DE2633087A1

DE2633087A1 - Reflektometer

Info

Publication number: DE2633087A1
Application number: DE19762633087
Authority: DE
Inventors: Gordon Alfred Chalton; Peter Myers
Original assignee: Unilever NV
Current assignee: Unilever NV
Priority date: 1975-07-30
Filing date: 1976-07-22
Publication date: 1977-02-17
Also published as: IN146947B; GR68084B; IE43035L; AU1628776A; PT65423A; NL7608285A; PT65423B; AU510354B2; FR2319895A1; GB1560482A; CA1061134A; CH610105A5; BE844671A; AR217628A1; ZA764563B; NZ181581A; ES450284A1; JPS5252685A; BR7604902A; IE43035B1

Description

Unilever N.V., Burgemeester s'Jacobplein 1, Rotterdam / Niederlande

Reflektometer

Die Erfindung befaßt sich mit Reflektometern, d.h. mit Instrumenten zur Messung der optischen Reflexion von Proben. Einige derartige Instrumente messen den Gesamtbetrag des von einer Probe reflektierten Lichtes unabhängig von der Farbe, und andere sind durch die Verwendung von Filtern in der Lage, die relativen Prozentsätze besonderer Wellenlängen des reflektierten Lichtes zu bestimmen. Photometer, Glossmeter, Colorimeter und Spektrophotometer sind besondere Reflektometerarten, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht.

Gegenwärtig in Verwendung stehende Reflektometer sind hauptsächlich zur Verwendung in Verbindung mit einer Arbeitsbank entwickelt, und um beständige bzw. brauchbare Ergebnisse zu erreichen muß die die Lichtquelle bildende Lampe für längere Zeitspannen eingeschaltet sein. Zu diesem Zweck sind diese Lampen normalerweise netzbetrieben, und obwohl ein Batteriebetrieb mitunter Verwendung findet, wird hierdurch eine Unhandlichkeit und Schwerfälligkeit für jedes Instrument brauchbarer

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Genauigkeit und Konsistenz hervorgerufen.

Die Lichtquelle kann eine weiß glühende elektrische Lampe, ein fluoreszierende Röhre oder eine Hochdruck-Xenonlampe sein. Dieser Röhrentyp wird normalerweise für eine besondere Anwendung ausgewählt und um eine Spektralausgangsleistung zur Anpassung an die besondere Anwendung zu haben. Jedoch ist in jedem Fall dieselbe Forderung nach eingeschaltet lassen der Lampe für eine beträchtliche Zeitspanne zur Schaffung der Konsistenz, was zu einer Nichttragbarkeit führt, bei einem genauen Instrument unvermeidbar.

Für einige Reflektionsmessungen ist es jedoch wünschenswert, daß das Instrument tatsächlich tragbar sein sollte, und die vorliegende Erfindung beträgt daher die Schaffung eines derartigen Instrumentes.

Es ist festgestellt worden, daß dann, wenn ein Instrument über eine gepulste Entladungsröhre als Lichtquelle verfügt und in Mehrfachstrahlweise betrieben wird, d.h. mit Strahlen derselben Quelle, die auf ein Bezugsmedium und auf die zu messende Probe gerichtet sind, beständige Ergebnisse mit einem kleinen, tragbaren Instrument erreicht werden können. Somit kann ein tragbares Instrument entwickelt bzw. gebaut werden, das von Hand gehalten, das in irgendeiner Anzahl von Umgebungen zur Ausführung von Marktvermessungsuntersuchungen genommen, das zur Erreichung einer von irgendeinem Gegenstand unabhängig von der Größe und der Stellung desselben ausgehenden Reflektion verwendet und das zur Reflektionsmessung in schwierig zugänglichen Stellungen verwendet werden kann, die mittels einer großen Laboreinrichtung nicht erreicht werden könnten, wie beispielsweise Böden, Wände, Decken und sogar Kleidungsstücke, die irgend jemand trägt.

Somit wird durch die Erfindung geschaffen ein Reflektometer mit einer gepulsten Entladungsröhre als Lichtquelle, die dazu dient, für eine Beleuchtung von der Quelle proportional auf eine,n Bezugsstandard und auf eine zu mess."„λde Probe "*'■· orgen, welches Reflektometer des weiteren verfügt über Metinittel für den Bezugs-

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standard und Meßmittel für die Probe zur Messung des von dem Bezugsstandard und von der Probe reflektierten Lichtes und über Signalverarbeitungsmittel zum Vergleich der Ausgangsleistungen der Meßmittel zur Bestimmung der optischen Reflexion · der Probe.

Die gepulste Entladungsröhre, im allgemeinen eine Blitzröhre, ist zweckmäßigerweise eine gepulste Xenonröhre mit einem Quarzoder Glasmantel.

In bevorzugter Weise werden die Ausgangsleistungen jedes der Meßmittel gespeichert, beispielsweise auf einem Kondensator mit geringem Abfall, vor dem Vergleich zur Bestimmung des absoluten Wertes der Reflexion der Probe. In bevorzugter Weise wird der Vergleich zwischen diesen beiden Ausgangsleistungen ausgeführt ■ mit Hilfe eines Modulteilers, der das Verhältnis zwischen den beiden Ausgangssignalen mißt. Mit einer derartigen Ausbildung wird eine Ausgangsleistung erreicht, die unabhängig von Veränderungen des absoluten Wertes von der Ausgangsleistung der Lichtquelle ist, und daher wird die gepulste Entladungsröhre ein praktisches und genaues Instrument.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer Ausführungsform beispielhaft und unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen weiter ins einzelne gehend beschrieben; in den Zeichnungen zeigt:

Figur 1 eine Kurve der Spektralverteilung der Lichtquelle,

Figur 2 ein schematisches Diagramm der Lichtquelle, ihrer Energiezufuhr und des Reflexionsstrahls und

Figur 3 ein Schaltdiagramm der Signalverarbeitungsmittel.

Figur 1 zeigt die Spektralvertexlung der bei dem erfindungsgemäßen Instrument verwendeten Lichtquelle. Diese Quelle ist eine gepulste Xenonlampe und kann einen Glas- oder Quarzmantel besitzen, und zwar in Abhängigkeit von der geforderten Spektralreaktion, wobei die Verteilungsdivergenz zwischen Quarz Q und Glas G in der Kurve angegeben ist.

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40	Ws (Joule)
1,5	mWs
360	V
270	V
7	KV
900	/is
2500	Blitze
30	mm
46	irm
4,5	mm

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Die verwendete Lampe war eine von Kendal Hyde Associates unter der Typenbezeichnung XFS 47/360 gekaufte Lampe, die gerinfügig abgewandelt war und die nachfolgend angegebenen Eigenschaften besessen hat:

Maximalenergie pro Blitz
Minimale Zündenergie
Maximale Anodenspannung-Minimale Anodenspannung
Minimale Triggerspannung
Blitzdauer bei Maximalenergie

Durchschnittliche Lebensdauer bei
10 % Lichtabfall

Bogenlänge
Röhrenlange
Röhrendurchmesser

Die Veränderung bestand in der Entfernung der äußeren Oxidtriggerbeschichtung und deren Ersetzung durch eine dünne Drahtspirale entlang der Länge der Röhre an deren Äußerem zur Triggerung. Dies ermöglicht die zu erreichende korrekte Spektralverteilung besonders in dem UV-Bereich.

In Figur 2 sind die Blitzröhre T, deren Leistungszuführungen C- und T.V. und die Lichtausgangsleistungen B und B„ und deren Feststellung dargestellt.

Der Blitz der Röhre wird durch Entladung eines elektrolytischen Kondensators C₂ bei einem Wert von 16 Mfd nach Triggerung von einem Hochspannungsimpuls einer Triggerspannungszuführungsleitung T.V. erreicht. Der Kondensator C₂ ist ursprünglich geladen von einer Hochspannungsquelle H.V. bei 300 V, und die Triggerzuführungseinheit T.V. ist eine übliche Ausbildung, die mehrere 1000 V erzeugt und durch Betätigung des Erdungsschalters PBI ausgelöst wird.

Bei dieser Ausbildung beträgt die Lichtausgangsleistung etwa 1 Joule, was unter Bezugnahme auf die obige Tabelle als erhebliche Schwachleistung der Lampe (Maximalwert 40 Joule) ver-

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standen werden kann und somit deren Lebensdauer vergrößert.

Die Lampe ist so angeordnet, daß beim Aufblitzen zwei Strahlen B und B„ unter rechtem Winkel zueinander an einem Probenschlitz SP und einem Bezugsschlitz RP empfangen werden. Die Schütze sind zur Aufnahme des Lichtes unter einem geneigten Winkel von 45 angeordnet. Da das Licht von derselben Lichtquelle zur selben Zeit ausgeht, bleibt der Anteil des auf jeden Schlitz fallenden Lichtes (etwa 1:1 in Abhängigkeit von der geometrischen Anordnung) im wesentlichen konstant ohne Rücksicht auf Veränderungen in der Stärke der Lichtausgangsleistung.

Für übliche Messungen wird die zu messende Probe an dem Probenschlitz angeordnet, und wird ein Bezugsstandard an dem Bezugsschlitz angeordnet. Das normal zu den Schlitzen reflektierte Licht wird von abgestimmten Photozellen MCl und MC2 gesammelt. Für Anwendungen wie beispielsv7ei.se als Glossmeter werden die Zellen zum Lichtempfang bei 45 angeordnet; dieser Winkel kann für andere Anwendungen verändert werden.

Für besondere Wellenlängenmessungen können abgestimmte Filter Fl und F2 ausgewählter Farbe in den Lichtreflektionsstrahlen angeordnet werden.

Die Ausgangsleistungen der beiden Photozellen werden dann einer Meß- und Anzeigeschaltung, die in Figur 3 dargestellt ist, zugeführt.

Die beiden Spannungsimpulse der Zelfen besitzen eine Amplitude von ν und V₂ Volt mit einer Impulsbreite von t und werden, von zwei abgestimmten Verstärkern A, und A verstärkt, was eine Ausgangsleistung von nv, und nv„ zur Folge hat, wobei η die Verstärkung jedes Verstärkers ist. Von den Ausgängen dieser Verstärker werden die Impulse über zwei Dioden D. und D₂ zwei Kondensatoren C, und C₃ zugeführt, die sich auf Spitzenspannungen HV₁ und nv, aufladen. Dieser Spitzenwert wird an den Kondensatoren so lange aufrechterhalten, wie der Eingangswiderstand jeder nachfolgenden Stufe hoch ist und auch der Gegenwiderstand der Dioden D, und D₂ hoch ist.

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In jedem Fall ist die nachfolgende Stufe ein Dämpfungsverstärker BA, und BA₂ mit hoher Eingangsimpedanz. Von dem Ausgang der beiden Dämpfungs- bzw. Pufferverstärker werden zwei gleichmäßige bzw. konstante Spannungen X und Y mit einer Zeitkonstanten von t₂ Sekunden erreicht.

Diese werden gleichzeitig den Eingängen eines Modulteilers mit einer Ausgangsfunktion 10-, was anschließend einem Digitaltafelmeßgerät DPM zugeführt wird. Bei der Bezugseinstellung zur Erreichung von Y = IQO Einheiten und der Probe von angenommen 50 Einheiten beträgt die Ausgangsleistung des Teilers IO χ - - 5 Einheiten. Dieser Wert kann an dem Digitaltafelmeßgerät zur Ablesung von 50,0 % skaliert werden und Ablesungen von 0 bis über 100 % können direkt abgelesen werden. Infolge der Teilermessung eines Verhältnisses von zwei Spannungen X und Y wird jede allgemeine Veränderung in diesen Werten infolge der sich entladenden Kondensatoren C. und C- oder der sich bei einem Abfall der Lichtausgangsleistung ändernden Ausgangsimpulse V₁ und ν unwirksam gemacht, und bleibt die resultierende Ausgangsleistung über einem großen Bereich konstant.

Um bei der Benutzung des Instruments so viel wie möglich an Energie einzusparen bzw. zu konservieren, um so die Verwendung einer kleinen, wieder ladbaren Batteriepackung zu ermöglichen, ist ein Verzögerungsschaltungskreis DS derart vorgesehen, daß das Digitaltafelmeßgerät DPM nur für kurze Zeitspannen eingeschaltet ist (maximal 20 Sekunden). Diese Verzögerungsperiode kann mittels eines Potentiometers RV₁ eingestellt werden, um sicherzustellen, daß die Bedienungsperson ausreichend Zeit hat, das Reflektionsergebnis abzulesen bzw. aufzuzeichnen. Der Verzögerungsschaltkreis wird mittels eines Druckknopfs ausgelöst, der für das Ablesen durch Niederdrücken bestimmt ist, um so ein Relais RLA in Betrieb zu nehmen. Ein Kontakt RLA/1 schließt sich, der an dem Digitaltafelmeßgerät schaltet, während Kontakte RLA/2, RLA/3 den kurzen Kreis über die Kondensatoren C₁ und C₃ lösen, um so deren Aufladung auf Spitzenwerte nv. und n/„ zu ermöglichen. Nach der Verzögerungsperiode fällt das Relais RLA/1 ab und schaltet das Digitaltafelmeßgerät ab, während .die Relais RLA/2 und RLA/3 die Kondensatoren C₁ und C₃ entladen, wodurch

►7 η α Q η 14

diese für die nächste Ablesung bereitgestellt werden.

Mit einer Gesamtanzahl von Ablesungen pro Tag in der Größenordnung von 200 und bei einer Dauer jeder Ablesung von bis zu 20 Sekunden ist eine gesamte dazwischenliegende Laufzeit von 66 Minuten pro Tag erforderlich. Ss wurde ein wieder aufladbares Batteriepaket mit 5 Volt bei 500 n£/h ausgewählt und dabei als für den Betrieb während eines Tages ausreichend festgestellt. Jeden Abend konnte das Instrument nach der Benutzung an ein Batterieladegerät zur Wiederaufladung der Batterien für den nächsten Tag angeschlossen werden.

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Claims

P atentansprüche

1.1Reflektometer mit einer Lichtquelle, die dazu dient, für die Beleuchtung von der Quelle proportional an einem Bezeugsstandard und an einer zu messenden Probe zu sorgen, mit Meßmitteln für den Bezugsstandard und mit Meßmitteln für die Probe zur Messung des von dem Bezugsstandard und von der Probe reflektierten Lichtes und mit Signalverarbeitungsmitteln zum Vergleich der Ausgangsleistungen der beiden Meßmittel zur Bestimmung der optischen Reflektion von der Probe, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (T) eine gepulste Entladungsröhre ist.

2. Reflektometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gepulste Entladungsröhre (T) eine gepulste Xenonröhre ist. ·

3. Reflektometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Xenonröhre eine dünne Drahtspirale an ihrem Äußeren zur Triggerung besitzt.

4. Reflektometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die SignalVerarbeitungsmittel über einen Modulteiler zur Messung des Verhältnisses der beiden Ausgangsleistungen verfügt.

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