirror 17, which is essential, but not to the photoelectric transducer 14, but via a converging lens 15a to a photoelectrical comparison wall / er 15 arranged closely next to it. The converging lenses t4a. 15a are arranged next to one another and a correction filter 10 is connected between them and the photoelectric converter 14.15. Both photoelectric converters 14, 15 are thus acted upon by constant light.

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.In this way, the measuring and comparison beams each pass through the splitter mirror 17 once and are each once reflected on him. The influence of the splitter mirror on both rays is therefore the same.

Der Spiegel 19 ist derart sphärisch ausgebildet, daß das auf ihn fallende Licht auf die Sammellinse 15a und damit auf den photoelektrischen Wandler 15 konzentriert wird. Der Spiegel 19 liegt unmittelbar neben dem Teilerspiegel 17 auf der entgegengesetzten Seite wie die photoelektrischen Wandler 14, 15, so daß der Vergleichsstrahlengang auf kleinem Raum untergebracht ist und nur ein Minimum an optischen Elementen erfordert. The mirror 19 is so spherical that the light falling on it on the converging lens 15a and so that the photoelectric converter 15 is focused. The mirror 19 is immediately next to it Splitter mirror 17 on the opposite side as the photoelectric converters 14, 15, so that the comparison beam path is housed in a small space and requires only a minimum of optical elements.

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.The electrical direct signals appearing at the outputs of the photoelectric converters 14, 15 are shown in FIG. 2 to low-pass filters 30,31 for filtering of the 100 Hz hum. The comparison signal is also transmitted via a chopper 32 a frequency of e.g. B. 1 kHz, in order to then be fed to the control amplifier 29.

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.A low-pass filter 38, a high-pass filter 39, are connected to the control amplifier 29 in the manner shown Demodulator 40, a further low-pass filter 41 and a controller 42 are arranged, which the control signal for the control amplifier 29 supplies.

Die Schaltung nach F i g. 2 ist besonders für langsam veränderliche Meßsignale geeignet. Die Lampe 11 braucht hier nicht stabilisiert zu sein.The circuit according to FIG. 2 is particularly suitable for slowly changing measurement signals. The lamp 11 does not need to be stabilized here.

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 Zerhackers 32 soll möglichst hoch sein.The circuit according to FIG. 3 is particularly intended for rapidly changing measurement signals. In this case it is the lamp stabilizes, which is why the low-pass filter 31 does not necessarily have to be provided for the comparison signal. The frequency of the chopper 32 to which the measurement signal is applied should be as high as possible.

Im Anschluß an den Regelverstärker 29 sind in der dargestellten Weise ein Hochpaß 43, eine Signalverarbeitungsstufe 44, ein Tiefpaß 45 und ein Regler 46 angeordnet, der das Steuersignal für den Regelverstärker 29 liefert.A high-pass filter 43, a signal processing stage, is connected to the control amplifier 29 in the manner shown 44, a low-pass filter 45 and a controller 46 are arranged, which the control signal for the control amplifier 29 supplies.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

! Two-beam photometer with a light source, with one arranged in the beam path of the light source Beam splitter for generating a measuring and a reference beam, with an im Paths of the measuring beam behind a measuring section arranged reflector through which the measuring beam to the beam splitter and from this to a first location of a photoelectric receiving device is reflected, with a mirror in the way of the reference beam emanating from the beam splitter, the is arranged so that the reference beam through the ordered reflector through which the measuring beam to Beam splitter and reflected by this to a first point of a photoelectric receiving device is arranged with a mirror in the path of the reference beam emanating from the beam splitter is that the reference beam passes through the beam splitter to a second, adjacent to the first location Place of the photoelectric receiving device is reflected, and with one to the photoelectric Evaluation circuit connected to the receiving device, one for the measurement and reference beam derived electrical signals has common amplifier, whose amplification by means of a control circuit depending on the amplitude bli Sil

Beam splitter through to a second, the first 15 de rule of the signal derived from the reference beam

is cash.

With accurate photometric measurements, the problem of light source compensation usually arises and photoelectric converter against temperature

the electrical and voltage changes derived from the measuring and reference beam and against altetricals Signals common amplifier, tion on. To solve this problem are already

Zweisirah) processes are known in which only one photographic

Place near neighboring place of the photoelectric receiving device is reflected, and with an evaluation circuit connected to the photoelectric receiving device, which one for