DE2721909A1 - Verfahren und anordnung zur selbsttaetigen periodischen kompensation von empfindlichkeitsunterschieden bei zweistrahl-photometern - Google Patents

Verfahren und anordnung zur selbsttaetigen periodischen kompensation von empfindlichkeitsunterschieden bei zweistrahl-photometern

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DE2721909A1
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DE19772721909
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Werner Dipl Phys Kiewel
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Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Original Assignee
Philips Patentverwaltung GmbH
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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/10Photometry, e.g. photographic exposure meter by comparison with reference light or electric value provisionally void
    • G01J1/16Photometry, e.g. photographic exposure meter by comparison with reference light or electric value provisionally void using electric radiation detectors
    • G01J1/1626Arrangements with two photodetectors, the signals of which are compared

Description

  • "Verfahren und Anordnung zur selbsttätigen periodischen
  • Kompensation von Empfindlichkeitsunterschieden bei Zwei strahl-Photometern" Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur selbsttätigen periodischen Kompensation von Empfindlichkeitsunterschieden bei Zweistrahl-Photometern sowie auf eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens. Ein solches Verfahren ist bisher noch nicht bekannt.
  • Zweistrahl-Photometer sind bekannt und vielfach beschrieben worden, so z.B. auch in der Zeitschrift "G-I-T", Fachzeitschrift für das Laboratorium, Heft 1, Jan. 1974, Seiten 20 bis 23.
  • In diesem Aufsatz (Seite 23, linke Spalte, 2. Absatz) ist auf einen Nachteil dieser Zweistrahl-Photometer hingewiesen, der darin besteht, daß sich die Empfindlichkeiten der beiden Detektoren mit der Temperatur oder durch Alterung in verschiedener Weise ändern, wodurch Fehlmessungen hervorgerufen werden. Zur Behebung dieser Schwierigkeit wird dort (Abbildungen 5 und 6 mit Beschreibung) eine Lösung vorgeschlagen, mit deren Hilfe zwar eine ständige Kompensation dieses Fehlers ermöglicht wird, die Jedoch sehr aufwendig ist. Denn sie erfordert nicht nur zwei Lichtquellen, die mit unterschiedlichen Frequenzen moduliert werden müssen, sondern auch zwei auf die Modulationsfrequenzen abgestimmte Filter und eine Anzahl weiterer Elemente.
  • Vie die Erfahrung gelehrt hat, ist es Jedoch nicht erforderlich, diese Abweichungen laufend zu kompensieren, da es sich bei den oben genannten Einflüssen (Temperatur, Alterung) um Langzeitwirkungen handelt. Es genügt also, wenn die Kompensation in gewissen Zeitabständen und dabei zweckmäßigerweise selbsttätig erfolgt. Dadurch läßt sich bei gleicher Wirkung der erforderliche Aufwand erheblich herabsetzen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren besteht nun darin, daß in an sich bekannter Weise der von nur einer Lichtquelle ausgehende Strahl zunächst mittels eines Strahlenteilers in einen Meßstrahl und einen Vergleichs strahl aufgespalten wird, wobei der Meßstrahl das Meßmedium und der Vergleichs strahl das Vergleichsmedium durchläuft, worauf jeder Strahl einem Detektor zugeführt wird, deren Ausgangsspannungen auf einen Differenzverstärker mit nachgeschalteter Auswerteeinrichtung gelangen, daß dabei Jedoch erfindungsgemäß der aus dem Vergleichsmedium austretende Vergleichs strahl über einen zweiten Strahlenteiler geführt und derart aufgeteilt wird, daß ein erster Teilstrahl auf den dem Vergleichs strahl zugeordneten Detektor und der zweite Teilstrahl nach Umlenkung auf den dem Meßstrahl zugeordneten Detektor gelangt, daß der Meßstrahl und der zweite Teilstrahl periodisch und abwechselnd durch eine Blende derart unterbrochen werden, daß während des Meßvorganges der zweite Teilstrahl unterbrochen wird und während des Kompensationsvorganges der Meßstrahl unterbrochen wird, wodurch beide Detektoren anteilmäßig vom Vergleichs strahl beaufschlagt und ihre Ausgangsspannungen sodann einander angeglichen werden.
  • Dabei kann die Betätigung der Blende durch einen Motor erfolgen, der z.B. durch einen Programmgeber in Tätigkeit gesetzt wird.
  • Als ausreichend hat es sich erwiesen, wenn der Kompensationsvorgang etwa einmal pro Stunde erfolgt, wozu ca. eine Minute benötigt wird.
  • Die Angleichung der beiden Ausgangsspannungen der Detektoren kann z.B. dadurch erfolgen, daß der Verstärkungsgrad eines Verstärkers mittels eines von einem Motor getriebenen veränderbaren Widerstandes geändert wird.
  • Bine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Anordnung enthält außer den bekannten Teilen wie Lichtquelle, Strahlenteiler, Je einer Küvette für das Meß- und das Vergleichsmedium, zwei Detektoren, einem Differenzverstärker und einer Auswerteeinrichtung erfindungsgemäß noch einen zweiten, im Vergleichsstrahl angeordneten Strahlenteiler, eine Umlenkeinrichtung, eine von einem ersten Motor gesteuerte Blende, drei von einem Programmgeber gesteuerte Schalter und einen von einem zweiten Motor gesteuerten Verstärkungsregler.
  • Zweckmäßigerweise ist der Differenzverstärker mehrstufig ausgebildet und enthält für jeden Detektor zunächst einen Vorverstärker, deren Ausgänge mit den Eingängen einer Differenzstufe verbunden sind, die ihrerseits mit den Eingängen eines Abgleichverstärkers und eines Halteverstärkers verbunden ist, dem ein Endverstärker mit Auswerteeinrichtung folgt.
  • Es ist dabei zweckmäßig, zwei Vorverstärker für den Ausgang des Vergleichsdetektors vorzusehen, die wahlweise an den Ausgang dieses Detektors gelegt werden können. Dabei kann die Umschaltung über ein Relais erfolgen.
  • An Hand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und einer geeigneten Anordnung näher beschrieben. Darin zeigen Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer geeigneten Anordnung, Fig. 2 ein ausführliches Blockschaltbild einer Anordnung und Fig. 3 ein Zeitdiagramm für die Umschaltung.
  • Ein von einer Lichtquelle 1 ausgehender Strahl gelangt auf einen ersten Strahlenteiler 2, durch den ein Teil des Strahls abgelenkt wird und über eine Umlenkeinrichtung 3, z.B. einen Spiegel, als Meßstrahl 4 eine Küvette 6 mit dem Meßmedium durchdringt und auf einen ersten Detektor 8 gelangt. Der den ersten Strahlenteiler 2 durchdringende Strahlenteil 5 durchläuft als Vergleichsstrahl eine zweite, mit dem Vergleichsmedium gefüllte Küvette 7 und gelangt sodann auf einen zweiten Strahlenteiler 9, hinter dem ein Teilstrahl 5' auf einen zweiten Detektor 12 gelangt.
  • Der vom zweiten Strahlenteiler 9 abgelenkte Strahl wird von einer zweiten Umlenkeinrichtung 14, z.B. einem Spiegel, auf den Detektor 8 gerichtet, den auch der aus der MeßkUvette 6 austretende Meßstrahl 4' erreicht.
  • Eine von einem nicht dargestellten Motor um eine Achse schwenkbare Blende 11 läßt sich entweder in den vom zweiten Strahlenteiler 9 abgezweigten Teilstrahl (ausgezogene Linie) oder in den Meßstrahl 4 (gestrichelte Linie) schwenken.
  • Während des Meßvorganges liegt die Blende in der in Fig. 1 gezeigten Lage, d.h. der vom zweiten Strahlenteiler 9 abgezweigte Teilstrahl ist unterbrochen. Dadurch gelangen der Vergleichsstrahl nach Passieren des ersten Strahlenteilers 2, der Vergleichsküvette 7 und des zweiten Strahlenteilers 9 auf den Detektor 12 und der Meßstrahl 4, 4' nach Passieren der Meßküvette 6 auf den Detektor 8.
  • Während des Kompensationsvorganges wird die Blende 11 in die andere (gestrichelte) Lage gebracht. Dadurch wird der Meßstrahl 4' unterbrochen, und der Vergleichsstrahl 5 gelangt gleichzeitig auf beide Detektoren 8 und 12. Dabei lassen sich unterschiedliche Intensitäten, hervorgerufen durch Durchlaßvermögen des zweiten Strahlenteilers 9 und Reflexionsvermögen des zweiten Spiegels 14,in den nachfolgenden Verstärkerstufen schaltungstechnisch ausgleichen.
  • Den beiden Detektoren 8, 12 sind Je.ein Vorverstärker 17 bzw.
  • 16 nachgeschaltet, wie Fig. 2 zeigt. Der Vorverstärker 16 enthält zwei getrennte Verstärkerstufen 16' und 16", die wahlweise mittels eines Schalters 29, der über ein Relais 30 betätigt werden kann, an den Ausgang des Detektors 12 gelegt werden können. Der Vorverstärker 17 ist hinsichtlich seines Verstärkungsgrades Y veränderbar, was z.B. mittels eines von einem Motor 18 betätigten veränderbaren Widerstandes 19 erfolgen kann.
  • Die Ausgänge beider Vorverstärker 16 und 17 gelangen auf die Eingänge einer Differenzstufe 20, deren Ausgang einmal mit dem Eingang eines Abgleichverstärkers 24 und zum anderen mit einem ersten Schalter 21 verbunden ist. Dieser Schalter 21 sowie zwei weitere Schalter 25 und 28 werden von einem aus einer Taktpulsquelle 26 gesteuerten Programmgeber 27 periodisch betätigt, z.B. einmal pro Stunde. Während des Meßvorganges legt der Schalter 21 den Ausgang der Differenzstufe 20 auf den Eingang eines Halteverstärkers 22, dessen Ausgang einen Endverstärker 23 mit nachgeschalteter Auswerteeinrichtung steuert. Während dieser Zeit ist der Ausgang des Abgleichverstärkers 24 durch den Schalter 25 abgetrennt.
  • Während des Kompensationsvorganges, während also die Blende 11 den Meßstrahl unterbricht, haben die Schalter 21, 25 und 28 ihre andere Position eingenommen, wodurch der Eingang des Halteverstärkers 22 von der Differenzstufe 20 getrennt wird, aber infolge seiner Speicherwirkung weiterhin den Meßwert an den Endverstärker 23 liefert. Gleichzeitig ist der Ausgang des Abgleichverstärkers 24, der weiterhin von der Differenzstufe 20 angesteuert wird, mit dem Motor 18 verbunden, wodurch der Verstärkungsgrad des Vorverstärkers 17 mittels des veränderbaren Widerstandes 19 derart nachgeregelt wird, daß beide Detektoren gleiche Ausgangssignale liefern, d.h. daß der Ausgangswert der Differenzstufe 20 Null wird. Außerdem gelangt aus einer nicht dargestellten Spannungsquelle U über den nunmehr geschlossenen Schalter 28 ein Strom auf das Relais 30, wodurch der Schalter 29 den Ausgang des Detektors 12 von dem Vorverstärker 16' auf den Vorverstärker 16' legt. Der Zweck dieses Umschaltvorganges ist, das Intensitätsverhältnis der Strahlen 5' und 10 zu berücksichtigen und Abweichungen auszugleichen. Denn der Strahl 5' ist der Teil des Strahles 5, der den zweiten Strahlenteiler 9 passiert hat, während der Strahl 10 am zweiten Strahlenteil 9 abgezweigt und sodann am Spiegel 14 umgelenkt wurde. Es leuchtet ein, daß die Strahlen 5' und 10 unterschiedliche Intensitäten haben können, was durch den Verstärker 16" mit angepaßter und konstanter Verstärkung ausgeglichen wird.
  • Demgegenüber werden Änderungen der elektrischen Eigenschaften, also z.B. Temperaturabhängigkeit und Alterung der Detektoren, während des periodisch vorgenommenen Kompensationsvorganges durch eine Änderung des Verstärkungsgrades des Verstärkers 17 vorgenommen.
  • Fig. 3 zeigt das Zeitdiagramm für die Betätigung der Schalter 21, 25 und 28. Dabei wird zunächst der Schalter 21, sodann der Schalter 28 und schließlich der Schalter 25 nacheinander umgeschaltet und nach Abschluß des Kompensationsvorganges in umgekehrter Reihenfolge nacheinander wieder zurückgeschaltet. Durch diese zeitlich gegeneinander versetzte Betätigung der Schalter wird erreicht, daß Jeder Schaltvorgang abgeschlossen ist, bevor der nächste beginnt. Insbesondere benötigt das Schwenken der Blende 11 eine gewisse Zeit.
  • Durch das oben beschriebene Verfahren und die beispielsweise gezeigte Anordnung ergeben sich folgende Vorteile. Die Empfindlichkeiten beider Detektoren werden auf die gleiche Wellenlänge bezogen, welche zugleich auch die Wellenlänge der Meßstrahlung ist. Die Strahlenbündel können so Justiert werden, daß die ausgeleuchteten Flächen auf den Detektoren praktisch identisch sind. Die Intensitätsverteilungen über die Strahlungsbündelquerschnitte sind einander gleich. Es gibt keine Verschiebungen von Intensitätsverteilungen zweier Strahlungsquellen gegeneinander. Die Empfindlichkeitskompensation ist unabhängig von der absoluten Intensität der Strahlung, so daß sie auch während eines Meßvorganges durchgeführt werden kann.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRUCHE: Verfahren zur selbsttätigen periodischen Kompensation von Empfindlichkeitsunterschieden bei Zweistrahl-Photometern, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der von nur einer Lichtquelle ausgehende Strahl zunächst mittels eines Strahlenteilers in einen Meßstrahl und einen Vergleichsstrahl aufgespalten wird, wobei der Meßstrahl das Meßmedium und der Vergleichsstrahl das Vergleichsmedium durchläuft, worauf 3eder Strahl einem Detektor zugeführt wird, deren Ausgangsspannungen auf einen Differenzverstärker mit nachgeschalteter Auswerteeinrichtung gelangen, daß dabei Jedoch erfindungsgemäß der aus dem Vergleichsmedium austretende Vergleichs strahl über einen zweiten Strahlenteiler gefiihrt und derart aufgeteilt wird, daß ein erster Teilstrahl auf den dem Vergleichsstrahl zugeordneten Detektor und der zweite Teilstrahl nach Umlenkung auf den dem Meßstrahl zugeordneten Detektor gelangt, daß der Meßstrahl und der zweite Teilstrahl periodisch und abwechselnd durch eine Blende derart unterbrochen werden, daß während des Meßvorganges der zweite Teilstrahl unterbrochen wird und während des Kompensationsvorganges der Meßstrahl unterbrochen wird, wodurch beide Detektoren anteilmäßig vom Vergleichs strahl beaufschlagt und ihre Ausgangsspannungen sodann einander angeglichen werden.
  2. 2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Lichtquelle, einem Strahlenteiler, Je einer Küvette für das Meß- und das Vergleichsmedium, zwei Detektoren, einem Differenzverstärker und einer Auswerteeinrichtung, gekennzeichnet durch einen zweiten, im Vergleichsstrahl (5) angeordneten Strahlenteiler (9), eine Umlenkeinrichtung (14), eine von einem ersten Motor gesteuerte Blende (11), drei von einem Programmgeber (26, 27) gesteuerte Schalter (21, 25, 28) und einen von einem zweiten Motor (18) gesteuerten Verstärkungsregler (19).
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Jedem Detektor (8, 12) ein Vorverstärker (17, 16) vorgeschaltet ist, deren Ausgänge mit den Eingängen einer Differenzstufe (20) verbunden sind, die ihrerseits mit den Eingängen eines Abgleichverstärkers (24) und eines Halteverstärkers (22) verbunden ist, dem ein Endverstärker (23) mit Auswerteeinrichtung folgt.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Vergleichsdetektor (12) zwei umschaltbare Vorverstärker (16', 16") vorgesehen sind, deren einer (16') während des Kompensationsvorganges an den Ausgang des Detektors (12) gelegt ist und Unterschiede der Strahlungsintensitäten ausgleicht.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0094374A1 (de) * 1982-05-06 1983-11-16 AVL Gesellschaft für Verbrennungskraftmaschinen und Messtechnik mbH.Prof.Dr.Dr.h.c. Hans List Verfahren zur kontinuierlichen Messung der Masse von Aerosolteilchen in gasförmigen Proben sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

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EP0094374A1 (de) * 1982-05-06 1983-11-16 AVL Gesellschaft für Verbrennungskraftmaschinen und Messtechnik mbH.Prof.Dr.Dr.h.c. Hans List Verfahren zur kontinuierlichen Messung der Masse von Aerosolteilchen in gasförmigen Proben sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE3316170A1 (de) * 1982-05-06 1983-11-17 Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen E.V., 6000 Frankfurt Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen messung der masse von aerosolteilchen in gasfoermigen proben

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