DE2656131A1

DE2656131A1 - Polarimeter

Info

Publication number: DE2656131A1
Application number: DE19762656131
Authority: DE
Inventors: Rolf Karl Gundermann
Original assignee: Optical Activity Ltd
Current assignee: Optical Activity Ltd
Priority date: 1975-12-11
Filing date: 1976-12-10
Publication date: 1977-06-23
Also published as: DE2656131C2; US4118125A; GB1570067A; JPS5272268A

Description

Die Erfindung betrifft ein Polarimeter, insbesondere ein Polarimeter mit einem Polarisator mit einer festen Orientierung und einem Analysator, der um seine Achse drehbar ist. Bei einem solchen Polarimeter dreht sich der Analysator mit kontanter Geschwindigkeit um seine Achse und die resultierende Modulation der Lichtintensität wird von einem Lichtdetektor erfaßt, der so angeordnet ist, um die vom Analysator durchgelassene Lichtintensität nachzuweisen. Das elektrische Ausgangssignal des Lichtdetektors ist unter diesen Umständen eine Sinusquadrat-Welle mit zwei Perioden pro Drehung des Analysators. Wenn zwischen den Polarisator und den Analysator eine Probe, deren optische Aktivität gemessen werden

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soll, angeordnet wird, wird die Phase des Ausgangssignals des Lichtdetektors in Bezug zu der Winkelstellung des Analysators um einen Betrag verschoben, welcher der optischen Drehung, die durch die Probe eingeführt wird, proportional ist. Die Messung dieser Phasenverschiebung im Ausgangssignal des Detektors ist daher ein Maß für die optische Aktivität der Probe.

Bekannte Polarimeter dieser Art verwenden elektrische Signale von sinusförmiger Wellenform» um einen Motor zu steuern, welcher den Analysator antreibt, und benutzen analoge Methoden, um die Phasenverschiebung im Ausgangssignal des Lichtdetektors zu bestimmen. Bemühungen, solche bekannten Polarimeter zu verbessern, haben sich auf Versuche, die Übereinstimmung der Drehung des Analysators in Bezug zu den steuernden Wellenformen zu verbessern, und auf Versuche, die Unzulänglichkeiten, welche die analoge Messung der Phasenverschiebung mit sich bringen, zu verhindern, konzentriert. Die bekannten Polarimeter bleiben jedoch relativ ungenau.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, ein verbessertes Polarimeter zu schaffen, bei welchem digitale Techniken verwendet werden.

Dies wird bei einem Polarimeter mit einem Polarisator mit einer festen Orientierung und einem Analysator, der um seine Achse drehbar ist, gelöst durch einen Motor, der den Analysator dreht und der synchron mit digitalen Taktimpulsen angetrieben ist, so daß die Drehung des Analysators mit den digitalen Taktimpulsen synchronisiert ist.

Es ist zweckmäßig, wenn der Motor ein Schrittmotor ist, der synchron mit den digitalen Taktimpulsen angetrieben ist, so daß jeder Schritt des Motors einer vorbestimmten Anzahl von Takt impuls en ent spricht.

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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Polarimeters
gemäß der Erfindung wird die Phase des Ausgangssignals
eines Lichtdetektors, der auf die vom Polarisator und
Analysator durchgelassene Lichtintensität anspricht,
mit der Phase eines von den Taktimpulsen abgeleiteten
digitalen Signals verglichen, um die optische Aktivität
einer zwischen dem Polarisator und dem Analysator angeordneten Probe zu bestimmen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein erstes von den Taktimpulsen abgeleitetes digitales
Signal in fester Phasenbeziehung zu dem Ausgangssignal des Lichtdetektors gehalten und die Phase des ersten digitalen Signals mit der Phase eines zweiten digitalen Signals ver-

auch
glichen, das von den Taktimpulsen abgeleitet wird. .

Zweckmäßigerweise wird die optische Aktivität durch einen
Zähler bestimmt, der die Taktimpulse während eines Zeitabschnittes, in welchem die ersten und zweiten digitalen
Signale den gleichen logischen Zustand aufweisen, zählen
kann.

Das erste digitale Signal kann von den Taktimpulsen durch
einen ersten Teiler abgeleitet werden, dessen Ausgangssignal hinsichtlich seiner Phase durch einen Phasendetektor überwacht wird, der die Phase des vom Lichtdetektor gelieferten Ausgangssignals mit der Phase des Ausgangssignals des ersten Teilers vergleicht.

Das zweite digitale Signal kann von den Taktimpulsen durch einen zweiten Teiler abgeleitet werden. Darüber hinaus ist eine Einrichtung vorgesehen, um den zweiten Teiler synchron mit dem ersten Teiler zu starten.

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Gemäß der Erfindung ist außerdem ein Polarimeter mit einem Polarisator mit einer festen Orientierung und einem Analysator, der um seine Achse drehbar ist und eine Einrichtung zum Drehen des Analysators mit konstanter Geschwindigkeit vorgesehen, bei dem die Phase eines Ausgangsignals eines Lichtdetektors, der auf die vom Polarisator und Analysator durchgelassene Lichtintensität anspricht, mit der Phase eines digitalen Signals, das in Phase mit der Drehung des Analysators ist, verglichen -wird, um die optische Aktivität einer zwischen dem Polarisator und dem Analysator angeordneten Probe zu bestimmen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung.

In der einzigen Figur ist ein Polarimeter mit einer Lichtquelle 1 dargestellt, die von einer Wolframglühlampe und einem Kollimator gebildet wird. Das kollimierte Licht der Lichtquelle 1 tritt durch ein Präzisionsinterferenzfilter 2 mit schmaler Bandbreite, einen Polarisator 3 mit einer festen optischen Orientierung und einen Analysator 4,der um seine Achse drehbar ist, hindurch. Ein Lichtdetektor 5 in Form einer Silicium-Fotodiode, die in der Strombetriebsart betrieben wird, erfaßt die vom Analysator durchgelassene Lichtintensität und liefert ein elektrisches Ausgangssignal, das proportional zur erfaßten Lichtintensität ist. Zwischen den Polarisator 3 und den Analysator k kann eine Probe 6, deren optische Aktivität gemessen werden soll, eingeführt werden.

Im Betrieb wird der Analysator k mit konstanter Geschwindigkeit gedreht, so daß das elektrische Ausgangssignal des Detektors 5 eine Sinusquadrat-Wellenform mit zwei Perioden pro Drehung des Analysators aufweist. Wenn eine optisch

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aktive Probe 6 zwischen den Polarisator und Analysator eingeführt wird, wird die Phase der Sinusquadrat-Welle relativ zur Winkelstellung des Analysators um einen Betrag verschoben_f welcher der von der Probe 6 erzeugten optischen Drehung proportional ist. Diese Phasenverschiebung wird durch das Polarimeter gemessen, um die optische Aktivität der Probe zu bestimmen.

Der Analysator 4 ist fest mit dem Rotor eines Schrittmotors verbunden, der synchron angetrieben wird mit digitalen Taktimpulsen, die von einem Taktgeber 8 geliefert werden, so daß jeder Schritt des Motors einer vorbestimmten Anzahl von Taktimpulsen entspricht. Das Ausgangssignal des Taktgebers 8 wird durch einen Frequenzteiler 9 in. seiner Frequenz um einen Faktor I.5OO reduziert und dann dem Schrittmotor 7 über Motorantreiber 24 zugeführt. Der Motor 7 durchläuft 48 Schritte pro Drehung, so daß für jede Motordrehung 72.000 Zyklen des Taktgebers erforderlich sind, wobei jeder Taktgeberzyklus einem 5/IOOO entspricht.

Der Lichtdetektor 5 erzeugt ein Stromausgangssignal, das in einem Strom-Spannung-Wandler 10 in eine entsprechende Spannung umgewandelt wird. Die resultierende Ausgangsspannung des Wandlers 10 wird in einem Verstärker 11 verstärkt, der mit einer automatischen Verstärkungsregelung versehen ist, um eine wesentliche Signalschwächung zu kompensieren, welche auftreten kann, wenn lichtabsorbierende Proben verwendet werden. Das verstärkte Signal wird einem Phasenfehlerdetektor 12 zugeführt, der ebenfalls das Ausgangssignal eines veränderlichen Frequenzteilers 13* der mit dem Taktgeber 8 verbunden ist, empfängt. Der veränderliche Teiler 13 teilt die Frequenz der Taktimpulse durch 36.OOO, um ein erstes digitales Signal zu erhalten mit einer Frequenz, die identisch zu der Frequenz des vom Lichtdetektor 5 gelieferten Ausgangssignals ist. Die Phasen des

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_ersten digitalen Signals und des Ausgangssignals des Lichtdetektors werden in dem Phasenfehlerdetektor verglichen, der ein Fehlersignal zu einem Spannung-Frequenzwandler Ik liefert, der den veränderlichen Teiler 13 steuert, um die Phase des ersten digitalen Signals zu verändern. Der Phasenfehlerdetektor 12 und der Wandler l4 halten das erste digitale Signal genau 90° außer Phase mit dem Ausgangssignal des Lichtdetektors 5.

Der Taktgeber 8 ist außerdem mit einem Referenzfrequenzteiler 15 verbunden, der dazu dient, die Frequenz der Taktimpulse durch 3^.000 zu dividieren, um ein zweites digitales Signal zu schaffen, dessen Frequenz identisch mit der Frequenz des Ausgangssignals des Lichtdetektors 5 ist. Der Referenzfrequenzteiler 15 ist frei laufend. Der Referenzteiler 15 kann mit dem veränderlichen Teiler 13 synchronisiert werden durch Niederdrücken eines Druckknopfes l6, der mit einer Rückstelleinrichtung 17 verbunden ist. Wenn der Druckknopf l6 niedergedrückt wird, wird der Referenzteiler 15 zurückgestellt und synchron mit dem ersten digitalen Signal, das von dem veränderlichen Teiler 13 geliefert wird, erneut gestartet.

Ein normalerweise abgeschalteter Zähler l8 hat einen Zähleingang, der mit dem Taktgeber 8 verbunden ist, und einen Steuereingang, der mit einem Phasendifferenzdetektor 19 verbunden ist, welcher das erste und zweite digitale Signal jeweils von dem veränderlichen Teiler und dem Referenzteiler empfängt. Der Differenzdetektor vergleicht das erste und zweite digitale Signal während jedes Zyklus¹ des ersten digitalen Signals und" startet den Zähler l8 für den Teil jedes Zyklus¹ , in welchem das erste und zweite digitale Signal beide den logischen Zustand 1 aufweisen, wobei dieser Teil des Zyklus* der Phasendifferenz zwischen dem ersten und zweiten digitalen Signal entspricht und daher der Phasenverschiebung des Ausgangssignals des Lichtdetektors 5 relativ zu der Phase der Taktimpulse. Die Anzahl der Taktimpulse, die in jedemZyklus vom Zähler l8 gezählt werden, liefert daher eine genaue Anzeige der Phasenverschiebung.

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Der vom Zähler lö erreichte Zählstand wird am Ende eines jeden Zyklus¹ auf eine Anzeigeeinrichtung 20 übertragen, wo der Zählstand in einem Speicher aufgezeichnet und dazu benutzt wird, um eine digitale Anzeige zu betätigen. Durch Veränderung der Teilungsverhältnisse der drei Frequenzteiler 91 13 und 15 können verschiedene Maßstabsfaktoren erzielt werden. Die Frequenz des Taktgebers 8 ist innerhalb eines Bereiches von 270 kHz bis 500 kHz wählbar, um ungefähr vier Drehungen des Analysators pro Sekunde unabhängig von dem gewählten Maß st abs faktor zu erzielen.

Ein Polaritätsdetektor 23 speichert den logischen Zustand des Referenzteilers 151 welcher während des positiv verlaufenden Übergangs des Ausgangssignals des veränderlichen Teilers 13 vorhanden ist, um die Phasenbeziehung zwischen den Ausgangssignalen der zwei Teiler und damit die Polarität der optischen Aktivität der Probe anzuzeigen.

Das Ausgangssignal des Lichtdetektors 5 wird von einem Niedrigsignaldetektor 21 überwacht, welcher ein Aufblitzen der digitalen Anzeige der Einrichtung 20 verursacht, wenn die Größe eines solchen Ausgangssignals unzureichend ist.

Der Phasenfehlerdetektor 12 ist durch einen Geschwindigkeitsrückkopplungsgenerator 22 mit einer Geschwindigkeitsrückkopplung versehen, wobei der Generator das Ausgangssignal des Spannung-Frequenz-Wandlers l4 und das Ausgangssignal des Verstärkers 11 überwacht und eine negative Rückkopplung proportional zur Amplitude des Ausgangssignals des Verstärkers und der Größe des Fehlersignals vom Wandler 1% erzeugt.

Bei dem oben beschriebenen Ausfübnngsbeispiel sind verschiedene Abänderungen möglich. Während bei dem obigen Ausführungsbeispiel z.B. der Polarisator 3 mit fester Orientierung im Lichtweg von der Lichtquelle lzum Lichtdetektor 5 vor dem drehbaren Analysator k angeordnet ist, kann auch vorgesehen

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sein, daß bei anderen Ausführungsformen der drehbare Analysator vor dem Polarisator mit fester Orientierung angeordnet ist.

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Leerse ite

Claims

Patentansprüche

Polarimeter mit einem Polarisator mit einer festen Orientierung und einem Analysator, der um seine Achse drehbar ist, gekennzeichnet durch einen Motor (7)» der den Analysator (4) dreht und der synchron mit digitalen Taktimpulsen angetrieben ist, so daß die Drehung des Analysators mit den digitalen Taktimpulsen synchronisiert ist.
2. Polarimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein Schrittmotor (7) ist, der synchron mit den digitalen Taktimpulsen angetrieben ist, so daß jeder Schritt des Motors einer vorbestimmten Anzahl von Taktimpulsen entspricht.
3· Polarimeter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase des Ausgangssignals eines Lichtdetektors (5)» der auf die vom Polarisator (3) und Analysator (4) durchgelassene Lichtintensität anspricht, mit der Phase eines von den Taktimpulsen abgeleiteten digitalen Signals verglichen wird, um die optische Aktivität einer zwischen dem Polarisator (3) und dem Analysator (4) angeordneten Probe (6) zu bestimmen.
4. Polarimeter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes von den Taktimpulsen abgeleitetes digitales Signal in fester Phasenbeziehung zu dem Ausgangssignal des Lichtdetektors (5) gehalten wird und daß die Phase des ersten digitalen Signals mit der Phase eines zweiten digitalen Signals verglichen wird, das auch

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ORIGINAL INSPECTED

von den Taktimpulsen abgeleitet wird.
5· Polarimeter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Aktivität durch einen Zähler (l8) be stimmt wird, der die Taktimpulse während eines Zeitabschnittes, in welchem die ersten und zweiten digitalen Signale den gleichen logischen Zustand aufweisen, zählen kann.
6. Polarimeter nach Anspruch 4 oder 5 t dadurch gekennzeichnet, daß das erste digitale Signal von den Taktimpulsen durch einen ersten Teiler (13) abgeleitet wird, dessen Ausgangssignal hinsichtlich seiner Phase durch einen Phasendetektor (12) überwacht wird, der die Phase des vom Lichtdetektor (5) gelieferten Ausgangssignals mit der Phase des Ausgangssignals des ersten Teilers (13) vergleicht.
7· Polarimeter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite digitale Signal von den Taktimpulsen durch einen zweiten Teiler (15) abgeleitet wird, und daß eine Einrichtung (l6, 17) vorgesehen ist, um den den zweiten Teiler synchron mit dem ersten Teiler (I3) zu starten.
8. Polarimeter mit einem Polarisator mit einer festen Orientierung, einem Analysator, der um seine Achse drehbar ist und einer Einrichtung zum Drehen des Analysators mit konstanter Geschwindigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase eines Ausgangesignals eines Lichtdetektors (5)» der auf die vom Polarisator (3) und Analysator (4) durchgelassene Lichtintensität anspricht, mit der Phase eines digitalen Signals, das

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in Phase mit der Drehung des Analysators ist, verglichen \rird, um die optische Aktivität einer zwischen dem Polarisator (3) und dem Analysator (4) angeordneten Probe (6) zu bestimmen.

Für die Anmelderin:

Meissner & Bolte Patentanwälte

Bremen, 8.12.1976

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