DE2332825A1

DE2332825A1 - Schwaechungsvorrichtung fuer ein optisches nullspektralphotometer

Info

Publication number: DE2332825A1
Application number: DE2332825A
Authority: DE
Inventors: John Richard Firth
Original assignee: Pye Ltd
Current assignee: Pye Electronic Products Ltd
Priority date: 1972-07-12
Filing date: 1973-06-28
Publication date: 1974-01-31
Also published as: CA1002345A; US3860328A; GB1414311A; AU5781073A; AU477121B2; FR2192299A1; JPS4959686A; FR2192299B1

Description

Dr. ITcrfceri Scholx

PP. Ii22 Kts/WG

LIMITED ... ^:, . '

kteNo.j PP 1122 2332825

Anmeldung vomj 26 . Juni.1973

" "SchwächungSVorrichinmg für ein optisches Nullspektralphot ometer."

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Nullspektralphotometer und insbesondere auf eine darin verwendete Schwäch,"ungsvorrichtung zum Messen der Stärke eines Strahlenbündels.

Bei einem Typ eines bekannten optischen Nullspektralphotometers weist die SchwäÖtaingsvorrichtung mindestens eine keilförmige Oeffnung ^ai*f und wird während der Messung quer durch das Bezugsbündel bewegt, um die Weite der Oeffnung im Bereich des Bezugsbündels und somit die Stärke des Bezugsbündels zu ändern. Die Schwächungsvorrichtung wird von einem Servosystem in eine Lage zwischen einer unteren und einer oberen Durchlässigkeitsgrenze gebracht, in welcher Lage die Stärke des Bezugsbündels gleich der des zu messenden Bündels ist, und die Schwadlingsvorrichtung kann mechanisch mit z.B. dem Stift eines Registriergerätes gekuppelt sein.

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Eine bekannte Verfeinerung eines Spektralphotometers dieser Art besteht darin, dass statt einer einfachen mechanischen Kupplung zwischen der Schwächungsvorrichtung und dem Stift des Registriergerätes ein zusätzliches Servosystem vorgesehen ist. Dabei steuert die Lage der Schwächungsvorrichtung die Stellung des Schleifkontaktes eines Potentiometers, das einen Servomotor steuert, während jeder beliebige Bereich der Skala des Registriergerätes sich spreizen lässt durch eine Änderung der Potentiometerspannung. Die Anordnung eines zusätzlichen Servosystemes macht das Spektralphotometer erheblich komplizierter und teuer.

Ein anderes und billegeres bekanntes Verfahren zur lediglichen Skalenspreizung besteht darin, dass eine zweite Schwädfctungsvorrichtung mit veränderlichen Oeffnungsbereich in den Strahlengang des Bezugsbündels eingefügt wird. Die zweite Schwächungsvorrichtung bietet aber nicht die Möglichkeit eines "back-off" im Gerät, d.h. die Möglichkeit um sowohl die untere als auch die obere Durchlässigkeitsgrenze des Messvorganges zu ändern, unter Beibehaltung des gleichen Bereiches zwischen diesen Grenzen.

Der Hauptzweck der Erfindung ist denn auch, einfache und billige Mittel zur Erhaltung von "back-off" in einem optischen Nullspektralphotometer zu schaffen.

Hierzu weist die erfindungsgemässe Schwächungsvorrichtung zwei undurchscheinende Platten auf, die so angeordnet sind, dass die einen keilförmigen .Spalt einschliessen, wobei die beiden Platten zusammen im wesentlichen entlang der Symmetrieachse des Spaltes verschiebbar sind, um die-

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Messung ζλ^ϊsehen einer unteren und einer oberen Durchlässigkeit sgrenze durchzuführen, während Mittel vorgesehen sind, mittels deren die relative Lage der Platten auf Abstand von einer Bedienungsstelle aus einstellbar sind, so dass sowohl die untere als auch die obere Durchlässigkeiisgrenze gerändert wird, unter Beibehaltung des gleichen Bereiches zwischen diesen Grenzen.

Der keilförmige Spalt kann im wesentlichen gerade Ränder aufweisen, im welchem Falle auch Mittel vorgesehen werden können, mittels deren die relative Lage der Platten auf Abstand von einer anderen Bedienungsstelle aus so einstellbar sind, dass sich der Bereich zwischen der unteren und der oberen Durchlässigkeitsgrenze ändert, d.h. dass eine Skalenspreizung auch durch Einstellung der Geometrie der Schwächungsvorrichtung erzielbar ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der sowohl "back-off" und Skalenspreizung mittels der einstellbaren Geometrie der Schwächungsvorrichtung erzielt werden, sind die beiden Platten auf einstellbaren Haltemitteln angeordnet sind, welche in der ersten Grenzlage der Platten die Distanz zwischen den Platten im Bereich des Strahlungsbündels und somit die untere Durchlässigkeit sgrenze der Schwächungsvorrichtung bestimmen, wobei die beiden Platten weiterhin auf einstellbaren Trägermitteln angeordnet sind, welche in der zweiten Grenzlage der Platten die Distanz zwischen den Platten im Bereich des Strahlenbündels, und somit die obere Durchlässigkeitsgrenze

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der Schwächungsvorrichtung bestimmen, wobei die Haltemittel und die Trägermittel so miteinander verbunden sind, dass sie zusammen auf Abstand von einer gemeinsamen Bedienungsstelle auch einstellbar sind um sowohl die untere als auch die obere Durchlässigkeitsgrenze zu ändern, unter Beibehaltung des gleichen Bereiches zwischen diesen Grenzen, und dass die Trägermittel auch von einer anderen Bedienungsstelle her einstellbar sind, um lediglich die obere Durchlässigkeitsgrenze zu ändern.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein optisches Nullspektralphotometer mit der Schwächungsvorrichtung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine .Vorderansicht einer Schwächungsvorrichtung gemäss der Erfindung,

Fig. 2 schematisch ein optisches Nullspektralphotometer, in dem die Schwächungsvorrichtung nach Fig. 1 Verwendung finden kann.

Die Schwächungsvorrichtung 9 gemäss Fig. 1 besteht aus zwei undurchscheinenden Platten 10 und 11 aus Metallblech, die mittels Rollen 17» 18 und 19, 20 so auf zwei Paar paralleler Schienen 13, 14 bzw, 15, 16 montiert sind, dass sich zwischen ihnen ein keilförmiger Spalt ergibt. Die beiden Paare paralleler Schienen sind somit auch parallel zueinander. Die Schienen 13 und Ik sind schwenkbar an Hebeln 21 und 22 befestigt, die um ihre Mitte schwenkbar auf einer Träger-r platte 23 montiert sind. Auf ähnliche Weise sind die Parallel-

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schienen 15 und 16 auf Hebeln 24 und 25 angeordnet.

An einem Arm 26, der starr mit der Mitte des Hebels 21 verbunden ist, ist mittels einer aufgeschraubten Platte 27 ein Seil 28 befestigt. Das Seil 28 läuft auch über eine
Seilscheibe 29, die auf einem Halter 30 montiert ist,
der starr an der Schiene 15 befestigt und mit einem Ende
einer Schraubenfeder 31 verbunden ist; das andere Ende der Feder 31 ist an der Trägerplatte 23 befestigt. Das Seil 28 läuft auch über Zwischenscheiben 32 und 33.

An den äusseren Enden der Platten 10 und 11 der Schwäelmngsvorrichtung sind schwenkbar angeordnete Kupplungsstücke 3k, 35 bzw. 36, 37 befestigt. An diesen Kopplungsstücken sind Seile 38 bzw. 39 befestiget, mittels deren die beiden Platten 10 und 11 im wesentlichen gemäss der Symmetrieachse des Spaltes an einer Oeffnung ko in der Trägerplatte 23 vorbeigeführt werden können, durch welche bei der Messung ein Bündel der auffallenden Strahlung hindurchfällt.

Das Verhältnis der Intensität der auf die Schwächungsvorrichtung fallenden und aus ihr hervortretenden Strahlung wird als Durchlässigkeit bezeichnet und wird normalerweise als Prozentsatz ausgedrückt. Venn die Schwächungsvorrichtung die auffallende Strahlung völlig abschirmt, beträgt der
Durchlässigkeitswert 0 $ und wenn das auffallende Bündel
völlig vom Schwächungsglied durchgelassen wird, beträgt der Durchlässigkeitswert 100$. Beim Messvorgang können die
beiden Platten zwischen einer ersten und einer zweiten
Grenzlage nach rechts bzw. nach links in Fig. 1 verschoben

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werden. Die Distanz' zwischen den Platten im Bereich des Strahlenbündels, wenn sich die Platten in der ersten bzw. zweiten Grenzlage befinden,bestimmt die untere bzw. obere Durchlässigkeitsgrenze der Schwächungsvorrichtung .

Die an Hand der_# Fig. 1 geschilderte Schwägungsvorrichtung ermöglicht es, den oberen Durchlässigkeitswert entweder unabhängig von dem unteren Durchlässigkeitswert oder beide Werte gleichzeitig um den gleichen Betrag einzustellen.

Um den oberen Durchlassigkeitswert der Schwächungsvorrichtung 9 zu ändern, wird das Ende A des Seiles 28 entweder in oder entgegen der von der Feder 31 ausgeübten Kraft bewegt, wodurch die Parallelschienen 15 und 16 entweder zueinanderhin oder voneinander ab bewegt werden. Eine Parallelverschiebung der Schienen 15 und 16 auf den Hebeln Zk und 25 verringert oder vergrössert den Winkel des keilförmigen Spaltes zwischen den Platten 10 und 11, so dass der obere Durchlässigkeitswert geändert wird. Venn das Ende D des Seiles 28 festliegt, verschieben sich die parallelen Schienen 13 und Ik dabei nicht, während die Platten 10 und 11 um einen Punkt auf der Symmetrieachse des Spaltes verschwenkt werden, welcher Punkt im Bezugsbündel liegt, wenn sich die Schwächungsvorrichtung in der erwähnten ersten Grenzlage befindet, so dass der untere Durchlässigkeitswert der Schwächungsvorrichtung 9 der gleiche bleibt.

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Um die obere und die untere Grenze des Durchlässigkeitswertes der Schwächungsvorrichtung 9 gleichzeitig zu ändern, wird das Ende B des Seiles 28 bewegt, wiederum entweder in oder entgegen der von der Feder 31 ausgeübten Kraft, während das Ende A festliegt. Dadurch ergibt sich eine Verschiebung der Parallelschienen 13» I^ mittels des auf dem Hebel 21 montierten Armes 26 und eine Verschiebung der Parallelschienen 15 und 16 mittels des auf der Schiene 15 montierten Armes 30. Bei geeigneter Bemessung des Armes 26 ist die jedem Ende den Schwächungsvorrichtung 9 erteilte Verschiebung die gleiche, d.h. der Winkel des keilförmigen Spaltes bleibt unverändert.

Wenn das linke Ende der Schwächungsvorrichtung 9 auf einen bestimmten Durchlässigkeitswert eingestellt ist, kann die Oeffnung am rechten Ende mittels des Endes A des Seiles 28 verstellt werden, um den Durchlässigkeitsberexch der Schwächungsvorrichtung zu ändern. Bei einem gegebenen Bereich des Durchlässigkeitswertes können die obere und die untere Grenze durch Bewegung des Endes B des Seiles 28 geändert werden; der Durchlässigkeitsbereich der Schwäcl^uiigsvorrichtung bleibt der gleiche, aber die Durchlässigkeitsgrenzen sind einstellbar. Die Feder 31 ist bestrebt, beide Schienenpaare zu schliessen, so dass sie diese in jeder mittels des Seiles 28 eingestellten Lage stabilisiert,

Die Enden A und. B des Seiles 28 werden vorzugsweise auf Trommeln gewickelt, die mit geeigneten Steuerwellen verbunden sind, so dass die Schwächungsvorrichtung sich

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leicht einstellen lässt.

Beim Spektralphotometer gemäss Pig. 2 tritt Strahlung aus einer Quelle 50 in den einstellbaren Monochromator ein und das austretende Bündel 52 der monochromatischen Strahlung durchläuft wechselweise' einen Probenweg 55 und einem Bezugsweg 5^ mittels einer nichtdargestellten Umschaltvorrichtung. Der Probenweg 53 enthält eine Probenr küvette 55 und der Bezugsweg 5^ enthält eine identische Küvette 56 so wie eine Schwächungsvorrichtung 57·

Die wechselweise über den einen oder den anderen der beiden Vege auf einen photoelektrischen Detektor 58 fallende Strahlung erzeugt ein Ausgangssignal mit einer Wechselkomponente, deren Grosse vom Verhältnis der Intensität und somit der Durchlässigkeit des Probenweges und des Bezugsweges abhängt. Das Wechselsignal wird von einem Verstärker 59 verstärkt und einem Servomotor 60 zugeführt, .der mechanisch mit der Schwächungsvorrichtung 57 und mit dem Stift 61 eines Registriergerätes 62 verbunden ist. Das-System—ist derartig, dass jeder Unterschied der auf den photoelektrischen Detektor 58 auffallenden Strahlungsintensitäten zur Folge hat, dass der Servomotor 60 die Schwächungsvorrichtung 57 in den Weg hinein oder aus ihm heraus bewegt, um die Durchlässigkeiten der Wege 53 und 5^ auszugleichen.

Jede Aenderung der Durchlässigkeit im Probenbühdel, z.B. infolge einer· in die Küvette 55 gegebenen Probensubstanz, wird offensichtlich durch eine entsprechende

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Lagenänderung der Schwäcjungsvorrichtung 57 ausgeglichen, so dass sich eine unmittelbare Anzeige der Durchlässigkeit der Probe ergibt. Der mit der SchwäPhungsvorrichtung mechanisch verbundene Stift 61 zeichnet die entsprechende Bewegung auf das Registriergerät 62 auf, und durch Synchronisierung des Antriebsmotors des Registriergerätes mit dem Abtastmechanismus des Monochromators 51 ergibt sich eine graphische Darstellung der Probendurchlässigkeit über der Wellenlänge.

Durch die Aufnahme einer Schwächungsvorrichtung nach Fig. 1 in einer optischen Nullspektralphotometer nach Fig. 2 wird auch einfache Weise eine Skalenspreizung und ein "back-off" erzielt, indem lediglich die Geometrie der Schwächungsvorrichtung geändert wird.

Die Skalenspreizung wird erzielt durch eine solche Einstellung der Geometrie der Schwächungsvorrichtung, dass der Bereich der Durchlässigkeitswerte kleiner ist als der maximal verfügbare Bereich unter Beibehaltung des gleichen Hubbereiches des Stiftes 61 des Registriergerätes 63. Wenn z.B. der maximal verfügbare Durchlässigkeitsbereich sich von 0$ bis zu 100$ erstreckt, während die Schwäcbungsvorrichtung auf einen Durchlässigkeitsbereich von 0$ bis zu 50$ eingestellt ist, ist die Skala um einen Faktor 2 gespreizt. Die erforderliche Aenderung der Schwägungsvorrichtung wird mittels eines mit dem Ende A des Seiles 28 verbundenen Steuergliedes erzielt. Das Steuerglied kann mit einer gemäss einem Skalenspreizungsfaktor eingeteilten Skala versehen sein.

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Um "back-off" -zu erhalten, wird die Schvächungsvorrichtung so eingestellt, dass der Mindestwert seiner Durchlässigkeit mehr als 0$ beträgt, was dadurch erzielt wird, dass ein mit dem Ende B des Seiles 28 verbundenes Regelglied so verstellt wird, dass sich die beiden Enden der Schwächungsvorrichtung 9 um einen gleichen Betrag öffnen. Wenn z.B. die Schwächungsvorrichtung ursprünglich auf einen Bereich von 0$ bis zu 50$ eingestellt ist, verschiesst ein "back-off" von 30$ die Grenzen des Durch-* lässigkeitswertes auf einen Bereich von 30$ bis 80$, d.h. die Skalenspeizung bleibt die gleiche. Die Skala des mit dem Ende B des Seiles 28 verbundenen Regelgliedes kann unmittelbar in Einheiten des unteren Grenzwertes der Durchlässigkeit eingeteilt sein.

An einem weiteren Beispiel wird nachstehend die durch die einstellbare Geometrie der Schwächungsvorrichtung erzielte Flexibilität erläutert. Bei einer Einstellung der Skalenspreizungssteuerung auf ¹¹I"-, kann die "back-off"— Regelung auf einen niedrigen Durchlässigkeitswert von z.B. 40$ eingestellt werden. Dadurch würden die Grenzen bei kO% und 1^0$ liegen (in Wirklichkeit 100$). Die Skalenspreizungssteuerung kann dann auf z.B. einen Faktor ^vh" eingestellt werden. Die Grenzen werden dabei 4o$ und 65$ betragen.

Wenn eine Schwächungsvorrichtung nach Fig. 1 in einem optischen Nullspektralphotometer nach Fig. 2 aufgenommen ist, bilden die je an beiden Enden der Schwächungsvorrichtung 9 befestigten Seile 38 und 39 einen Teil einer geschlossenen Schleife, die vom Servomotor 60 angetrieben

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wird.L

Die Schwächungsvorrichtung-Jiach Fig. 1 kann dahingehend geändert werden, dass der keilförmige Spalt keine geraden Ränder hat. Die Ränder könnten z.B. gemäss einer logarithmischen Kurve verlaufen, in welchem Falle die
Schwägungsvorrichtung eher die Absorption als die Durchlässigkeit messen würde. Auch in diesem Falle lässt sich ein "back-off" zielen, und zwar durch Bewegung des Endes B des Seiles 28, während das Ende A festliegt} eine Skalenspreizung müsste dann an einer anderen Stelle im Gerät
durchgeführt werden z.B. dadurch, dass ein zweites Schwingungselement mit veränderlichein Offnungsbereich im Bezugsbündel angeordnet wird.

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Claims

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PATENTAN SPRUE CHE:

I-/ Schwäcfcungsvorrichtung für ein optisches Nullspektralphotometer, gekennzeichnet durch zwei undurchscheinende Platten die so angeordnet sind, dass sie einen keilförmigen Spalt einschliessen, wobei die beiden Platten zusammen im wesentlichen gemäss der Symmetrieachse des Spaltes verschiebbar sind, um die Messung zwischen einer unteren und einer oberen Durchlässigkeitsgrenze durchzuführen, während Mittel vorgesehen sind, mittels deren die relative Lage der Platten auf Abstand von einer Bedienungsstelle aus einstellbar sind, so dass sowohl die untere als auch die obere Durchlässigkeitsgrenze geändert wird, unter Beibehaltung des gleichen Bereiches zwischen diesen Grenzen.
2. Schwächung.s vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der keilförmige Spalt nahezu gerade Ränder aufweist, wobei Mittel vorgesehen sind, mittels deren die relative Lage der Platten auf Abstand von einer anderen Bedienungsstelle aus so eingestellt werden können, dass sich der Bereich zwischen der unteren und der oberen Durchlässigkeitsgrenze ändert.
3. Schwächungsvorrichtung : gemäss Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Platten auf einstellbaren Haltemittel·^ angeordnet sind, welche in der ersten Grenzlage der Platten die Distanz zwischen den Platten im Bereich des Strahlungsbündels und somit die untere Durchlässigkeitsgrenz der Schwächungsvorrichtung bestimmen, wobei die beiden Platten weiterhin auf einstell-

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baren Trägesmitteln angeordnet sind, welche in der zweiten Grenzlage der Platten die Distanz zwischen den Platten im Bereich des Strahlenbündels und somit die obere Durchlässigkeitsgrenze der Schwächungsvorrichtung bestimmen, wobei die Haltemittel und die Trägermittel so miteinander verbunden sind, dass sie zusammen auf Abstand von einer gemeinsamen Bedienungsstelle aus einstellbar sind, um sowohl die untere als auch die obere Durchlässigkeitsgrenze zu ändern, unter Beibehaltung des gleichen Bereiches zwischen diesen Grenzen, und dass die Trägermittel auch von einer anderen Bedienungsstelle aus einstellbar sind um lediglich die obere Durchlässigkeitsgrenze zu ändern.
4. Schwächungsvorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Haltemittel und die Trägermittel je ein Paar paralleler Schienen enthalten, wobei die beiden Schienenpaare parallel zueinander sind und die beiden Platten zusammen zwischen der ersten und der zweiten-Grenzlage auf den Schienen-bewegbar sind, während die Schienen jedes Paares durch Hebel miteinander verbunden sind, die drehbar sind, um die Distanz zwischen den Schienen des betreffenden Paares zu ändern, während ein Seil die Haltemittel und die Trägermittel miteinander verbindet und sich an jedem Ende bis zu einer entfernten Stelle erstreckt, während die Verbindung derartig ist, dass, wenn das eine Ende des Seiles, das sich von den Haltemitteln her erstreckt, bewegt wird, während das andere Ende festliegt, die Distanz zwischen den Schienen sowohl der Haltemittel als auch der Trägermittel geändert

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wird, während, wenn das andere Ende -des Seiles, das sich von den Trägermitteln her erstreckt, bewegt wird, während das andere Ende festliegt, nur die Distanz zwischen den Schienen der Trägermittel geändert wird.
5« Schwäärungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Seil in bezug auf die Haltemittel festliegt und über eine Seilscheibe zu den Trägermitteln läuft.
6. Schwächungsvor-richtung nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, dass Federmittel- an den Trägermitteln befestigt sind, die bestrebt sind, die beiden Schienenpaare zu schliessen, so dass sie diese in die, mit Hilfe des Seiles eingestellten Lage drängen.
7· Optisches Nullspektralphotometer, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer Schwächungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche versehen ist.
8. Optisches Nullspektralphotometer nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass das eine Ende des Seiles mit einem Regelglied verbunden ist, dessen Skala in Einheiten der unteren Durchlässigkeitsgrenze eingeteilt ist, wobei das andere Ende des Seiles mit einem Steuerglied verbunden ist, dessen Skala in Einheiten gemäss einem Skalenspreizungsfaktor eingestellt ist.
9. Optische Nullspektralphotometer nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Ende das Plattenpaares beide Platten durch schwenkar angeordnete Kupplungsglieder an je einem Antriebsseil befestigt sind, wobei die beiden Antriebsstelle einen Teil einer geschlossenen Schleife eines Servosystemes bilden, das die Schwachungs-,yorrichtung bedienen kann-

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