DE2543863A1 - Einrichtung zur lichtmessung durch photonenzaehlung - Google Patents

Einrichtung zur lichtmessung durch photonenzaehlung

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    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G—PHYSICS
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Description

FATENTANWXl/ΓΕ DR. ING. ERNST SOMMERFELD
DR. DIETER V. BEZOLD DIPL. ING. PETER SCHUTZ DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER
D-8 MUENCHEN 86
MARIA-TnEnESIA-STHASSE 28 POSTFACH 860608
TELEFON 08DM7 0BO6 47 OS IB
TELEX 022638 TELEGRAMM SOMBEZ
1. Oktober 1975
9731-75 Dr.v.B/S
Kax-Planck-GeSeilschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.
3400 G-öttingen, Bunsenstraße 10
Einrichtung zur lichtmessung durch Photonenzählung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Lichtmessung (Strahlungsflußmessung) durch Photonenzählung, mit einem Photo-Sekundärelektronenvervielfacher (Photomultiplier), dessen Ausgang mit einer ImpulsforjQun^sschaltung gekoppelt ist, die normierte Impulse, welche im wesentlichen jeweils einem einzelnen, vom Photo-Sekundärelektronenvervielfacher empfangenen Photon entsprechen, an eine MeJB-schaltung liefert.
Eine Einrichtung der oben genannten Art ist aus Zeitschrift "Electro-Optical Systems Design", Juni 1972, Seiten 20 bis 27, bekannt. Das Ausgangssignal einer Photo-SE V-Röhre, das jeweils einzelnen Photonen bzw. Photoereignissen entsprechende Impulse enthält, wird einer Verstärker-Diskriminator-
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Schaltung zugeführt, in der das Ausgangssignal der Photo-SEV-Röhre auf eine stabile Basislinie gebracht und einem Verstärker mit Schwellwert zugeführt wird, der für jeden Eingangsimpuls, dessen Amplitude den Schwellwert übersteigt, einen Ausgangsimpuls konstanter Amplitude und Dauer liefert, die unabhängig von der Größe und Dauer der Eingangssignale sind. Dieses normierte Impulssignal wird einer digitalen Anzeigevorrichtung und/oder einem es verarbeitenden Computer und/oder einem zu Eichzwecken dienenden Oszilloskop zugeführt.
Es ist auch bekannt, das Ausgangssignal des Photo-SEV direkt mit einem Elektrometer zu integrieren. Man erhält dadurch eine Analoganzeige, die jedoch relativ ungenau ist, da der Energieinhalt der den einzelnen Photoereignissen entsprechenden Impulse durch Änderung der Eokussierungsbedingungen, der Sekundäremissionsschwellwerte und weiteren Temperatureffekten relativ stark schwankt.
Der',vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Lichtmessung durch Photonenzählung anzugeben, die genau ist und sich im Gegensatz zu der ersterwähnten bekannten Einrichtung durch einen verhältnismäßig kleinen apparativen Aufwand auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.
Die Unteransprüche betreffen Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes.
Die Einrichtung gemäß der Erfindung zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau und hohe Genauigkeit aus. Weiterbildungen der Erfindung sind besonders unempfindlich gegen Störungen durch den Dunkelstrom des Photo-SEV.
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Bin Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.
. Die als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellte Einrichtung enthält eine Photo-Sekundärelektronenvervielfacherröhre 10 (im folgenden kurz SEV), die mit einer konventionellen, stabilisierten Spannungsversorgung 12 versehen ist. Die Anode des SEY ist über einen Arbeitswiderstand mit Masse und außerdem mit dem Eingang einer breitbandigen, möglichst überlastungsunempfindlichen Verstärkerschaltung 16 gekoppelt, welche einen Verstärkungsfaktor von ca. 10 haben kann. Das Ausgangssignal der Verstärkerschaltung wird über einen Widerstand 18 einem Begrenzer zugeführt, der eine zwischen den Widerstand 18 und Masse geschaltete Zenerdiode enthält. Die Verbindung zwischen dem Widerstand 18 und der Zenerdiode 20 ist über einen Arbeitskontakt eines ersten Reed- oder Schutzgas-Lamellen-Relais 22 und einen Reihenwiderstand 24 mit dem Eingang eines einen Operationsverstärker enthaltenden Integrators 26 verbunden. Der Integrator integriert die ver- !,· stärkten und begrenzten Impulse und erzeugt dabei ein integriertes Signal, das der Anzahl der ihm zugeführten Impulse entspricht. Dieses Signal kann durch-ein Zeigerinstrument 28 angezeigt und/oder durch einen nicht dargestellten Schreiber, der an einen entsprechenden Ausgang 30 des Integrators angeschlossen wird, registriert werden.
Der Integrator kann eine umschaltbare Kapazität enthalten, so daß sich verschiedene Meßbereiche ergeben.
Der Integrator 26 hat eine Entladeklemme 32, die über einen Arbeitskontakt eines zweiten Reed-Relais 34 mit Masse verbunden v/erden kann. Die Eontakte der Relais 22 und 34 sind jeweils mit einem von Hand betätigbaren Arbeitskontakt (Taster) überbrückt.
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Die Verbindung zwischen dem Widerstand 18 und der Zenerdiode des Begrenzers 20 kann außerdem über einen Widerstand 36 mit einem Elektrometer 38 verbunden sein, an dem die Anzahl der Photoereignisse pro Zeiteinheit (Strahlungsleistung) ablesbar ist.
Der SEV liefert pro Photoereignis einen Stromimpuls von · ca. 10"" A und mit den in der Zeichnung angegebenen Schaltungsparametern speichert der Integrator 26 pro Photoereignis eine
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Ladung von etwa 10 Coulomb. Der Integrator kann mehrere Meßbereiche haben, in der Stellung höchster Empfindlichkeit
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kann der Vollausschlag des Zeigerinstruments 28 z.B. 10 J Coulomb (ca. 100 Photoereignisse) entsprechen, während in der Stellung geringster Empfindlichkeit der Vollauarohlag 10 Coulomb (ungefähr 10 Photoereignisse) entsprechen kann.
Die beschriebene Einrichtung erlaubt eine Analog-Zählung der Photoereignisse mit geringem apparativem Aufwand. Die am Arbeitswiderstand 14 auftretenden Spannungsimpulse von etwa
—2 ''
10 V werden durch den Verstärker 16 um den Faktor 1000 verstärkt. Mit der Zenerdiode des Begrenzers 20 werden die verstärkten Spannungsimpulse auf eine Amplitude von 1V begrenzt. Die begrenzten Impulse werden (bei geschlossenem Kontakt des Relais 22) über den Widerstand 24, der einen Wert von 100 Kiloohm haben kann, dem Integrator 26 zugeführt, der für ein
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typisches Photoereignis jeweils eine Ladung von 10 Coulomb erhält. Dieser Viert hängt ab von der Zeitkonstante des verwendeten Verstärkers 16 und von dessen Erholungsverhalten nach Überlastung. In der Praxis hat es sich gezeigt, daß die Variation der Ladungen pro Photoereignis am Integrator sich schon nach Zählung von etwa 10 Photoereignissen ausmittelt. Auf eine aufwendige Impulsformungsschaltung, die einen durch die primären Stromimpulse gesteuerten schnellen ITormimpulsgenerator enthält, kann also verzichtet werden.
Die Reed-Relais 22 und 34 machen es möglich, die Empfind-
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I I
lichkeit des Geräts bei der Messung von Lichtimpulsen dadurch zu erhöhen, daß man dem Integrator über das Relais 22 nur solange Impulse zuführt, wie der Lichtimpuls dauert.Dies kann beispielsweise mittels einer Programmsteuerung 40 erfolgen, die einen ersten Ausgang 42 zur Auslösung des den Lichtimpuls verursachenden Vorganges , einen zweiten Ausgang zur Steuerung des Relais 22 und einen dritten Ausgang 46 zur Steuerung des Relais 34 enthält. Die zeitliche Lage der Steuersignale an den Ausgängen 42 und 44 gewährleistet, daß der Kontakt des Relais 22 geschlossen ist, wenn der Lichtimpuls beginnt und daß der Eontakt des Relais 22 nach Beendigung des Lichtimpulses wieder geöffnet wird. Bei der UntäSuchung der kathodischen Elektrolumineszenz in nicht wässrigen Lösungen betrug die Schließdauer des Relais 22 ca. 2 msec und das Steuersignal am zweiten Ausgang 44 trat etwa 0,2 msec vor dem die Lumineszenz praktisch unverzögert auslösenden Steuersignal des ersten Ausgangs 42 auf, um der Ansprechzeit des Relais Rechnung zu tragen. Der SEV 10 war während der Messung auf Trockeneistemperatur gekühlt und unter diesen Bedingungen traten am Ausgang des SEV nur .einige zehn Dunkelstromimpulse pro Sekunde auf. Es ist somit möglich, kurze Lichtblitze zu messen, ohne daß normalerweise ein einziger Dunkelstromimpuls gezählt wird.
Das Steuersignal am Ausgang 46 dient zum Schließen des Arbeitskontaktes des Relais 34, durch das der Integrator entladen und vor einer neuen Messung auf 0 zurückgestellt wird.
Das Elektrometer 38 ermöglicht einekontinuierliche Anzeige der Impulsrate. Hierdurch können der Dunkelstrom überwacht und der Lichtstrom kontinuierlich gemessen werden. Bei dem praktischen Ausführungsbeispiel hatte der Widerstand 36 einen Wert von 100 Kiloohm und Vollausschlag auf der 10" -A-Skala desHeltrometers 38 entsprach ca.1000 Impulsen pro Sekunde. Statt eines Elektrometers könnte selbstverständlich . auch ein Gleichstromverstärker mit nachgeschaltetem Zeiger-
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instrument verwendet v/erden. Macht man den Widerstandswert des Widerstandes 36 umschaltbar, so erhält man verschiedene Meßbereiche für die Impulsrate.
Je nach der Steuerung des Relais 34 können mit dem Integrator die Photoereignisse eines einzigen Lichtimpulses oder die mehrerer Lichtimpulse gemessen v/erden.
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Claims (8)

  1. Patentansprüche
    Einrichtung zur Lichtmessung durch Photonenzählung mit einem Photo-SEV, dessen Ausgang mit einer Impulsformungsschaltung gekoppelt ist, die normierte Impulse, welche im wesentlichen jeweils einem einzelnen, vom Photo-Sekundärelektronenvervielfacher empfangenen Photon entsprechen, an eine Meßschaltung liefert, dadurch gekennzeichnet , daß die Impulsformungsschaltung einen Verstärker (16) mit nachgeschaltetem Begrenzer (20) enthält.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzer eine Diode, insbesondere eine Zenerdiode enthält.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Begrenzers über einen Kontakt eines Relais (22) mit einem Integrator (26) gekoppelt ist.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1,-2 oder 3, d a d u r ch gekennzeichnet, daß der Integrator eine Entladungsvorrichtung enthält, die durch einen Schalter (34) betätigbar ist.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Schalter ein Relais (34) enthält.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 5, d a d u r ch gekennzeichnet, daß das Relais durch eine Programmsteuerung (40) steuerbar ist.
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    ORIGINAL INSPECTED
  7. 7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator mit einem die durch die Integration angesammelte ladung anzeigenden Meßgerät (28) und/oder Registriergerät gekoppelt ist.
  8. 8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den
    Begrenzer (20) ein hochohmiges Strommeßinstrument zur Anzeige der Impulszahl pro Zeiteinheit angeschlossen ist.
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US05/725,561 US4091277A (en) 1975-10-01 1976-09-22 Photon detection and counting system

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DE2543863B2 DE2543863B2 (de) 1978-11-16
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