DE2816541A1

DE2816541A1 - Analysiereinrichtung

Info

Publication number: DE2816541A1
Application number: DE19782816541
Authority: DE
Inventors: Roger E Carlson
Original assignee: MOISTURE SYSTEMS CORP
Current assignee: MOISTURE SYSTEMS CORP
Priority date: 1977-04-19
Filing date: 1978-04-17
Publication date: 1978-10-26
Also published as: DE2816541C2; US4097743A; GB1593537A

Description

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF
DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR

PATENTANWÄLTE <| 8 1 6 5 4

Postfach 860245 · 8000 München 86

Aawaltsakte: 28 689 ¹^- April 1978

Moisture Systems Corp.
Hopkinton, Mass. / USA

Analysiereinrichtung

VII/XX/ha

809843/0840

* (089) 988272 Telegramme: Bankkonten: Hypo-Bank München 4410122850

988273 BERGSTAPFPATENT München (BLZ 70020011) Swift Code: UYPO DE MM

988274 TELEX: Bayer. Vereinsbank München 453100 (BLZ 70020270) 983310 0524560BERGd Posischeck München 65343-808 (BLZ 70010080)

-β-

Anwaltsakte: 28 689

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Analysiereinrichtung, beispielsweise zur Materialanalyse, und betrifft insbesondere eine Einrichtung, bei der eine Infrarotstrahlung zum Messen des Feuchtigkeitsgehaltes von Materialien verwendet wird.

Herkömmliche, mit Infrarotstrahlung arbeitende Feuchtigkeits-Analysiereinrichtungen sind Zweistrahlinstrumente, bei welchen Energie von zwei Strahlen mittlerer Wellenlänge verwendet werden, um ein Signal zu schaffen, das der prozentualen Feuchtigkeit in einer Probe proportional ist. Ein schmales Wellenlängenband wird mittig auf einen Bereich des Spektrums eingestellt, der durch das in den Materialien enthaltene Wasser absorbiert und aufgenommen wird. Ein weiteres schmales Wellenlängenband wird mittig auf einen Bereich eingestellt, welcher diese Absorptionserscheinung nicht aufweist. Die zwei einzelnen Energiebereiche mit einem schmalen Wellenband werden im allgemeinen als "Meß-" bzw. "Bezugsenergie" bezeichnet. Die von der Probe in jedem Band reflektierte Energiemenge, die Meß- und Bezugsenergie, wird im allgemeinen in der folgenden Gleichung dazu verwendet, um den Material-Feuchtigkeitsgehalt zu bestim-

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/ο

_ τ... -ι .. . -r, j_/o\ Bezuqsenergie (reflektxert)

Feuchtxgkeit m Prozent (%)= ;—- ) -^=.—ψ-j—. τ—- ,

^ Meßenergie (reflektxert) '

wobei die (reflektierte) Bezugsenergie und die (reflektierte) Meßenergie als die Differenz zwischen einer nicht reflektierten Energie (Dunkelwiderstand) und der reflektierten Energie gemessen werden, die in Größen, wie Scheitelspannungsamplitue, Widerstandsänderung, aufgenommener Leistungspegel und anderen Parametern gemessen wird, die an einem photoempfindlichen Detektor gemessen werden können.

Bei herkömmlichen Infrarot-Feuchtigkeitsanalysiereinrichtungen werden eine Brextband-Energiequelle, im allgemeinen eine Wolframfadenlampe _f eine sich drehende Scheibe mit optischen Schmalbandfiltern und ein photoempfindlicher Detektor verwendet. Andere verwendete Bauteile weisen Linsen und Spiegel zum richtigen Bündeln und Scharfeinstellen sowie zum Richten der Strahlen auf. Die Temperaturempfindlichkeit dieser Bauteile beeinflußt nachteilig die Konstanz und Genauigkeit der Instrumente. Die Hauptursachen für eine Instabilität und eine Veränderung sind Änderungen der mittleren Wellenlänge, Bandbreiten- und Durchlässigkeitsänderungen in den optischen Filtern aufgrund einer sich ändernden Umgebungstemperatur. Die Quellen in Form von Lampen und die Detektoren tragen auch zu einem geringeren Grad zu einer unerwünschten Temperaturdrift bei.

Gemäß der Erfindung weist eine Feuchtigkeitsanalysiereinrich-

-TO-

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AA

tung ein erstes optisches System, um Strahlungsenergie von einer Quelle aufzunehmen und um damit erste und zweite Strahlungsenergiestrahlen mit einem gegebenen Wellenlängenband zu schaffen, das ohne weiteres von der Feuchtigkeit aufgenommen wird, und mit einem zweiten optischen System, um Energie von der Quelle aufzunehmen und damit dritte und vierte Strahlungsenergiestrahlen mit einem gemeinsamen Wellenlängenband zu erzeugen, das weniger bereitwillig von der Feuchtigkeit aufgenommen wird. Ein optisches Direktor- bzw. Wellenleitsystem leitet die ersten und dritten Strahlen zu einer zu analysierenden Probe und dann zu einem Photodetektor und richtet die zweiten und vierten Strahlen unmittelbar auf den Photodetektor, ohne daß sie die Probe berühren. Entsprechend dem Ausgang des Photodetektors gibt eine Ausgangsschaltung ein elektrisches Signal abhängig von bzw. entsprechend einer Beziehung

V V ,
r m
=— χ ψ- ab, wobei V ein Signalwert ist, der von dem gefühl-

m r'

ten Energieniveau des ersten Strahles abhängt, V ein Signalwert ist, der von dem gefühlten Energieniveau des zweiten Strahles abhängt, V ein Signalwert ist, der von dem gefühlten Energieniveau des dritten Strahles abhängt, und V , ein Signalwert ist, der von dem gefühlten Energieniveau des vierten Strahles

v_r

abhängt. Der Begriff — ist ein Quotient der unterschiedlichen,

m
von der Feuchtigkeit aufgenommenen Energieniveaus der ersten und zweiten Strahlen mit verschiedenen Wellenlängen und ist infolgedessen ein Maß für den Feuchtigkeitsgehalt in der Probe. Umgekehrt werden die zweiten und vierten Strahlen ,welche die

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Signale V₁ und V , erzeugen, nicht durch den Feuchtigkeitsgehalt der Proben beeinflußt. Sie werden jedoch durch irgendwelche temperturbedingten, optischen Durchlässigkeitsänderungen in genau derselben Weise wie die ersten und dritten Strahlen beeinflußt, welche die Signale V und V schaffen. Infolgedessen werden irgendwelche Ungenauigkeiten, die sich aufgrund derartiger Durchlässigkeitsänderungen ergeben würden, aus dem die

V V ,

Feuchtigkeit anzeigenden Ausgangssignal zr— χ r^— anuliert.

m r'

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die optischen Systeme Kollimatoren, um einen Meß- und einen ausgleichenden Strahlungsenergiestrahl zu erzeugen, und eine drehbare Scheibe auf, die sowohl ein erstes optisches Filter zum Durchlassen der Feuchtigkeits-Absorptionswellenlänge und ein zweites optisches Filter zum Durchlassen der Absorptionswellenlänge bei weniger Feuchtigkeit trägt. Während der Drehung der Scheibe werden die ersten und zweiten Filter periodisch in axiale Ausrichtung bezüglich der Meß- und Ausgleichsstrahlen gebracht, um so in einer zeitlich gesteuerten Folge die ersten und dritten Strahlen zu erzeugen, die auf die Probe gerichtet und von dieser zu dem Photodetektor reflektiert werden, und um die zweiten und vierten Strahlen zu erzeugen, die unmittelbar zu dem Photodetektor durchgelassen werden. Diese Anordnung führt zu identischen, optischen Verhältnissen für die ersten und zweiten Strahlen sowie für die dritten und vierten Strahlen, um dadurch eine genaue Aufhebung von Fehlern aufgrund von

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-«—

temperaturbedingten optischen Durchlässigkeitsänderungen im Ausgangssignal sicherzustellen. Außerdem können aufgrund der zeitlichen Aufeinanderfolge der Strahlen ihre Energieniveaus mit einem einzigen Photodetektor gefühlt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die optischen Systeme einen Energiezwischenspeicher auf, um einen bzw. den Meßstrahl mit einem höheren Energiepegel als den des Ausgleichstrahls zu schaffen, und weisen ferner ein einstellbares Dämpfungsglied auf, um die Energieniveaus der zweiten und vierten, von dem Ausgleichsstrahl geschaffenen Strahlen einzustellen. Da keine Energie von der Probe absorbiert wird, erfordert der Ausgleichsstrahl eine geringere Anfangsenergie, während das Dämpfungsglied eine Einstellung der Energiedurchlässigkeits-Kenndaten des Ausgleichsstrahls erlaubt .

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Kommutatorsystem vorgesehen, das der sich drehenden Scheibe zugeordnet und wirksam ist, um Zeitsteuerimpulse, die Perioden anzeigen, in denen die ersten und zweiten optischen Filter axial bezüglich der Meß- und Ausgleichsstrahlen ausgerichtet sind, und um unterscheidbare periodische Impulse zu erzeugen, welche die Folge der Zeitsteuerimpulse kennzeichnen. Die Zeitsteuer- sowie die periodischen Impulse werden in einem Dekodierabschnitt einer elektronischen Recheneinheit bzw. eines Prozessors ver-

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wendet, um von einem Wechselstrom-Ausgangssignal des Photodetektors die Teile zu trennen, welche die spezifischen Energieniveaus in jedem der ersten, zweiten, dritten und vierten Strahlen darstellen. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Kommutatorsystem eine Anzahl reflektierender Spiegel, welche an der Oberfläche der sich drehenden Scheibe genau festgelegt sind und durch einen feststehenden Meßfühler mit einer Lichtquelle akkommodiert sind, um Licht auf die Spiegel zu leiten, und einen Lichtdetektor auf, um das davon reflektierte Licht aufzunehmen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein elektronisches Verarbeitungssystem vorgesehen mit logarithmischen Umsetzern, welche logarithmische Signale erhalten, die proportional zu logarithmischen Werten der Photodetektor-Ausgangssignale ^v _r/ V ,, V und V , sind, mit einer Summierschaltung, welche ein zusammengesetztes, logarithmisches Signal mit einem Wert erzeugt, das proportional zu der Summe der aus den Signalen V und V , erhaltenen Signale minus der Summe der aus den Signalen V , und V , erhaltenen, logarithmischen Signale ist, und mit einem antilogarithm'ischen Umsetzer, welcher ein analoges Ausgangssignal mit einem Wert schafft, der proportional zu dem antilogarithmischen Wert des zusammengesetzten logarithmischen Signals ist. Die Verarbeitungsschaltung schafft in einfacher und wirksamer Weise ein die Feuchtigkeit anzeigendes Ausgangs-

V V ,

signal, das von der geforderten Beziehung r^ χ -^ abhängt. In

m r'

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einer bevorzugten Ausführungsform sind in der Verarbeitungsschaltung Transistoren als logarithmische und antilogarithmische Umsetzer verwendet und es ist die logarithmische Beziehung zwischen ihrem Kollektorstrom und der Basis-Emitter-Spannung verwendet.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine abgeglichene, differentielle Eingangsschaltung als Vorverstärker für den Ausgang des Photoleiters verwendet. Durch die Vorverstärkerschaltung mit einer hohen Gleichtaktunterdrückung werden aus dem Photodetektorausgang alle Rausch- und Welligkeitsströme entfernt, die durch eine Schaltungsverdrahtung,ein Netzanschlußrauschen und eine -welligkeit eingebracht worden sind oder sich aufgrund der durch die Temperatur'drift der Bauteile hervorgerufenem Instabilität ergeben. Aufgrund der Unterdrükkung des Rauschens ist die Analysiereinrichtung empfindlich bezüglich extrem kleiner Änderungen in dem gefühlten Lichtpegel.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Fehlerdetektor vorgesehen, welcher den Spannungspegel oder das Vorhandensein eines Impulszuges in jeder einer Anzahl integrierter Schaltungsplatten überwacht, die in den elektrischen Systemen der Analysiereinrichtung verwendet sind. Bei einer Unregelmäßigkeit in den überwachten Spannungen oder Impulszügen in einer bestimmten Schaltungsplatte wird ein dieser Platte zugeordnetes

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Signallicht erregt. Durch die Bestimmung des auf diese Weise gekennzeichneten Fehlers ist die Beseitigung der Unregelmäßigkeit sehr vereinfacht.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Kupplung mit Spiel zwischen der die optischen Filter tragenden Scheibe und einem Antriebsmotor vorgesehen. Die Kupplung weist eine biegsame Welle auf, die bis zu einem gewissen Grad eine relative axiale Bewegung zwischen einer mit dem Motor verbundenen Welle und einer mit der sich drehenden Scheibe verbundenen Welle erlaubt. Wegen der nachgiebigen Kupplung ist ein geringeres Anlaufmoment erforderlich, so daß ein kleinerer Antriebsmotor verwendet werden kann. Hierdurch wird wiederum die Wärmeableitung geringer, was wichtig ist, wenn die Analysiereinrichtung in einer Umgebung mit hoher Temperatur verwendet werden soll.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Gehäuse für den Photodetektor und das optische Wellenleitsystem vorgesehen. Das Gehäuse weist ein ebenes Fenster , um die Meßstrahlen zu der Probe und die Reflexionen von der Probe zu dem Photodetektor durchzulassen, und eine optische Abschirmung auf, um den Photodetektor von der Strahlungsenergie abzuschirmen, die von dem Fenster reflektiert wird, durch das die Strahlen zu der Probe hindurchgehen. Durch Ausschalten der Reflexionen von dem ebenen durchlässigen Fenster wird der Umlichtpegel an dem Photodetektor verringert und dadurch dessen Empfindlichkeit verbes-

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sert. Ferner ist das geforderte Ergebnis ohne die Verwendung eines verhältnismäßig teueren Kuppelfensters erreicht, das oft zum Ausschalten von Reflexionen verwendet wird.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein wirksames Gleichspannungs-Wiederherstellungssystem geschaffen, das periodisch den Ausgang des Photodetektors erdet, um so einen bekannten Grundgleichspannungswert zu schaffen, der für eine genaue Signalamplitudenmessung erforderlich ist. Das Gleichspannungs-Wiederherstellungssystem verhindert Änderungen in den Gleichspannungsgrundpegeln am Ausgang, was sonst zu sich ändernden Werten im von der Probe auf den Photoleiter reflektierten Umlicht führen würde.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig.1 eine schematische Darstellung eines opti

schen Systems gemäß der Erfindung;

Fig.2 eine teilweise in Einzelteile aufgelöste,

schematische perspektivische Darstellung eines Teils des in Fig.1 wiedergegebenen optischen Systems;

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Fig.3a bis 3e schematische Darstellungen der Betriebsweise

des in Fig.2 wiedergegebenen, optischen Systems ;

Fig.4 eine Wellenform eines Signals ,das mittels des

in Fig.1 dargestellten Systems geschaffen worden ist;

Fig.5 eine schematische Draufsicht auf eine in den

Fig.1 und 2 dargestellte ,sich drehende Scheibe;

Fig.6 eine Wellenform,die mittels eines in Fig.2 und

5 dargestellten Kommutatorsystems geschaffen worden ist;

Fig.7 ein schematisches Blockschaltbild eines elektri

schen Systems für das optische System der Fig.1;

Fig.8 eine schematische Schaltung eines in Fig.7 dar

gestellten Vorverstärkers;

Fig.9 eine schematische Schaltung einer in Fig.7 dar

gestellten Prozessorschaltung;

Fig.10 eine schematische Schnittansicht einer in Fig.2

dargestellten Anordnung zum Kuppeln eines An-

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-4β~

triebmotors und einer Drehscheibe;

Fig.11 eine schematische Schnittansicht eines in

Fig.1 dargestellten, optischen Wellenrichtsystems; und

Fig.12 ein schematisches Blockschaltbild einer in

Fig.7 dargestellten Fehlerdetektorschaltung.

In Fig.1 ist schematisch eine Einrichtung 21 dargestellt, die insbesondere zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes von verschiedenen Materialien verwendbar ist. Ein optisches System 22 erhält Strahlungsenergie von einer Lichtquelle 23 und schafft damit einen Meßlichtstrahl 24 und einen Ausgleichslichtstrahl 25. Ein optisches Direktor- bzw. Wellenleitsystem 26 leitet zuerst den Meßstrahl 24 zu einer zu analysierenden und zu bestimmenden Probe 27 und leitet dann die von der Probe 27 reflektierte Strahlungsenergie zu einem Photodetektor 28. Durch das Wellenleitsystem 26 wird auch der Ausgleichsstrahl 25 nach einer Dämpfung durch eine Öffnungseinstellung 29 zu dem Photodetektor 28 geleitet.

In Fig.2 ist in einer perspektivischen und teilweise in Einzelteile aufgelösten Darstellung das optische System 22 schematisch wiedergegeben, das als Einheit auf einer Trägerplatte 31 angebracht ist. Licht von der Lichtquelle 23 wird durch einen ge-

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wölbten Sammelspiegel 32 gesammelt und gebündelt und durch einen Spiegel 33 als der Meßstrahl 24 reflektiert. Licht von der Quelle 23 wird auch durch eine Kondensorlinse 34 gebündelt und durch einen Spiegel 35 als der Ausgleichsstrahl 25 reflektiert, der parallel zu dem Meßstrahl 24 verläuft. Die Strahlen

24 und 25 sind auf diametral einander gegenüberliegende Stellen auf einer sich drehenden Scheibe 36 ausgerichtet, die durch eine Wellenanordnung 38, die weiter unten noch im einzelnen beschrieben wird, an einen Antriebsmotor 37 gekuppelt ist. Auf der Scheibe 36 ist ein erstes optisches Filter 41 ,das Licht nur in einem schmalen infraroten Wellenlängenband durchläßt, das durch die Feuchtigkeit ohne weiteres absorbiert wird, beispielsweise ein Band von 500A , das bei 1,9 Mikron zentriert ist, ein zweites optisches Filter 42, das Licht nur einem schmalen infraroten Wellenlängenband durchläßt, das weniger leicht durch Feuchtigkeit absorbiert wird, beispielsweise ein Band von 500A, das bei 1,8 Mikron zentriert ist, und ein Fenster 43 für sichtbares Licht angebracht.

Die Filter 41 und 42 und das Fenster 43 sind in gleichmäßigen Abständen von 120° angeordnet und so eingestellt, daß sie bei einer Drehung der Scheibe 36 nacheinander die Strahlen 24 und

25 durchlaufen. Auch die Ausrichtung des optischen Systems 22 ist so gewählt, daß die Meß- und Ausgleichsstrahlen 24 und 25 durch gleiche Teile und Bereiche des ersten optischen Filters 41 bzw. zweiten optischen Filters 42 hindurchgehen. Infolgedes-

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sen werden, wenn sich die Scheibe 36 dreht, die Filter 41 und 42 abwechselnd in axialerRichtung bezüglich der Meß- und Ausgleichsstrahlen 24 und 25 ausgerichtet, die daraus eine Anzahl periodischer Strahlen erzeugen, wie schematisch in Fig.3 dargestellt ist. In der Scheibenstellung der Fig.3a ist das Filter 41 axial bezüglich des Meßstrahles 24 ausgerichtet und läßt ihn (24) durch, wodurch ein erster Strahl 45 geschaffen wird, während der Ausgleichsstrahl 25 durch einen undurchbrochenen Teil der Scheibe 36 gesperrt ist. Nacheiner Drehung der Scheibe 36 im Uhrzeigersinn um 180° (Fig.3b) stimmt das Filter 41 mit dem Ausgleichsstrahl 25 überein, um so von diesem einen zweiten Strahl 46 mit demselben schmalen Wellenlängenband wie bei dem ersten Strahl 45 zu erzeugen. In einer Stellung der Scheibe 36 (Fig.3c), die im Uhrzeigersinn um 60° bezüglich der in Fig. 3b wiedergegebenenStellung verdreht ist, stimmt das zweite optische Filter 42 mit dem Meßstrahl 24 überein, wodurch ein dritter Strahl 47 mit einem anderen Wellenlängenband als das des ersten Strahles 45 erzeugt wird, wobei jedoch der Strahl 47 bezüglich des Strahls 45 axial ausgerichtet ist. In Fig.3d ist eine vierte Stellung der Scheibe 36 dargestellt, in welcher das zweite optische Filter 42 mit dem Ausgleichsstrahl 25 übereinstimmt, wodurch ein vierter Strahl 48 mit demselben Wellenlän-..· band wie der dritte Strahl 47 geschaffen wird, der jedoch bezüglich des zweiten Strahls 46 in axialer Richtung ausgerichtet ist. Auf diese Weise schaffen die auf der sich drehenden Scheibe angebrachten Filter 41 und 42 nacheinander zeitlich gesteuert

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SR

und aufeinander abgestimmte erste und zweite Strahlen 45 und 46 mit einem feuchtigkeitsabsorbierenden Wellenlängenband (d.h. einem Wellenlängenband, bei dem Feuchtigkeit absorbiert wird)und dritte und vierte Strahlen 47 und 48 mit einem unterschiedlichen Wellenlängenband, bei welchem keine Feuchtigkeit absorbiert wird. Schließlich ist in Fig.3e eine Scheibenstellung wiedergegeben,in welcher das Fenster 43 mit dem Meßstrahl 24 zusammenfällt, wodurch ein Strahl 49 mit sichtbarem Licht erzeugt wird, welcher axial bezüglich der ersten und dritten Strahlen 45 und 47 ausgerichtet ist. Der periodisch sichtbar werdende Strahl 49 ist nur vorgesehen, um die Probenstelle zu beleuchten, an welcher die Infrarotstrahlen 45 und 47 auftreffen, um dadurch ein Ausrichten der Einrichtung zu vereinfachen. In noch einer weiteren Stellung der Scheibe 36 ist das Fenster 43 auch bezüglich des Ausgleichsstrahls 25 ausgerichtet. Jedoch kommt dies nur gewissermaßen zufällig vor und dient keinem besonderen Zweck beim Betrieb des Systems.

Das Direktor- bzw. Wellenleitsystem 26 (Fig.1) weist eine Linse 51 und einen Spiegel 52 auf, welcher die ersten und dritten Infrarotstrahlen 45 und 47 und den sichtbaren Strahl 49 auf die Probe 27 richtet. Die sich ergebende, von der Probe 27 reflektierte Strahlungsenergie wird durch einen kuppelartig gewölbten Spiegel 53 gesammelt und über ein sichtbares Licht nicht durchlassendes Filter 50 zu dem Photodetektor 28 reflektiert. Umgekehrt werden die zweiten und vierten, von dem optischen System 22 erzeugten Infrarotstrahlen 46 und 48 von einem Spiegel 54 und dem Spiegel 53

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unmittelbar zu dem Photodetektor 28 reflektiert, ohne daß sie auf die Probe 27 auftreffen. Infolgedessen erhält in einer zeitlich gesteuerten Folge der Photodetektor 28 scharf ausgebildete Strahlungsenergiestöße oder -impulse bei den periodisch, aber nicht gleichzeitig auftreffenden Strahlen 45 bis 48. Entsprechend diesen Energieimpulsen gibt der Photodetektor 28 einen Wechselstromausgang (Fig.4) mit scharfen, deutlich ausgebildeten Impulsen ab, welche die Pegel oder Amplituden der den Photodetektor 28 erreichenden Strahlungsenergiestößen darstellen. Wie in Fig.4 dargestellt, gibt der Photodetektor 28 nacheinander einen Impuls 45', der den Energieanteil des ersten Infratorstrahls 45 darstellt, der durch die Probe 27 zu dem Photodetektor 28 reflektiert wird, einen Impuls 48', der den Energiepegel des vierten, von dem Photodetektor 28 erhaltenen Infrarotstrahls 48 darstellt, einen Impuls 46', der den Energiepegel des zweiten, von dem Photodetektor 28 erhaltenen Infrarotstrahles 46 darstellt, und einen Impuls 47" darstellt, der den Energieanteil des dritten Infrarotstrahles 47 darstellt, der durch die Probe 27 zu dem Photodetektor 28 reflektiert wird. Diese Impulsfolge wiederholt sich, wenn die sich drehende Scheibe 36 ununterbrochen und nacheinander die Filter 41 und 42 durch die Meß- und Ausgleichstrahlen 24 und 25 bewegt, um die periodischen Strahlen 45 bis 48 zu erzeugen. Der sichtbare Strahl 49 wird durch das Filter 50 ausgeschaltet und erzeugt infolgedessen kein Ausgangssignal durch den Photodetektor 28. Wie oben ausgeführt, ist der sichtbare Strahl 49 nur vorgesehen, um die Probe 27 zu beleuchten und um

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dadurch die optische Ausrichtung des Systems anzuzeigen.

Durch die Drehbewegung der Scheibe 36 werden auch Kommutatorimpulse erzeugt, die zur Verarbeitung des in Fig.4 dargestellten Photodetektorausgangs verwendet werden. Entlang des Umfangs der Vorderseite der Scheibe 36 sind eine Anzahl Kommutatorspiegel 55 bis 58 verteilt, wie in Fig.5 dargestellt ist.Die Spiegel 55 bis 58 arbeiten mit einem Kommutatorfühler 59 (Fig.2) zusammen, um die Kommutatorimpulse zu erzeugen. Bei jeweils einer Anzahl von vorbestimmten, genauen Winkelstellungen der Scheibe 36 erhält einer der Kommutatorspiegel 55 bis 58 Licht von einer lichtemittierenden Diode 61, die an bzw. in dem Kommutatorfühler 59 angebracht ist. Das aufgenommene Licht wird durch den Kommutatorspiegel zu dem Fühler 59 zurück reflektiert, was durch einen Phototransistor 62 gefühlt wird, der einen Zeitsteuerimpuls abgibt, der die entsprechende Stellung anzeigt. Auf diese Weise schafft der Fühler 59 einen Impulszug mit einer in Fig.6 dargestellten Wellenform, welche vertikal zeitlich mit der Wellenform der Fig.4 verknüpft ist. Die jeweiligen Stellungen der Bauteile sind so gewählt, daß der Spiegel 55 einen Zeitsteuerimpuls 55' gleichzeitig mit dem Impulse 45' induziert bzw. schafft, was durch das Zusammentreffen zwischen dem ersten Filter 41 und dem Meßstrahl· 24 bewirkt wird; der Spiegel 56 schafft einen Zeitsteuerimpuls 56' gleichzeitig mit dem Ausgangsimpuls 48', was durch das Zusammentreffen des zweiten optischen Filters 42 und des Ausgleichsstratus 25 bewirkt wird; der Kommutatorspiegel· 57 schafft einen

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Zeitsteueriitipuls 57' gleichzeitig mit dem Ausgangsimpuls 46', was durch das Zusammentreffen des ersten optischen Filters 41 und des Ausgleichsstrahls 45 bewirkt wird, und der Kommutatorspiegel 58 schafft einen Zeitsteuerimpuls 58' gleichzeitig mit dem Ausgangsimpuls 47', der durch Zusammentreffen des zweiten optischen Filters 42 und des Meßstrahls 24 bewirkt wird. Entlang des Umfangs der Scheibe 36 sind zwischen den Kommutatorspiegeln 55 und 58 ein zusätzliches Paar sogenannter Initiatorspiegel 59 angebracht. Auch diese Spiegel reflektieren Licht von der lichtemittierenden Diode 61 zu dem Phototransistor Entsprechend der periodischen Bewegung der Initiatorspiegel gibt mittels des Kommutatorfühlers 59 der Phototransistor 62 periodische Impulspaare 59' ab, wie in Fig.6 dargestellt ist. Da der Abstand zwischen den Initiatorspiegeln 59 kleiner ist als der Abstand zwischen einem der anderen möglichen Spiegelpaare auf der Scheibe 36 können die periodischen Paare 59' von den Kommutator-Zeitsteuerimpulsen 55" bis 58' unterschieden werden.

In Fig.7 ist in Form eines Blockschaltbildes ein elektrisches System 66 dargestellt, dasin Verbindung mit dem in Fig.1 und dargestellten optischen System 21 verwendbar ist. Ein Wechselstromausgang (Fig.4) des Photodetektors 28 wird über Leitungen 60 und 62 an einen Vorverstärker 63 angelegt, der unten noch im einzelnen beschrieben wird. Den Ausgang des Vorverstärkers 62 erhält ein Verstärker 64, welcher ein Signal an eine Signaldekodierschaltung 65 abgibt.

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Die Dekodierschaltung 65 erhält auf einer Leitung 67 nach einer Verstärkung in einem Verstärker 68 die Kommutator-Zeitsteuerimpulse 55' bis 58' und die periodischen Impulse 59' (Fig.6) von dem Kommutatorfühler 59. Entsprechend den Kommutator-Zeitsteuerimpulsen auf der Leitung 67 teilt die Dekodierschaltung 65 den Photodetektorausgang in eine Anzahl Gleichspannungsausgänge auf Leitungen 72 bis 76 auf. Diese Ausgänge weisen auf einer Leitung 72 eine Spannung V auf, die aus den Impulsen 45" (Fig.4) abgeleitet und von dem gefühlten, von der Probe reflektierten Energiepegel des ersten Strahls 45 (Fig.1) abhängt; auf einer Leitung wird eine Spannung V erzeugt, die aus den Impulsen 47' abgeleitet ist und von dem gefühlten,von der Probe reflektierten Energiepegel des dritten Strahls 4 7 abhängt; auf einer Leitung 75 wird eine Spannung V , erzeugt, die aus den Impulsen 46' abgelei-

tet und von dem Energiepegel des zweiten Strahls 46 abhängt, und auf einer Leitung 76 wird eine Spannung V , geschaffen, die aus den Impulsen 48' erhalten wird und von dem gefühlten Energiepegel des vierten Strahls 57 abhängt. Ein weiterer Ausgang der Dekodierschaltung 65 auf einer Leitung 74 ist eine Bezugsspannung V Von der Dekodierschaltung wird auch dem Vorverstärker 63 auf einer Leitung 97 ein Schaltersteuersignal zugeführt, das durch die periodischen Impulse 59' (Fig.6) von dem Fühler 59 synchronisiert ist.

Die Signalspannungen auf den Leitungen 72 bis 76 erhält eine Signalverarbeitungsschaltung 78, die im einzelnen unten noch be-

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schrieben wird. Der Ausgang der Verarbeitungs- oder Prozessorschaltung 78 auf einer Leitung 79 ist eine Ausgangsspannung VVV, VV

χ —5i— . Der Ausdruck stellt einen Quotienten der

m r¹ m

verschiedenen Energiepegel dar, die durch die Probenfeuchtigkeit von den ersten und dritten Strahlen mit unterschiedlicher Wellenlänge absorbiert sind, und ist infolgedessen ein Maß für den Feuchtigkeitsgehalt der Probe. Umgekehrt werden die zweiten und vierten Strahlen, welche die Werte V , und V ,schaffen, nicht durch den Feuchtigkeitsgehalt der Probe beeinflußt. Sie werden jedoch durch irgendwelche temperaturbedingte, optische übertragungs- bzw. Durchlässigkeitsänderungen in genau derselben Weise wie die ersten und dritten Strahlen beeinflußt, welche die Signalwerte V und V schaffen. Infolgedessen werden irgendwelche Ungenauigkeiten, die sich aus derartigen übertragungs- bzw. DurchlassigkeitsVeränderungen ergeben würden aus

^Vo^Vr ^Vm'
dem Ausgangs signal ^ χ =— entfernt, welches ein genauer

m r¹
Anzeigewert des Probenfeuchtigkeitsgehaltes ist. Das Signal auf der Leitung 79 erhält eine Ausgangsschaltung 81, die auf einer Leitung 82 ein analoges Signal schafft, das den Probenfeuchtigkeitsgehalt anzeigt und durch ein Meßgerät 83 angezeigt wird. Das analoge Signal auf der Leitung 82 wird auch einer Analog-Digital-Umsetzerschaltung 84 zugeführt, die auf einer Leitung einen digitalen Ausgang schafft, der den Probenfeuchtigkeitsgehalt anzeigt und wiedergibt. Die Analog-Digital-ümsetzerschaltung 84 schafft auch einen Eingang an einer Anzeigentreiberstufe 86, welche eine digitale Anzeige 87 steuert.

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In Fig.8 sind Schaltungseinzelheiten der in Fig.7 wiedergegebenen Vorverstärkerschaltung 63 dargestellt. Ein Eingang auf einer Leitung 60 von dem Photodetektor 28 wird an einem Eingangsanschluß 91 erhalten, der über einen Belastungswiderstand R1 mit dem positiven Pol einer Spannungsquelle verbunden ist, während der andere Photodetektoreingang auf einer Leitung 62 an einen Anschluß 92 angelegt wird, der über einen Belastungswiderstand R2 mit dem negativen Pol der Spannungsquelle verbunden ist. Mit dem Eingangsanschluß 91 ist über einen Koppelkondensator C1 und einen Eingangswiderstand R3 auch der positive Eingang eines Operationsverstärkers QA verbunden. In ähnlicher Weise ist der Eingangsanschluß 92 mit dem negativen Eingang des Verstärkers QA durch einen Koppelkondensator C2 und einen Eingangswiderstand R4 verbunden. Der Ausgang 93 des Verstärkers QA ist mit seinem negativen Eingang über einen Rückkopplungswiderstand R5 verbunden. Der Signalausgang (Fig.4) des Verstärkers QA wird über einen Koppelkondensator .C3 an den in Fig.7 dargestellten Verstärker 64 angelegt. Zwischen Erde und den Kopplungskondensator C3 ist ein Schalter 95 geschaltet, welcher durch eine elektronische Steuerschaltung 96 entsprechend den von der Dekodierschaltung 65 (Fig. 7) auf einer Leitung 97 erhaltenen Impulsen betätigt wird.

Der Widerstand des Photodetektors 28, vorzugsweise ein Bleisulfiddetektor, ist unmittelbar proportional zu der auf ihn auftreffenden Lichtmenge. Um die Empfindlichkeit des Analysiersystems bis auf sehr kleine Änderungen im Lichtpegel zu erhöhen, ist ge-

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maß der Erfindung für den Ausgang des Photodetektors 28 ein sehr rauschunempfindlicher Vorverstärker 63 vorgesehen. Die in Fig.8 dargestellte, abgeglichene differentielle Eingangsschaltung schafft die geforderte Unempfindlichkeit gegenüber Rauschen. Ein Strom (I) fließt von dem positiven Anschluß (+V) über den Detektor 28 zu dem negativen Anschluß (-V). Die Widerstände R1 und R2 sind fest eingestellte Belastungswiderstände, während Veränderungen in den auftreffenden Lichtpegeln zu Änderungen in dem Widerstandswert des Fühldetektors 28 führen. Diese Widerstandsänderungen ihrerseits führen zu Änderungen in der Spannung an dem Detektor 28. Die Gleichspannungen blockierenden Kondensatoren C1 und C2 koppeln diesen dem Lichtpegel entsprechenden Wechselspannungsanteil an den Differenzeingang des Operationsverstärkers QA an, dessen Ausgang die Differenz der an den Anschlüssen 91 und 92 anliegenden Spannungen ist. Da die Spannung am Anschluß 92 negativ bezüglich der Spannung am Anschluß 91 ist, wird durch die algebraische Summierung dieser Spannungen der Eingang von dem Detektor 28 verdoppelt, während alle unerwünschten Signale gelöscht werden, die unbeabsichtigt in beiden Signalen vorhanden sind. Durch diese Schaltung mit einer hohen Gleichtaktunterdrückung werden alle Rausch- und Welligkeitsströme unterdrückt, die durch Schaltungsdrähte, ein Netzanschlußrauschen und -welligkeit eingebracht worden sind, und eine Instabilität aufgrund einer Temperaturdrift von Bauteilen wird vermindert.

Nach jeder Ausgangsimpulsfolge von dem Detektor 28 (Fig.4) ent-

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sprechend einer einzigen Umdrehung der Scheibe 36 gibt die Dekodierschaltung 65 ein Schaltersteuersignal auf der Leitung 97 ab. Diese Signale werden durch die periodischen Impulse 55' (Fig.6) von dem Kommutatorsensor 59 getriggert. Entsprechend den Signalen auf der Leitung 97 schließt die Steuerschaltung 96 augenblicklich den Schalter 95. Die sich ergebende Erdung des verstärkten Ausgangs des Photodetektors 28 schafft einen bekannten Grundgleichspannungspegel, der für eine genaue Signalamplitudenmessung erforderlich ist. Dieses Gleichspannungswiederherstellungssystem verhindert Änderungen in den Gleichspannungsgrundpegeln am Ausgang, was wiederum zu sich ändernden Pegeln im Umlicht führen würde, das von der Probe 27 auf den Photodetektor 28 reflektiert wird.

In Fig.9 sind Schaltungseinzelheiten der in Fig.7 dargestellten Verarbeitungs- oder Prozessorschaltung 78 dargestellt. Die Spannung V auf derLeitung 74 wird über einen Eingangswiderstand R6 an einen Eingang 101 eines Operationsverstärkers QA1 angelegt, dessen anderer Eingang geerdet ist. Der Verstärkereingang 101 ist auch mit dem Kollektor eines Transistors Q1 verbunden, dessen Basis geerdet ist. Der Emitter des Transistors Q1 ist über einen Widerstand R7 mit dem Ausgang des Verstärkers QA1 verbunden. In ähnlicher Weise wird die Signalspannung V auf der Leitung 72 über einen Eingangswiderstand R8 an einen Eingang 102 eines Operationsverstärkers QA2 angelegt, dessen anderer Eingang geerdet ist. Mit dem Eingang 102 ist auch der Kollektor eines Transistors

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Q2 verbunden, dessen Basis mit dem Emitter des Transistors Q1 verbunden ist. Der Emitter des Transistors Q2 ist über einen Widerstand R9 mit dem Ausgang des Verstärkers QA2 verbunden. In der gleichen Weise werden die Signalspannungen V₁ auf der Leitung 75, V auf derLeitung 72 und V , auf der Leitung 76 an Schaltungen mit einem Operationsverstärker QA3 und einem Transistor Q3, einem Operationsverstärker QA4 und einem Transistor Q4 bzw. einem Operationsverstärker QA5 und einem Transistor Q5 angelegt. Schließlich sind der Emitter des Transistors Q3 bzw. der Emitter des Transistors Q5 mit dem Emitter und der Basis eines Transistors Q6 verbunden, dessen Kollektor mit einem Eingang 103 eines Operationsverstärkers QA6 verbunden ist.Der andere Eingang des Verstärkers QA6 ist geerdet. Mit Eingang 103 ist über einen Widerstand R10 auch der Ausgang des Verstärkers QA6 verbunden, dessen Ausgang auf einer in Fig.7 dargestellten Signalleitung 79 anliegt.

Die Basis-Emitter-Spannung V. des Transistors Q1 ist eine Spannung, die proportional einem logarithmischen Wert dessen Kollektorstroms I ist. Da der invertierende Eingang des Verstärkers QA1 gleich dessen nichtinvertierenden Eingang sein muß, welche beide auf OV liegen, ist der Kollektorstrom I gleich dem Ein-

^CV gangsstrom I- , und der Strom I. ist gleich ^₂-. Infolgedessen

ν ist die Spannung V₁ _Q proportional zu dem' Logarithmus von ^- und da R6 konstant ist, ist die Spannung V₁ proportional zu dem Logarithmus der Spannung V_Q. In ähnlicher Weise ist die Basis-

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Emitter-Spannung V₁ des Transistors Q2 proportional zu dem Logarithmus der Eingangsspannung V , die Basis-Emitter-Spannung V- , des Transistors Q3 ist proportional zu der Eingangsspannung V ,, die Basis-Emitter-Spannung V₁ des Transistors Q4 ist proportional zu der Eingangsspannung V und die Basis-Emitter-Spannung V₁ , des Transistors Q5 ist proportional zu der Eingangsspannung V ,. Infolgedessen arbeiten die Schaltungen, welche die Eingangsspannung V , V , V ,, V und V , aufnehmen, als logarithmische Umsetzer. Umgekehrt ist die Basis-Emitter-Spannung V₁ des Transistors Q6 proportional zu dem Logarithmus dessen Kollektorstrom I oder der Strom I₁ ist proportional zu 10 1c'" ^a der Strom I , gleich dem Strom I- über den Widerstand R10 ist, ist die Ausgangsspannung auf der Leitung 29 gleich I_xRiO. Diese Spannung ist infolgedessen proportional zu 10 1c , und der Transistor Q6 arbeitet als ein antilogarithmischer Umsetzer für die Spannung V₁ . Aufgrund der Schaltung zwischen den geerdeten

I C

Basen der Transistoren Q1 und Q2 ist die Basis-Emitter-Spannung

V des Transistors Q6 ein zusammengesetztes logarithmisches Sigi c

nal, das gleich V₁ + V₁ + V_1m,- V₁ , - V-. ist. Infolgedessen ist bei Anwenden der logarithmischen Kenndaten die Ausgangsspan-

VVV₁

nung auf der Leitung 79 gleich ~ χ ^- , was bekanntlich

m r'

eine temperaturkompensierte Darstellung des Probenfeuchtigkeitsgehaltes ist.

In Fig.10 ist im einzelnen eine Scheiben-Motorkupplung 38 wiedergegeben, die schematisch in Fig.1 und 2 dargestellt ist.An der

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Scheibe 36 ist eine feste, unbiegsame Welle 110 befestigt, die durch ein Lager 111 drehbar gehaltert ist. Eine Motorwelle 112 ist drehbar an den auf der Tragplatte 31 angebrachten Motor 37 angekuppelt. Zwischen der Scheibenwelle 110 und der Motorwelle 112 und axial zu diesen Wellen ausgerichtet ist eine biegsame Welle 113 angeordnet. Die biegsame Welle 113, die beispielsweise aus Gummi hergestellt ist, bildet eine Kupplung mit Spiel zwischen der Scheibenwelle 110 und der Motorwelle 113. Die biegsame Welle 113 ist für eine Drehung der Wellen 110 und 112 mit einem Paar Manschetten oder Buchsen 114 verbunden, die durch eine Anzahl Stellschrauben 115(an den entsprechenden Wellen) befestigt sind.

Durch die Kupplung 38 mit einem gewissen Spiel wird das erforderliche Anlaufdrehmoment des Motors 37 verringert. Folglich kann ein preiswerter, kleinerer Motor mit einem niedrigen Anlaufdrehmoment ,aber einem ausreichenden Drehmoment während des Laufs verwendet werden, um die Scheibe 36 anzutreiben. Derartige Motoren weisen eine niedrige Wärmeableitung auf, was wichtig ist bei Umgebungen mit hohen Temperaturen, wo eine minimale Wärmeableitung erwünscht ist.

In Fig.11 ist ein Teil eines Gehäuses 121 für das optische Direktor- oder Wellenleitsystem 26 und den Photodetektor 28 wiedergegeben, die in Fig.1 dargestellt sind. Das Gehäuse 121 weist ein optisch dichtes Gehäuse 122 auf, das den Detektor 28 im wesentli-

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chen vor Umlicht schützt. Ein Bodenteil des Gehäuses 121 ist ein ebenes, lichtdurchlässiges Fenster 123, das die Strahlen 45 47 und 49 zu der Probe 27 und von dieser reflektiertes Licht zu dem gewölbten Spiegel 53 durchläßt. Ein optisches dichtes Schutzrohr 124 ist in dem Gehäuse 121 angeordnet und umschließt die Strahlen 45, 47 und 49 während ihres Verlaufs zwischen dem Spiegel 52 und dem ebenen Fenster 123. Das Schutzrohr 124 legt einen Raum 125 fest, der optisch bezüglich des Photodetektors 28 abgeschirmt ist und weist eine lichtdurchlässige öffnung 126 auf, die unmittelbar bei einer Fläche 128 an dem ebenen Fenster 123 festgelegt ist. Infolgedessen wird irgendwelches Licht, das durch das Fenster 123 beim Durchgang der Strahlen 45, 47 und 49 zu der Probe 27 reflektiert wird, in den Raum 125 zurückgeleitet wodurch verhindert wird, daß es den Photodetektor 28 erreicht. Umgekehrt gelangt das von der Probe 27 reflektierte Licht durch einen ringförmigen Fensterteil 127, welcher die Fensterfläche 128 umgibt, und wird durch den gewölbten Spiegel 53 zu dem Photodektor 28 reflektiert. Durch das Abschirmen des Detektors 28 bezüglich allem Licht außer dem Licht, das von der Probe 27 reflektiert worden ist, wird die Genauigkeit des Analysiersystems erhöht. Dieses erwünschte Ergebnis ist erreicht, ohne daß ein verhältnismäßig teueres, kuppelartig gewölbtes Fenster der Art verwendet wird, wie es normalerweise vorgesehen ist, um unerwünschte Reflexionen zu unterbinden.

In Fig.7 ist eine Fehlerdetektorschaltung 131 dargestellt, wel-

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ehe eine Anzahl Signale auf Leitungen 132 von der Prozessorschaltung 78 und eine Anzahl Signale auf Leitungen 133 von der Dekodierschaltung 65 erhält. Die Signale auf jeder der Leitungen 132 und 133 sind entweder eine durch Tastenbetätigung geschaffene Schaltung (in einer nicht dargestellten) gesonderten, gedruckten Schaltungsplatte oder eine eine durchschnittliche Signalgleichspannung , welche das Vorhandensein oder Fehlen von Signalimpulsen auf einer derartigen Schaltungsplatte anzeigt. Wie in Fig.12 dargestellt, wird jede der Signalspannungen auf den Leitungen 132 und 133 an eineauf zwei Pegel ansprechende Detektorschaltung 134 in der Detektorschaltung 131 angelegt. Mit jeder der Detektorschaltungen 134 und einer Speisequelle 135 ist eine lichtemittierende Diode 136 verbunden. Wenn der ankommende Signalpegel auf einer der Leitungen 132 und 133 über oder unter einem vorbestimmten Grenzwert liegt, erregt die Detektorschaltung 134, die dieses Signal erhält, die ihr zugeordnete lichtemittierende Diode 136. Das.auf diese Weise gebildete ,sichtbare Signal zeigt dann die spezielle Schaltungsplatte an, auf welcher ein Fehler aufgetreten ist. Folglich ist die Festlegung und Beseitigung des Fehlers dadurch erheblich vereinfacht.

Ende der Beschreibung

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Claims

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR ' ·

Postfach 86Ό245 · 8000 München 36

Anwaltsakte: 28 689

Patentansprüche

1 .J Analysiereinrichtung gekennzeichnet durch eine Strahlungsenergiequelle (23) ; durch eine erste optische Einrichtung (41), um Strahlungsenergie von der Energiequelle (23) aufzunehmen und um erste und zweite Strahlungsenergiestrahlen (45, 46) mit demselben vorgegebenen Wellenlängenband zu erzeugen ;durch eine zweite optische Einrichtung (40), um Strahlungsenergie von der Energiequelle (23) aufzunehmen, und um dritte und vierte Strahlungsenergiestrahlen (47, 48) mit einem gemeinsamen Wellenlängenband zu erzeugen, das sich jedoch von dem vorgegebenen Band unterscheidet; durch eine Photodetektoreinrichtung (28); durch eine Strahlungsenergie-Leiteinrichtung (26), um die ersten und dritten Strahlen zuerst zu einer zu analysierenden Probe (27) und dann zu einer Photodetektoreinrichtung (28) zu leiten und um die zweiten und vierten Strahle (46, 48) zu der Photodetektoreinrichtung (28) zu leiten, und durch eine Ausgangseinrichtung

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'S (089) 988272 Telegramme: Bankkonten: Hypo-Bank München 4410122850

»88273 BERGSTAPFPATENT München (BLK 70020011) Swift Code: HYPO DE MM

988274 TELEX: Bayer. Vereinsbank München 453100 (BLZ 70020270)

983310 0524560BERGd Postscheck München 65343-808 (BLZ 70010080)

ORiGSNAL SMSFECTED

2816S41

(78) um Energiepegel der Strahlen (45 bis 48) zu vergleichen, wie sie durch die Photodetektoreinrichtung (28) gefühlt worden sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Photodetektoreinrichtung (28) ein Signal V in Abhängigkeit von dem Energiepegel des ersten Strahls (45), ein Signal V in Abhängigkeit von dem Energiepegel des dritten Strahls (4 7), ein Signal V , in Abhängigkeit von dem Energiepegel des zweiten Strahls (46) und ein Signal V ,in Abhängigkeit von dem Energiepegel des vierten Strahls (48) schafft, und daß die Ausgangseinrichtung einen Signalprozessor (78) aufweist, um

^Vr ^Vm' ein Ausgangssignal in Abhängigkeit von der Beziehung =— χ

VV₁ m r'

zu schaffen.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste optische Einrichtung ein erstes optisches Filter (41) und die zweite optische Einrichtung ein zweites optisches Filter (42) aufweist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten optischen Einrichtungen (41, 42) eine Kollimatoreinrichtung (32) aufweist, um Energie von der Energiequelle (23) aufzunehmen und um damit einen Meßstrahl (24) und einen Ausgleichsstrahl (25) zu schaffen, und daß eine bewegbare Einrichtung (36) vorgesehen ist, um das erste optische FiI-

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281&5U

ter C41) abwechselnd in den Meßstrahl (24), um den ersten Strahl (45) zu erzeugen, und in den Ausgleichsstrahl (45) zu bringen, um den zweiten Strahl (46) zu erzeugen, und um das zweite optische Filter (42) abwechselnd in den Meßstrahl (24), um den dritten Strahl (47) zu erzeugen, und in den Ausgleichsstrahl (25) zu bringen, um den vierten Strahl (48) zu erzeugen.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegbare Einrichtung eine drehbare Scheibe (36) ist, welche die ersten und zweiten optischen Filter (41, 42) trägt.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollimatoreinrichtung (32) eine Zwischenspeichereinrichtung (34) aufweist, um einen höheren Strahlungsenergiepegel in dem Meßstrahl (24) als in dem Ausgleichsstrahl (25) zu schaffen.
7. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine einstellbare Energiedämpfungseinrichtung (29) zum Einstellen der Strahlungsenergiepegel der zweiten und vierten Strahlen (46, 48).
8. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Filter (41, 42) auf der drehbaren Scheibe (36) an Stellen angebracht sind, die in gleichem

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Abstand von dem Drehmittelpunkt angeordnet sind, und daß die Meß- und Ausgleichsstrahlen (24, 25) entsprechend bemessen und ausgerichtet sind, um durch die gleich groß bemessenen Teile der ersten und zweiten Filter (41, 42) hindurchzugehen.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- und Ausgleichsstrahlen (24, 25) an genau diametral gegenüberliegenden Stellen auf der drehbaren Scheibe (36) gebündelt sind.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Filter (41, 42) auf der drehbaren Scheibe (36) an Stellen angebracht sind, die in einem Winkelabstand zwischen 50 bis 130° angeordnet sind.
11. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Photodetektoreinrichtung einen Photodetektor (28) aufweist, der nacheinander die ersten bis vierten Strahlen (45 bis 48) erhält und ein Wechselstromsignal mit Werten abgibt, die durch deren Energiepegel festgelegt sind, und daß eine Dekodiereinrichtung (65) vorgesehen ist, um die Teile des Wechselstromsignals zu kennzeichnen, die durch die ersten bis vierten Strahlen (45 bis 48) festgelegt sind.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Kommutatoreinrichtung (55 bis 58), um Zeitsteuerim-

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pulse zu erzeugen, die von der Dekodiereinrichtung (65) aufgenommen und um Koinzidenzperioden zwischen dem ersten und zweiten Filter (41, 42) und den Meß- und Ausgleichsstrahlen (24, 25) anzuzeigen.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutatoreinrichtung eine Kommutator-Strahlungsenergiequelle (61) aufweist, die jedem der ersten und zweiten Filter (41, 42) zugeordnet ist und mit der Scheibe (36) drehbar ist, und ferner eine Kommutatorenergie-Fühleinrichtung aufweist, die durch die Kommutatorquelle(61) in bestimmten WinkelStellungen erregt wird.
14. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutatoreinrichtung eine Initiatoreinrichtung

(59) aufweist, um periodische Impulse zu erzeugen, die von der Dekodiereinrichtung (65) empfangen werden und die Folge der Zeitsteuerimpulse kennzeichnen.
15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzei chn e t, daß die Initiatoreinrichtung eine Initiator-Strahlungsenergiequelle aufweist, die zusammen mit der Scheibe (36) bewegbar ist und die Kommutatordetektoreinrichtung unterscheidbar von der Erregung durch die Kommutatorquellen erregt.
16.Einrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet

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durch eine Rücksetzeinrichtung, welche durch die periodischen Impulse von der Initiatoreinrichtung erregt wird, um periodisch den Ausgang des Photodetektors (28) zu erden.
17. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Rücksetzeinrichtung, um periodisch den Ausgang der Photodetektoreinrichtung (28) zu erden, um so einen Grundgleichspannungspegel zur Messung der Signale zu schaffen.
18. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalprozessor (78) logarithmische Umsetzereinrichtungen (QA2 bis QA5; Q2 bis Q5), um logarithmische Signale zu erzeugen, die proportional den logarithmischen Werten der Signale V , V ,, V und V , sind, eine Summiereinrichtung zum Schaffen eines zusammengesetzten ,logarithmischen Signals mit einem Wert, der proportional der Summe der logarithmischen Werte der Signale V und V minus der Summe der logarithmischen Werte der Signale V , und V , ist und eine antilogarithmische Umsetzereinrichtung (Q6) aufweist, um ein analoges Ausgangssignal mit einem Wert zu schaffen, der proportional einem antilogarithmischen Wert des zusammengesetzten Signals ist.
19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die logarithmischen Umsetzereinrichtungen erste bis vierte Transistoren (Q2 bis Q5), eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Kollektorströmen, die proportional dem Wert V in

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dem ersten Transistor (Q2), dem Wert V in dem zweiten Transistor (Q3), dem Wert V , in dem dritten Transistor (Q4) und dem Wert V , in dem vierten Transistor (Q5) sind/ eine Schaltungsanordnung (Q1, Q2) zum Zusammenfassen der Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren, um das zusammengesetzte Signal zu erzeugen, einen antilogarithmischen Transistor (Q6) und eine Schaltungsanordnung aufweisen, um für den antilogarithmischen Transistor (Q6) eine Basis -Emitter-Spannung, die proportional dem Wert des zusammengesetzten Signals ist, und einen Kollektorstrom mit einem Wert zu schaffen, der proportional dem Wert des analogen Ausgangssignals ist.
20. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichn et, daß die Photodetektoreinrichtung (28) entsprechend angeordnet ist, um die erste und dritten Strahlen (45, 48) nach deren Reflexion von der Probe (27) aufzunehmen.
21. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutatorquellen reflektierende Oberflächen (55 bis 59) auf der bewegbaren Scheibe (36) und eine Lichtquelle

(61) aufweisen, um Licht zu den reflektierenden Flächen (55 bis 59) zu leiten.

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