DE2804972A1

DE2804972A1 - Optische einrichtung fuer ein spektralgeraet wie beispielsweise infrarot- oder ultraviolett-spektrometer

Info

Publication number: DE2804972A1
Application number: DE19782804972
Authority: DE
Inventors: Takao Imaki; Kozo Ishida; Kennosuke Kojima
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1977-02-12
Filing date: 1978-02-06
Publication date: 1978-08-17
Also published as: JPS6137574B2; DE2804972C2; JPS5399985A; US4193695A

Description

TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER HO-19

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Einrichtung für ein Spektralgerät wie beispielsweise Infrarot- oder Ultraviolett-Spektrometer, mit einer Prüfkammer und einer Lichtquelle, die eine die Prüfkammer durchsetzende Lichtstrecke erzeugt, welche durch ein mit einer Welle umlaufendes Unterbrecherelement abwechselnd unterbrochen und freigegeben wird.

Bei einer bekannten und in Fig. 1 der anliegenden Zeichnung dargestellten optischen Einrichtung der eingangs genannten Art verläuft die Welle 1 im wesentlichen parallel zur Lichtstrecke, und das mit dieser Welle umlaufende blendenartige Unterbrecherelement 2 unterbricht die von der Lichtquelle erzeugte Lichtstrecke innerhalb eines mit der freien Atmosphäre in Verbindung stehenden Spaltes 5, der zwischen einem Fenster 3 der Lichtquelle und einem Fenster 4 der Prüfkammer besteht.

Dieser Spalt 5 zwischen den Fenstern 3 und 4 erfordert nicht nur eine besonders platzaufwendige Bauweise bei der bekannten optischen Einrichtung, er bringt vielmehr den Nachteil mit sich, daß er einen toten Raum bildet, der bei der Spektroskopie von Gasen zu fehlerhaften Ergebnissen bei der Gasanalyse führt, insbesondere wenn sich ein Fremdgas in der atmosphärisehen Luft befindet, die leicht in den Spalt 5 eintritt (siehe Pfeil a in Fig. 1).

Jeder Versuch, das Eindringen von Störfaktoren in den toten Raum bzw. Spalt 5 zu verhindern, ist hoffnungslos, weil dadurch die optische Einrichtung zu kompliziert und umfangreich würde, aber auch jeder Versuch zur Verkleinerung des Spaltes selbst muß erfolglos bleiben, weil der bekannte

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Unterbrecher 2 eine bestimmte Radiallänge haben muß, um die Lichtstrecke wirksam zu unterbrechen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die optische Einrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß unter Vermeidung des toten Raumes in der Lichtstrecke sämtliche durch Fremdgase in der atmosphärischen Luft bedingten Störungen vermieden werden und eine kompakte Bauweise möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Welle senkrecht zum Verlauf der Lichtstrecke angeordnet und das Unterbrecherelement vollständig im Innern einer Kammer der Einrichtung eingeschlossen ist.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Unterbrecherelementes innerhalb der Prüfkammer wird die gestellte Aufgabe unkompliziert und vollständig gelöst. Dadurch wird eine bisher unerreichte Genauigkeit in der spektroskopischen Analyse möglich.

Durch die erfindungsgemäße Gestaltung werden Fenster und tote Räume vermieden, die gesamte Einrichtung läßt sich kompakt in einer gemeinsamen Kammer unterbringen. Es ist nunmehr nicht mehr notwendig, einen besonderen Platz für die Rotation des Unterbrecherelementes zu reservieren.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet als zusätzlichen Vorteil die Möglichkeit, die Änderung der Lichtmenge in Form einer regelmäßigen Sinuskurve durchzuführen, und dafür benötigt man lediglich eine einfache Platte als Unterbrecherelement. Die sinusförmige Lichtunterbrechung erleichtert die Weiterverarbeitung von Ausgangssignalen eines das unterbrochene Licht empfangenden Detektors und eine Verbesserung im Nutz-Störverhältnis des Detektors.

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Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine zum Stand der Technik gehörige und vorstehend gewürdigte bekannte optische Einrichtung in einem Teilschnitt,

Fig. 2 eine ähnliche Schnittdarstellung eines

nachstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 3a und b
Einzelheiten von Fig. 2,

Fig. 4a und b

ähnliche Einzelheiten eines erfindungsgemäßen zweiten Ausführungsbeispiels,

Fig. 5 Einzelheiten eines dritten Ausführungsbeispiels,

Fig. 6a und b

Einzelheiten eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 7 einen Teilschnitt durch ein fünftes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel,

Fig. 8 Einzelheiten eines sechsten Ausführungsbeispiels, und

Fig. 9 einen Teilschnitt durch ein siebentes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel.

Fig. 2 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel ein Spektralgerät 6 zur Infrarot-Gasanalyse vom sogenannten Ein-Zellen-Typ, worin eine Lichtquelle 7, eine Prüfkammer 8 und ein Detektor untergebracht sind. Senkrecht zu einer zwischen der Lichtquelle 7 und dem Detektor 9 verlaufenden Lichtstrecke und in

einer zwischen den Elementen 7 und 9 gelegenen Position ist eine Welle 10 drehbar gelagert und an dieser Welle wiederum ein scheibenförmiges ünterbrecherelement 12 fest angebracht. Sobald ein mit der Welle 10 verbundener Motor 11 eingeschaltet ist, rotiert das Unterbrecherelement 12 mit dieser in Pfeil-

richtung b (Fig. 2). Jedesmal wenn das Unterbrecherelement

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die in Fig. 2 und 3a dargestellte Position einnimmt, gelangt eine maximale Lichtmenge auf der Lichtstrecke zum Detektor 9, nimmt das Unterbrecherelement aber die Position von Fig. 3b ein, dann ist die Lichtstrecke vollständig gesperrt. Außerdem besitzt die Prüfkammer 8 je einen Einlaß 13 und einen Auslaß 14 für ein zu prüfendes Gas, eine durch eine Dichtung 16 verschlossene Montageöffnung 15 zum Einsetzen des Unterbrecherelementes 12 in die Prüfkammer, und zwei stirnseitige Fenster 17 und 18 zum Hindurchlassen eines Infrarot-Lichtstrahls,

Bei Inbetriebnahme des Spektralgerätes 6 tritt ein zu prüfendes Gas durch den Einlaß 13 in die Prüfkammer 8 ein und verläßt diese durch den Auslaß 14. Sobald dann der Motor eingeschaltet wird, unterbricht das rotierende Unterbrecherelement 12 das auf der internen Lichtstrecke von der Lichtquelle 7 zum Detektor 9 passierende Licht intermittierend und sinusförmig, wobei der maximale Lichtdurchlaß bei der in Fig. und 3a dargestellten Unterbrecherposition stattfindet. Wenn anschließend das Unterbrecherelement 12 nach einer 90°-Drehung der Welle 10 die Position von Fig. 3b erreicht hat, dann gelangt kaum noch Licht von der Lichtquelle 7 zum Detektor 9. Nach 180° Wellendrehung nimmt das Unterbrecherelement 12 wieder die Position von Fig. 2 und 3a ein, und es gelangt wieder die maximale Lichtmenge zum Detektor, und so weiter. Das heißt, innerhalb eines sich über 360° erstreckenden Rotationszyklus' des Unterbrecherelementes 12 erfolgt je ein zweimaliger voller Lichtdurchlaß und eine zweimalige Lichtunterbrechung. Die Einzelheit 9' in Fig. 2 ist übrigens ein Kondensatormikrofon.

Das zuvor in Verbindung mit den Fig. 2, 3a und 3b beschriebene Ausführungsbeispiel kann zwar derzeit als bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung gelten, nachstehend werden jedoch weitere Ausführungen bzw. Abwandlungen beschrieben.

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Ganz allgemein kann das bei dem Spektralgerät 6 beschriebene Prinzip nicht nur für die. Infrarot-Gasanalyse, sondern beispielsweise auch auf Ultraviolett-Spektrometer sowie andere optische Meßinstrumente übertragen werden, bei denen eine Unterbrechung des Lichtflusses beispielsweise im nahen Infrarot-, im sichtbaren, im nahen Ultraviolett-, im Laser-Lichtbereich o. dgl. durchzuführen ist. Außerdem ist die optische Einrichtung nicht nur für die Analyse von Gasen, sondern auch beispielsweise von flüssigen Proben verwendbar. 10

Ferner ist die beanspruchte optische Einrichtung nicht nur für Ein-Zellen-, sondern auch für Doppel-Zellen-Spektralgeräte geeignet.

Anstelle eines kreisrunden Unterbrecherelementes können auch regelmäßig polygonale oder sphärische Plattenelemente verwendet werden, siehe beispielsweise Fig. 4a und 4b. Anstelle eines plattenförmigen kann man beispielsweise auch ein eiförmiges Unterbrecherelement verwenden.

Das für das Unterbrecherelement verwendete Material kann so gewählt sein, daß es (wie beispielsweise Aluminium oder ein anderes Metall) das gesamte Lichtwellenlängen-Spektrum eines Lichtflusses sperrt. Alternativ dazu kann man auch andere besondere Materialien, wie beispielsweise Festfilter, verwenden, welche die Lichtwellen selektiv unterbrechen.

Das in Fig. 5 angedeutete Ausführungsbeispiel enthält zwei Unterbrecherplatten 12.. und 12-, die eine unterschiedliehe Abschattungscharakteristik aufweisen, weil sie mit Hilfe zweier Zahnräder 17 und 18 um 90° in der Rotationsrichtung versetzt umlaufen. Diese Anordnung bietet die Möglichkeit, Störungen durch Fremdgase zu vermeiden. Alternativ dazu

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können gemäß Fig. 6a und 6b zwei senkrecht zueinander stehende Unterbrecherplatten 12_ und 12, verwendet werden, die ebenfalls unterschiedliche Abschattungscharakteristiken aufweisen.

Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführung sind der Motor 11 und das Unterbrecherelement 12 in einem Gehäuse 19 eingeschlossen. Dieses Gehäuse 19 enthält ein Spezialgas wie CO₂, H₂0-Dampf, Kohlenwasserstoffgas o. dgl., welches als Mittel zur Unterdrückung einer Interferenz dient, die durch ein eine die spektroskopische Analyse störende Eigenschaft aufweisendes Fremdgas verursacht wird. Diese Ausführung ist insbesondere in solchen Fällen von besonderem Nutzen, wenn das zu analysierende Objekt auf Welle 10 und Unterbrecherelement 12 korrosiv wirkende Bestandteile enthält und/ oder die Länge der Prüfkammer 8 verkürzt werden soll, weil beispielsweise das zu analysierende Objekt eine Flüssigkeit oder ein Gas mit hoher Konzentration ist o. dgl.

Bei der Ausführung von Fig. 8 ist das Unterbrecherelement 12 innerhalb einer stufenförmigen Erweiterung 22 angebracht, um das Durchscheinen von Restlicht bei der Lichtstromunterbrechung zu vermeiden.

Zum Verdrehen des Unterbrecherelementes 12 sind verschiedene Mechanismen möglich, beispielsweise in Form einer Magnetkupplung, wie bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 9, wo der Motor 11 eine entweder als Permanentmagnet oder als Weicheisenelement ausgebildete Rotorplatte 23 verdreht, durch die eine in einem Abstand davon befindliche und entweder als Weicheisenelement oder Permanentmagnet ausgebildete Kupplungsplatte 24 rotierend angetrieben wird, welche ihrerseits mit einer Welle 10 fest verbunden ist, die ein plattenförmiges Unterbrecherelement trägt. Bei dem Ausführungsbeispiel von

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Fig. 9 befindet sich das Unterbrecherelement 12 außerhalb der Prüfkammer 8. Diese Ausführung ist dann besonders vorteilhaft, wenn das zu analysierende Objekt eine auf Welle und Unterbrecherelement 12 korrosiv wirkende fremde Substanz enthält und/oder wenn es notwendig ist, die Länge der Prüfkammer 8 so kurz wie möglich zu halten, ähnlich wie bei der Ausführung von Fig. 7. Mit 25 und 25' sind Wellenlager bezeichnet.

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Claims

F- AT E N T A ϊ -J VV A LT C:

TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER

D-8OOO München 22 D-48OO Bielefeld

Triftstraßo 4 Siekorwall 7

_Ho_₁₉ 6· Februar 1978

Mü/Gdt.

Horiba, Ltd.
2 Miyanohigashi-machi, Kissyoin, Minami-Ku, Kyoto, Japan

Optische Einrichtung für ein Spektralgerät wie beispielsweise Infrarot- oder Ultraviolett-Spektrometer

Priorität: 12. Februar 1977, Japan/ Ser.Nr. 52-14471/1977

PATENTANSPRÜCHE

1J Optische Einrichtung für ein Spektralgerät wie beispielsweise Infrarot- oder Ultraviolett-Spektrometer, mit einer Prüfkammer und einer Lichtquelle, die eine die Prüfkammer durchsetzende Lichtstrecke erzeugt, welche durch ein mit einer Welle umlaufendes Unterbrecherelement abwechselnd unterbrochen und freigegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (10) senkrecht zum Velauf der Lichtstrecke angeordnet zwischen der Lichtquelle (7) und einem Detektor (9) und das Unterbrecherelement(12) vollständig im Inneren einer Kammer der Einrichtung eingeschlossen ist.

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2. Optische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterbrecherelement (12) innerhalb der Prüfkammer (8) angeordnet ist.
3. Optische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterbrecherelement (12) innerhalb einer besonderen Kammer angeordnet ist, die sich auf der Außenseite der Prüfkammer (8) befindet.
4. Optische Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterbrecherelement (12) eine scheibenförmige Konfiguration hat.
5. Optische Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterbrecherelement aus zwei rechtwinklig zueinander angeordneten plattenförmigen Elementen (12.,, 12.) besteht.
6. Optische Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterbrecherelement mittels einer Magnetkupplung (23, 24) rotierend angetrieben ist.

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