DE3000852C2

DE3000852C2 - Spectrophotometer

Info

Publication number: DE3000852C2
Application number: DE19803000852
Authority: DE
Inventors: Haakon Trygve Pinole Calif. Magnussen jun.; Roy Peter Hayward Calif. Moeller
Original assignee: Beckman Instruments Inc
Current assignee: Beckman Coulter Inc
Priority date: 1980-01-11
Filing date: 1980-01-11
Publication date: 1985-05-09
Also published as: DE3000852A1

Description

dadurch gekennzeichnet, daßcharacterized in that

— das Gitter (40) in einem Rahmen (128) gehaltert ist,- The grid (40) held in a frame (128) is,

— eine erste und eine zweite Blattfeder (186,188) so angeordnet sl".d, daß sie in Richtung der Schwenkachse (47) des Gitters (40) einen Abstand zueinander aufweiser und- a first and a second leaf spring (186,188) so arranged sl ".d that they are a distance in the direction of the pivot axis (47) of the grid (40) to each other and

— jeweils das eine Ende der Biattfedern (186,188) am Rahmen (128) befestigt ist, während das andere Ende an einem Gehäuse (116,174) so befestigt ist, daß mit Hilfe der Stelleinrichtung (66) das Gitter (40) zusammen mit dem Rahmen (128) und dem jeweils einen Ende der Blattfedern (186, 188) gegenüber dem Gehäuse (116, 174) und dem daran befestigten jeweils anderrn finde der Blattfedern (186.188) schwenkbar ist.- one end of each biatt spring (186,188) is attached to the frame (128) while the other end is attached to a housing (116,174) is that with the help of the adjusting device (66) the grid (40) together with the frame (128) and each end of the leaf springs (186, 188) opposite the housing (116, 174) and the other one attached to it, the leaf springs (186.188) can be pivoted.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Spektralphotometer mit einer Quelle für elektromagnetische Strahlungsenergie, die auf eine Probe gerichtet ist, mit Detektoreinrichtongen zum Empfang von Strahlungsenergie von der Probe und zur Erzeugung eines hierzu proportionalen AuKgangssignals, mit einem in dem Strahlungsenergiepf.ad schwenkbaren Gitter, das einen Mechanismus zur Auffächerung der Strahlung in ein Spektrum und zur Änderung der Wellenlänge der zu den Detektoreinrichtungen gelangenden Strahlungsenergie bildet, mit Meßfühlereinrichtungen zur Überwachung der Position des Gitters und zur Erzeugung eines zu dieser Position proportionalen Signals, mit auf das Meßfühlcrsignal und ein Soll-Posili'Onssignal ansprechenden Stelleinrichtungen ;?ur Steuerung der Relativposition des Gitters in dem S'irahlungsenergiepfad und mit Einrichtungen zur schwenkbaren Halterung des Gitters.The invention relates to a spectrophotometer with a source of electromagnetic radiant energy directed at a sample, with detector devices to receive radiant energy from the sample and to generate one proportional to it Output signal, with a in the radiation energy path pivoting grating, which is a mechanism for fanning the radiation into a spectrum and to change the wavelength of the radiation energy reaching the detector devices, with Sensor devices for monitoring the position of the grid and for generating a reference to this position proportional signal, with on the sensor signal and actuating devices responding to a setpoint position signal ;? for controlling the relative position of the grating in the radiation energy path and with devices for pivoting bracket of the grid.

Spekiralphotometer dienen zur Messung der Strahlungsenergie-Durchlässigkeit oder des Strahlungsenergie-Reflexionsvermögens einer Probe im Vergleich zu einem Normal. Es sind Spektralphotometer bekannt, bei denen die Messung der Durchlässigkeit oder des Reflexionsvermögens mit einer festen Wellenlänge erfoIgLSpectrum photometers are used to measure the transmission of radiation energy or the radiant energy reflectance of a sample compared to a standard. There are spectrophotometers known at which measure transmittance or reflectivity with a fixed wavelength

Weiterhin ist ein Spektralphotometer der eingangs genannten Art bekannt (DE-OS 25 13 225), bei dem eine Änderung der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung möglich ist Bei diesem bekannten Spektralphotometer wird die Position eines Monochromator mit Hilfe eines Schrittmotors und einer Leitspindel geändert, um die Probe mit elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge zu beaufschlagen. Abgesehen davon, daß der Aufbau dieses Stellantriebs für den Monochromator relativ aufwendig ist, ergibt sich eine relativ langsame Änderung der Wellenlänge, so daß der Zeitbedarf für eine Messung mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängen relativ groß istFurthermore, a spectrophotometer is the introduction mentioned type known (DE-OS 25 13 225), in which a Change of the wavelength of the electromagnetic radiation is possible with this known spectrophotometer the position of a monochromator is changed with the help of a stepper motor and a lead screw, to apply electromagnetic radiation of different wavelengths to the sample. Apart from the fact that the construction of this actuator for the monochromator is relatively complex, results there is a relatively slow change in the wavelength, so that the time required for a measurement with a multitude of different wavelengths is relatively large

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spektralphotometer der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Stellgeschwindigkeit vergrößert ist, so daß sehr schnell aufeinanderfolgende Messungen mit verschiedenen Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung durchgeführt werden können.The invention is based on the object of creating a spectrophotometer of the type mentioned above, the speed of which is increased, so that very quickly successive measurements with different Wavelengths of electromagnetic radiation can be carried out.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale .gelöst. This problem is solved by the features specified in the characterizing part of claim 1.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Spektralphotometetvergibt sich eine sehr schnelle reibungsfreie Einstellung der Position des Gitters, so daß sehr schnell aufeinanderfolgende Messungen mit unterschiedlichen Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung durchgeführt werden können.The inventive design of the spectrophotometer results in a very fast, frictionless Adjustment of the position of the grid, so that very quickly successive measurements with different Wavelengths of electromagnetic radiation can be carried out.

Es ist zwar bereits bekannt (FR-PS 11 78 538). einen Spiegel an Spannbändern in Form von langgestreckten Bandfedern aufzuhängen. Hierbei erstrecken sich jedoch die Bandfedern mit ihrer Längsachse in Richtung der Schwenkachse des Spiegels und es ergibt sich eine sehr erschütterungsempfindliche Anordnung, die »:s beispielsweise nicht ermöglicht, die Stelleinrichtungen und die Meßfühlereinrichtungen direk« nn dem Gitter zu befestigen.It is already known (FR-PS 11 78 538). a Suspend mirrors on straps in the form of elongated ribbon springs. Here, however, extend the ribbon springs with their longitudinal axis in the direction of the pivot axis of the mirror and there is one very shock-sensitive arrangement, the »: s for example does not allow the actuating devices and the measuring sensor devices directly in the grid attach.

Bei dem erfindungsgemäßen Spektralphotomcter ergibt sich demgegenüber eine sehr starre erschütterungsunempfindliche Halterung des Gitters, ohne daß die schnelle und reibungsfreie Einstellung der Position des Gitters beeinträchtigt ist.In contrast, the spectrophotometer according to the invention is very rigid and insensitive to vibrations Holding the grid without the quick and smooth adjustment of the position of the Grid is impaired.

Sowohl die Stelleinrichtungen als auch die Meßfühlereinrichtungen können aufgrund dieser Steifigkeit der Aufhängung mit von den gleichen Blattfedern gehalten werden.Both the adjusting devices and the measuring devices can due to this rigidity of the Suspension with be held by the same leaf springs.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. *.n der Zeichnung zeigtEmbodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings. * .n the drawing shows

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Spektralphotometers,F i g. 1 a schematic representation of an embodiment of the spectrophotometer,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Stelleinrichtungen des Spektralphotometers nach F i g. 1,Fig. 2 is a block diagram of the actuating devices of the Spectrophotometer according to FIG. 1,

F i g. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Teils des Spektralphotometers nach den F i g. I und 2,
Fig.4 eine Schnittansicht durch die Ausführungsform des Spektralphotometers nach F i g. 3 entlang der Linie 4-4 in F i g. 3,F i g. 3 is a partially sectioned side view of part of the spectrophotometer according to FIGS. I and 2,
4 shows a sectional view through the embodiment of the spectrophotometer according to FIG. 3 along line 4-4 in FIG. 3,

Fig.5 eine Querschnittsansicht durch die Aiisführungsform des Spektralphotometers nach F i g. 3 entlang der Linie 5-5 dieser Fig. 3,5 shows a cross-sectional view through the embodiment of the spectrophotometer according to FIG. 3 along the line 5-5 of this FIG. 3,

F i g. 6 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Steuereinrichtungen für das Spektralphotomcter.
Im einzelnen besitzt das Spektralphotomcter 10 ge-F i g. 6 shows a block diagram of an embodiment of the control devices for the spectrophotometer.
In detail, the spectrophotometer 10 has

maß F i g. 1 eine Quelle 12 für elektromagnetische Strahlungsenergie verschiedener Wellenlängen, wobei die Quelle 12 Deispielsweise eine relativ breitbandige Lampe sein kann. Beispielsweise kann eine Deuteriumlampe verwendet werden, um einen starken Strahlungsanteil im Ultraviolettbereich des Spektrums der elektromagnetischen Strahlung zu erhalten. Weiterhin können Glühlampen, Xcnonlampen, Phosphor/Quecksilber-Diinipflanipen und andere brcilbandigc Quellen für elektromagnetische Strahlungsenergie verwendet werden. measure F i g. 1 a source 12 for electromagnetic radiation energy of different wavelengths, wherein the source 12 can be, for example, a relatively broadband lamp. For example, a deuterium lamp used to generate a strong portion of radiation in the ultraviolet region of the electromagnetic spectrum Receive radiation. Incandescent lamps, xcon lamps, phosphorus / mercury diinipflanipen can also be used and other brcilbandigc sources of radiant electromagnetic energy can be used.

Das Spektralphotometer 10 weist ferner einen Monochromator 14 auf, der die von der Quelle 12 ausgehende Strahlung empfängt und sie zu einem Spektrum 16 dispergiert. In F i g. 1 ist als Monochromator 14 ein konkav gekrümmtes Beugungsgitter mit einer konkaven Spiegelfläche 20 vorgesehen, auf der die erforderlichen, dicht nebeneinanderliegenden Gitterlinien vorgesehen sind. Beispielsweise kann als Monochromator 14 ein Holographiespektrometergitter des Typs 12 HlO der Fa. J. Y. Optical, Metuchen, New Jersey, USA, verwendet werden.The spectrophotometer 10 also has a monochromator 14, the output from the source 12 Receives radiation and disperses it into a spectrum 16. In Fig. 1 is a concave monochromator 14 curved diffraction grating provided with a concave mirror surface 20 on which the required, closely spaced grid lines are provided. For example, a monochromator 14 can be used Holographic spectrometer grating of the type 12 H10 from J. Y. Optical, Metuchen, New Jersey, USA, was used will.

Anstelle des Beugungsgitters können für der Monochromator auch andere äquivalente Mittel, wie z. B. ein Interferenzfilter oder ein Prisma verwendet werden.Instead of the diffraction grating you can use the monochromator also other equivalent means, such as. B. an interference filter or a prism can be used.

Im Idealfall ist die Quelle 12 eine punktförmige Quelle für elektromagnetische Strahlungsenergie. In Wirklichkeit besitzt die Quelle 12 endliche Abmessungen, so daß die Strahlung beispielsweise durch eine Blende 22 mit kreisförmiger öffnung abgestrahlt wird. Der Küvettenraum 24 besitzt üblicherweise eine kreisrunde Öffnung mit einem Durchmesser von etwa 1 mm, durch die die von dem Monochromator 14 ausgehende Strahlung eintritt. Das Spektrum i6 kann ein Spektrum erster Ordnung sein, welche durch das Gitter erzeugt wird. Der Küvettenraum 24 würde in diesem Fall von einem schmalen Band des Spektrums 16 getroffen, so daß dieses Band das zu analysierende Material durchlaufen würde. Die Absorptionseigenschaften des zu analysierenden Materials im Küvettenraum 24 werden dann von Dctektoreinri.htungen bzw. einem Registriergerät 26 aufgezeichnet.Ideally, the source 12 is a point source for electromagnetic radiation energy. In reality the source 12 has finite dimensions so that the radiation is emitted, for example, through a diaphragm 22 with a circular opening. The cuvette room 24 usually has a circular opening with a diameter of about 1 mm, through which the radiation emanating from the monochromator 14 enters. The spectrum i6 can be a first order spectrum which is generated by the grid. The cuvette space 24 would in this case by a hit a narrow band of the spectrum 16, so that this band pass through the material to be analyzed would. The absorption properties of the material to be analyzed in the cuvette space 24 are then determined by Dctektoreinri.htungen or a recording device 26 recorded.

Lösungen von Stoffen absorbieren bei unterschiedlichen Bereichen bzw. Bändern des elektromagnetischen Spektrums unterschiedliche Mengen von Photonen. Es ist also wesentlich, das Absorptionsvermögen für unterschiedliche ausgewählte Bänder des spektrums 16 zu untersuchen und die ausgewählten Bänder des Spektrums 16, die jeweils durch ihre Bandmittenfrequenz bei 28, 30 und 32 definiert sind, so schmalbandig wie möglich zu machen. Auf diese iVeise ist es möglich, mit dem Registriergerät 26 eine wohl definierte Absorptionscharakteristik aufzuzeichnen, welche zur quantitativen und qualitativen Analyse mehrerer unbekannter Stoffe im Küvettenraum 24 außerordentlich nützlich ist.Solutions of substances absorb in different areas or bands of the electromagnetic Different amounts of photons in the spectrum. So it is essential to have the absorption capacity for different examine selected bands of the spectrum 16 and the selected bands of the spectrum 16, which are each defined by their band center frequency at 28, 30 and 32, as narrow-banded as possible close. In this way it is possible with the recording device 26 to have a well-defined absorption characteristic to record which for the quantitative and qualitative analysis of several unknown substances in the Cuvette space 24 is extremely useful.

Es ist zu beachten, daß das Registriergerät 26 gegebenenfalls den übertragenen Strahl 36 mit einem Referenzslrahl vergleichen kann. Entsprechende Zweistrahl-Spektralphotometer sind dem Fachmann wohl bekannt.It should be noted that the recorder 26 may match the transmitted beam 36 with a reference beam can compare. Corresponding two-beam spectrophotometers are well known to the person skilled in the art.

Das Spektralphotometer 10 kann außerdem Strahl-Lcnkeinrichtungen aufweisen, damit das Spektrum 16 mit seinen die Bandmittenfrequenzen bei 28,30 und 32 aufweisenden Bändern auf den Küvettenraum 24 und das Registriergerät 26 ausgerichtet werden kann. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 dient das Beugungsgitter gleichzeitig als Monochromator 14 und als Lenkeinrichtung 38. ohne daß zusätzliche optische Einrichtungen erforderlich s\fi. Wenn als Monochromator 14 ein Prisma oder ein Interferenzfilter verwendet wird, so können Lenkeinrichtungen 38 in Form einer Linse, eines Spiegels, eines Prismas oder dergleichen verwendet werden.The spectrophotometer 10 can also have beam steering devices so that the spectrum 16 with its bands having the band center frequencies at 28, 30 and 32 can be aligned with the cuvette space 24 and the recording device 26. In the embodiment according to FIG. 1, the diffraction grating serves simultaneously as a monochromator 14 and as a steering device 38, without the need for additional optical devices . If a prism or an interference filter is used as the monochromator 14, then steering devices 38 in the form of a lens, a mirror, a prism or the like can be used.

Fig.3 zeigt eine Ausführungsform einer Gitteranordnung 18, welche gleichzeitig als Monochromator 14 und als Strahl-Lenkeinrichtung 38 dient Im einzelnen weist die Ciitteranordnung 18 ein Gitter 40 auf, dessen Gittcrlinicn 42 für einen slark vergrößerten Bereich 443 shows an embodiment of a grid arrangement 18, which simultaneously serves as a monochromator 14 and as a beam steering device 38. In detail the citter arrangement 18 has a lattice 40, the lattice lines 42 of which for a region 44 that is slightly enlarged

ίο des Gitters 40 dargestellt sind. Die Oberfläche 46 des Gitters 40 ist schwach konkav und verspiegelt Das Gitter 40 ist bezüglich einer Achse 47 schwenkbar, wie dies weiter unten noch erläutert wird. Die Anzahl der Gitterlinien pro cm beträgt im allgemeinen zwischen 4000 und 12 000. Sie ist natürlich von dem Bereich des elektromagnetischen Spektrums abhängig, welcher für die Analyse verwendet wird.ίο of the grid 40 are shown. The surface 46 of the Grating 40 is slightly concave and mirrored. The grating 40 is pivotable with respect to an axis 47, like this will be explained further below. The number of grid lines per cm is generally between 4000 and 12,000. It depends, of course, on the region of the electromagnetic spectrum which is used for analysis is used.

Bei einer Ausführungsform weist das Spektralphotometer 10 eine geschlossene Regelschleife mii Servostelleinrichtungen 48 für die Einstellung des Gitters 40 der Gitteranordiiung 18 auf. Fig.2 zeij»t in Form eines Blockdiagramms die Regelschleife m,i -Jen Stelleinrichtungen 48. Es ist ein Sensor 50 vorgesehen, welcher die Position des Gitters 40 bezüglich der Achse 47 erfaßt und in ein entsprechendes Signal auf einer Leitung 56 umsetzt Ein Fehlerverstärker bzw. Komparator 58 vergleicht dus Ausgangssignal des Sensors 50 auf der Leitung 56 mit dem Ausgangssignal auf einer Leitung 60, welche mit Positionseinstelleinrichtungen 62 verbunden ist Ein Fehlersignal auf einer Ausgangsleitung 64 des Komparators 58 aktiviert einen Servomotor 66, der das Gitter 40 so lange verschwenkt, bis das Fehlersignal zu Null wird. Mit Hilfe der Positionseinstelleinrichtungen 62 werden also die Stellung des Gitters 40 und damit das Band des Spektrums 16 bestimmt, welches für die Durchführung eines Meßvorgangs in den Küvettenraum 24 eintritt. (In Fig. 1 ist dasjenige Band mit der Mittenfrequenz bei 30 auf den Küvettenraum 24 gerichtet.) Es hat sich gezeigt, daß bei einem Verschwenken des Gitters 40 der Gitteranordnung 18 über einen Bogen von 25° ein Spektrum erster Ordnung zur Verfügung steht, dessen Wellenlängen von 195 bis 700 nm reichen. Es können unterschiedliche Monochromatoren 14 verwendet werden, um unterschiedliche Bereiche des elektromagnetischen Spektrums zu überdecken, welches für eine Analyse der Probe in dem Küvettenraum 24 erforderlich ist. Die Bandbreite des Bandes mit der Bandmittenfrequenz bei 30, welches den Küvettenraum 24 trifft, sollte etwa 7 nm betragen. Weiterhin können die Positionseinstelleinrichtungen 62 einen Mikroprozessor umfassen, so daß die Ausrichtung des Gitters 40 und damit die Bandmittenfrequenz des den Küvettenraum 24 erreichenden bzw. passierenden Bandes de» Spektrums der elektromagnetischen Strahlung schnell geändert werden kann. Beispielsweise ist es mit Hilfe des Spektralphotorr^.ters 10 möglich, dem Küvetiepraum 24 innerhalb einer Sekunde Strahlung aus fünf verschiedenen Bändern zuzuführen und die Absorptionseigenschaften zu ermitteln. Dieses Merkmai ist dann wichtig, wenr. die zu analysierenden Komponenten den Küvettenraum 24 mit vorgegebener Geschwindigkeit durchfließen.In one embodiment, the spectrophotometer 10 has a closed loop control with servo actuators 48 for the adjustment of the grid 40 of the grid arrangement 18. Fig.2 shows in the form of a Block diagram of the control loop m, i -Jen adjusting devices 48. A sensor 50 is provided, which the The position of the grid 40 with respect to the axis 47 is detected and converted into a corresponding signal on a line 56 converts An error amplifier or comparator 58 compares the output signal of the sensor 50 on the line 56 with the output signal on a line 60, which is connected to position adjusting devices 62 is An error signal on an output line 64 of the comparator 58 activates a servo motor 66, which the Grid 40 pivoted until the error signal becomes zero. With the help of the position setting devices 62 the position of the grating 40 and thus the band of the spectrum 16 are determined, which for the Carrying out a measurement process enters the cuvette space 24. (In Fig. 1, the tape with the Center frequency at 30 directed to the cuvette space 24.) It has been shown that when pivoting of the grating 40 of the grating arrangement 18 provides a spectrum of the first order over an arc of 25 ° whose wavelengths range from 195 to 700 nm. Different monochromators can be used 14 can be used to cover different areas of the electromagnetic spectrum, which for an analysis of the sample in the cuvette space 24 is required. The bandwidth of the tape with the Band center frequency at 30, which hits the cuvette space 24, should be about 7 nm. Furthermore you can the position adjusters 62 include a microprocessor so that the orientation of the grid 40 and thus the band center frequency of the band reaching or passing through the cuvette space 24 de » Electromagnetic radiation spectrum can be changed quickly. For example it is with help of the Spectrophotorr ^ .ter 10 possible, the Küvetiepraum 24 supply radiation from five different bands within one second and the absorption properties to investigate. This feature is then important if. the components to be analyzed flow through the cuvette space 24 at a predetermined speed.

Der Sensor 50 weist gemäß einer Auiführungsform, wie die F i g. 3 und 5 zeigen, einen Erreger (Strahler) bzw. eine Sensorplatte 68 auf, um ein Standardsignal zu erzeugen. Wie die Zeichnung zeigt, kann dieses Standardsignal ein elektrisches Feld sein. Ein Codierer bzw. ein leitfähiges Element 70 empfängt die Signale des Er-According to one embodiment, the sensor 50 has, as shown in FIG. 3 and 5 show an exciter (emitter) or a sensor plate 68 to generate a standard signal. As the drawing shows, this standard signal can be an electric field. An encoder or a conductive element 70 receives the signals of the

regers und wandelt sie in ein elektrisches Signal 56 um (die auf den Leitungen 56,60 und 64 in F i g. 2 laufenden Signale werden nachstehend der Einfachheit halber als Signale 56, 60, 64 bezeichnet), welches als Eingangssignal für den Komparator 58 dient.Reger and converts it into an electrical signal 56 to (the g on lines 56,60 and 64 in F i. 2 the current signals of simplicity, hereinafter referred to as signals 56, 60, 64) which as an input signal for the comparator 58 serves.

Eine Abschirmung 74, welche auf einer Achse 76 montiert ist, blockiert das Ausgangssignal des Erregers 68 selektiv, um ein Signal wechselnder Stärke zu erzeugen. Wie F i g. 5 zeigt, weist der Codierer 70 eine Oberfläche 78 mit alternierend aufeinander folgenden elektrisch leitfähigen Bereichen 80, 82, 84 und 86 und geerdeten elektrisch leitfähigen Bereichen 88, 90, 92 und 94 auf. Die Abschirmung 74 ist so aufgebaut, daß mehrere feste Bereiche 96,98, 100 und 102 vorgesehen sind, die voneinander jeweils durch einen Zwischenraum getrennt sind, welcher das elektrische Feld von dem Erreger 68 nicht blockiert. Die festen Bereiche 96, 98, 100 und 102 können also das von dem Erreger 68 ausgehende Feld vollständig blockieren. Andererseits führt eine relativ schwache Drehung der Abschirmung 74 dazu, daß der Codierer ein elektrisches Feld von dem Erreger 68 empfangen kann. Man erkennt, daß die Stärke des Signals 56 umso größer ist. je größer die Teile der elektrisch leitfähigen Bereiche 80 bis 86 sind, welche dem von dem Erreger 68 ausgehenden elektrischen Feld ausgesetzt sind. Ein weiterer leitfähiger Bereich 104, welcher am Umfang des Codierers 70 liegt, wird in seiner Funktion weiter unten noch näher erläutert.A shield 74 mounted on an axle 76 selectively blocks the output of the exciter 68 to produce a signal of varying strength. Like F i g. 5 shows, the encoder 70 has a surface 78 with alternately successive electrically conductive areas 80, 82, 84 and 86 and grounded electrically conductive areas 88, 90, 92 and 94 . The shield 74 is constructed in such a way that a plurality of solid areas 96, 98, 100 and 102 are provided, each of which is separated from one another by a gap which does not block the electric field from the exciter 68. The fixed areas 96, 98, 100 and 102 can therefore completely block the field emanating from the exciter 68. On the other hand, a relatively slight rotation of the shield 74 results in the encoder being able to receive an electric field from the exciter 68. It can be seen that the strength of the signal 56 is the greater. the larger the parts of the electrically conductive regions 80 to 86 which are exposed to the electric field emanating from the exciter 68. Another conductive area 104, which lies on the circumference of the encoder 70 , is explained in more detail below in terms of its function.

Aus F i g. 3 wird ferner deutlich, daß der Sensor 50 an einer Platte 116 mittels Schrauben 118,120 und Distanzhülsen 122, 124 befestigt ist. Die Abschirmung 74 ist ferner mittels einer Schraube 126 an der Achse 76 befestigt. Das Gitter 40 ist in einem Rahmen 128 befestigt. Der untere Teil des Rahmens 128 ist mittels Schrauben 132, 134 an einem Block 130 befestigt. Der obere Teil des Rahmens 128 ist mittels Schrauben 138, 140 an einem Block 136 befestigt. Der Block 136 ist einstückig mit einer Welle 142 verbunden oder an dieser mitteis einer Schraube 144 lösbar befestigt.From Fig. 3 is further clear that the sensor 50 is secured to a plate 16 by means of screws 1 1 18.120 and spacer sleeves 122, 124th The shield 74 is also fastened to the axle 76 by means of a screw 126. The grid 40 is fastened in a frame 128. The lower part of the frame 128 is attached to a block 130 by means of screws 132, 134. The upper part of the frame 128 is attached to a block 136 by means of screws 138, 140. The block 136 is connected in one piece to a shaft 142 or is detachably fastened to it by means of a screw 144.

Der Servomotor 66 kann einen starren Rahmen 146 aufweisen, der beispielsweise aus Aluminium bestehen kann. Auf dem Rahmen 146 ist eine Wicklung 148 vorgesehen. Im Inneren des mit der Wicklung versehenen Rahmens 146 ist ein Polstück 150 mittels Schrauben 152, 154 eingepaßt. Permanentmagnete 156 und 158 führen zu einer Wechselwirkung mit einem eine Bewegung induzierenden Signal, d. h. mit dem magnetischen Feld, welches entsprechend dem Fehlersignal 64 von dem die Wicklung tragenden Rahmen 146 erzeugt und übertragen wird. Ein zylindrisches Element 164 ist mittels Schrauben 166 und 168 und Muttern 170, 172 zwischen Platten 160 und 162 festgelegt. Weiterhin ist die Platte 162 an einer Platte 174 mittels Schrauben 178 und 180 befestigt Eine Spulenhalterung 182 ist einstückig mit einem Element 184 verbunden, das am Rahmen 146 befestigt isL Über die Welle 142 und den eine Spule tragenden Rahmen 146 kann somit eine Bewegung des Gitters 40 und der Abschirmung 74 herbeigeführt werden. Das Gitter 40 wird von zwei Blattfedern 186 und 188 gehaltert, die im Abstand voneinander längs der Achse 46 angeordnet sind. F i g. 4 zeigt, wie die Blattfeder 186 befestigt ist, wobei zu beachten ist, daß die Blattfeder 188 beim Ausführungsbeispiel in der gleichen Weise befestigt ist. Im einzelnen ist die Blattfeder 186 an dem Block 136 und am oberen Teil des Rahmens 128 mittels Schrauben 138 bzw. 140 befestigt. Der Block 136 und der obere Teil des Rahmens 128 sind also gemeinsam mit dem Gitter 40 und dem Rahmen 146 beweglich.The servo motor 66 can have a rigid frame 146 , which can consist of aluminum, for example. A winding 148 is provided on the frame 146. Inside the winding frame 146 , a pole piece 150 is fitted by means of screws 152, 154. Permanent magnets 156 and 158 lead to an interaction with a signal which induces a movement, that is to say with the magnetic field which is generated and transmitted by the frame 146 carrying the winding in accordance with the error signal 64. A cylindrical member 164 is secured between plates 160 and 162 by bolts 166 and 168 and nuts 170, 172 . Furthermore, the plate 162 secured to a plate 174 by screws 178 and 180. A coil holder 182 is integrally connected to a member 184 on the frame 146 attached ISL the shaft 142 and a coil-supporting frame 146 can thus movement of the grid 40 and the shield 74 are brought about. The grid 40 is supported by two leaf springs 186 and 188 which are arranged at a distance from one another along the axis 46. F i g. 4 shows how the leaf spring 186 is attached, it being noted that the leaf spring 188 is attached in the same manner in the exemplary embodiment. In particular, the leaf spring 186 is attached to the block 136 and to the upper part of the frame 128 by means of screws 138 and 140 , respectively. The block 136 and the upper part of the frame 128 are therefore movable together with the grid 40 and the frame 146.

Die Blattfeder 186 ist außerdem mittels Schrauben 192 und 194 zwischen dem Block 1% und der Platte 174 befestigt. Der Block 196 und die zwischen ihm und dem Gehäuse 174 festgelegte Blattfeder 186 sind also tinbeweglich. Das Gitter 40 der Gitteranordnung 18 ist bezüglich der Schwenkachse 47 schwenkbar, wobei die Schwenkbewegung geringfügig von einer axialen Drehbewegung abweicht. Es hat sich gezeigt, daß d;se Abweichung die Genauigkeit, mit der das Band mit derThe leaf spring 186 is also fastened between the block 1% and the plate 174 by means of screws 192 and 194. The block 196 and the leaf spring 186 fixed between it and the housing 174 are thus tin-movable. The grid 40 of the grid arrangement 18 is pivotable with respect to the pivot axis 47 , the pivoting movement deviating slightly from an axial rotary movement. It has been found that this deviation reduces the accuracy with which the tape with the

ίο Bandmittenfrequenz bei 30 zum Küvettenraum 24 projiziert wird, nicht beeinflußt, da die Schwenkbewegung insgesamt nur über einen relativ kleinen Bogen b/.w. Winkel erfolgt, während alle Bänder des Spektrums 16 bezüglich des Küvettenraums 24 ausgerichtet werden.ίο Band center frequency projected at 30 to cuvette space 24 is not affected, since the pivoting movement overall only over a relatively small arc b / .w. Angle occurs while all of the bands of the spectrum 16 are aligned with respect to the cuvette space 24.

Es ist zu beachten, daß die den unteren Teil des Gitters 40 tragende Blattfeder 188 ebenfalls einen festgelegten Bereich aufweist, welcher mittels Schrauben 200 und 202 zwischen dem Block 198 und der Platte 166 festgelegt ist. Der Teil der Blattfeder 188, welcher /wischen dem Block i3ö und dem Rahmen 128 festgelegi ist. ist dagegen beweglich. Auf diese Weise ergibt sich eine Halterung für das Gitter 40 der Gittcranordnung 18. welche einer Schwenkbewegung nur einen sehr geringen Reibungswiderstand entgegensetzt. Das Gitter 40 kann folglich innerhalb sehr kurzer Zeitintervalle in eine vorgegebene Stellung bewegt werden.It should be noted that the leaf spring 188 supporting the lower part of the grid 40 also has a fixed area which is fixed between the block 198 and the plate 166 by means of screws 200 and 202 . That part of the leaf spring 188 which is fixed between the block and the frame 128. on the other hand is mobile. This results in a holder for the grid 40 of the grid crane arrangement 18 which opposes a pivoting movement only with a very low frictional resistance. The grid 40 can consequently be moved into a predetermined position within very short time intervals.

Die Ausbildung des Sensors 50 (Fig. 2) erfolgt im einzelnen so, wie dies in F i g. 6 gezeigt ist. Gemäß dem dort gezeigten Schaltbild wird der Erreger 68 aus einer Spannungsquelle für eine Sinusspannung, beispielsweise aus einem Oszillator 204 gespeist. Das sinusförmige Signal wird kapazitiv mit der leitfähigen Oberfläche 78 und dem leitfähigen Bereich 104 des Codierers 70 gekoppelt. Dabei ist zu beachten, daß der leitfähige Bcreich 104 außerdem des »Schattens« der Abschirmung 74 liegt. Die Amplitude der elektrischen Signale vom Bereich 104 ist konstant, während die Amplitude der elektrischen Signale von der Platts 80 der Position der Abschirmung 74 proportional ist. Anschlüsse 108 und 110 (Fig. 5) leiten die elektrischen Signale von der Oberfläche 78 bzw. dem Bereich 104 ab. Die Signale an den Anschlüssen 112 und 114 werden gegen Erde gemessen. The formation of the sensor 50 (FIG. 2) takes place in detail as shown in FIG. 6 is shown. According to the circuit diagram shown there, the exciter 68 is fed from a voltage source for a sinusoidal voltage, for example from an oscillator 204. The sinusoidal signal is capacitively coupled to conductive surface 78 and conductive area 104 of encoder 70 . It should be noted that the conductive area 104 is also the "shadow" of the shield 74 . The amplitude of the electrical signals from region 104 is constant, while the amplitude of the electrical signals from plate 80 is proportional to the position of shield 74. Terminals 108 and 110 (FIG. 5) derive the electrical signals from surface 78 and area 104, respectively. The signals at terminals 112 and 114 are measured to ground.

Die Signale von dem leiifähigcn Bereich 104 und der leitfähigen Oberfläche 78 werden durch Betätigung von Schaltern 208 und 210 alternierend einem Wechselstromverstärker 206 zugeführt. Die Signale "vom Ausgang 212 des Wechselstromverstärkers 206 werden von einem Detektor 214 gleichgerichtet und verstärkt. DasThe signals from the conductive area 104 and the conductive surface 78 are alternately supplied to an AC amplifier 206 by actuation of switches 208 and 210. The "signals" from the output 212 of the AC amplifier 206 are rectified and amplified by a detector 214

so Ausgangssignal des Detektors 214 wird Schaltern 216 und 218 zugeführt, welche synchron mit den Schülern 208 und 210 arbeiten. Die Schalter 208 und 216 schalten gemeinsam ein und aus, wie dies auch für die Schalter 210 und 218 gilt. Ein Frequenzteiler 220 liefert komplementäre Signale auf Leitungen 222 und 224, welche den synchronen Betrieb der Schalter 208, 210, 216 und 218 steuern. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Größe des Signals an der Sensorplatte 80 die Größe des Positionssignals 56 steuert. Gleichstromverstärker 226, 228 und 230 verstärken die Signale von dem Detektor 214, dem Schalter 216 und dem Schalter 218.Thus, the output of the detector 214 is fed to switches 216 and 218 , which operate in synchronism with the students 208 and 210. Switches 208 and 216 switch on and off together, as does switches 210 and 218. A frequency divider 220 provides complementary signals on lines 222 and 224 which control the synchronous operation of switches 208, 210, 216 and 218 . In this way it is achieved that the size of the signal on the sensor plate 80 controls the size of the position signal 56. DC amplifiers 226, 228, and 230 amplify the signals from detector 214, switch 216, and switch 218.

Die Schaltung gemäß F i g. 6 liefert am Ausgang 232 des Gleichstromverstärkers 230 ein Referenzsignal 232, das den Positionseinstelleinrichtungen 62 zur Kompensation einer Drift zugeführt werden kann. Eine derartige Korrektur ist dem Fachmann wohlbekannt. Eine Scha! tung 234 zur automatischen Verstärkungsregelung dieni der Stabilisierung des Referenzsignals am Ausgang 232The circuit according to FIG. 6 supplies a reference signal 232 at the output 232 of the direct current amplifier 230, which reference signal 232 can be fed to the position setting devices 62 to compensate for a drift. Such a correction is well known to those skilled in the art. A shame! Device 234 for automatic gain control serves to stabilize the reference signal at output 232

durch Einstellung der Verstärkung des Gleichstromversliirkcrs206. by adjusting the gain of the DC converter 206.

Beim Arbeiten mit dem Spektralphotometer stellt der Benutzer mit Hilfe der F.instellcinrichtungen 62 die richtige Lage des Gitters der Gitteranordnung 18 ein. Der i'C'hlerverstärker bzw. Komparator 58 erzeugt daraufhin ein Fehlcrsignal, durch welches der Servomotor 66 der Scrvostclleinrichtungen betätigt wird. Dabei dreht der Rinnen 146 die Achse 142 und richtet gleichzeitig das Gitter 40 der Gitteranordnung 18 aus. Außerdem erzeugt der Sensor 50 das Ausgangssignal 56 für den Komparator 58. Das Ausgangssignal 56 dei Sensors 50 stimmt nach Erreichen der eingestellten Position mit dem Ausgangssignal 60 der Einstelleinrichtungen 62 übcrcin, so daß das Fehlersignal 64 am Ausgang des Komparators 58 den Servomotor 66 zum Stillstand kommen läßt. Nunmehr wird dem Küvettenraum 24 das gewünschte Frequenzband des Spektrums 16 zugeführt, so daß die Absorption des zu untersuchenden MediumsWhen working with the spectrophotometer, the user sets the correct one with the aid of the adjustment devices 62 Position of the grid of the grid arrangement 18 a. The processor amplifier or comparator 58 then generates an error signal by which the servo motor 66 of the control devices is operated. It rotates of the grooves 146 the axis 142 and aligns at the same time the grid 40 of the grid assembly 18 from. In addition, the sensor 50 generates the output signal 56 for the Comparator 58. The output signal 56 of the sensor 50 agrees after the set position has been reached the output signal 60 of the setting devices 62 so that the error signal 64 at the output of the Comparator 58 lets the servomotor 66 come to a standstill. The cuvette space 24 is now the desired frequency band of the spectrum 16 supplied, so that the absorption of the medium to be examined

1.MtIIlIVIt ItriU WIK ri.lglVtt.ll Kit! VIIIVIII UVl.UgJJIgltUI lltll* £U tcls des Registriergeräts 26 durchgeführt werden kann. Die Positionseinstelleinrichtungen 62 können dabei so programmiert sein, daß sie für die Durchführung einer Analyse innerhalb eines kurzen Zeitintervalls eine Anzahl vorgegebener Einstellungen herbeiführen, bei denen Jie Probe mit einem vorgegebenen Frequenzband des zur Verfugung stehenden Spektrums durchleuchtet wird. 1.MtIIlIVIt ItriU WIK ri.lglVtt.ll Kit! VIIIVIII UVl.UgJJIgltUI lltll * £ U tcls of the recorder 26 can be performed. The position setting devices 62 can be programmed in such a way that they bring about a number of predefined settings within a short time interval for carrying out an analysis, in which the sample is transilluminated with a predefined frequency band of the available spectrum.

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

5555

6060

6565

Claims

Claim:
Spectrophotometer

- with a source of electromagnetic radiation energy, directed at a rehearsal,

- With detector devices for receiving and generating radiant energy from the sample an output signal proportional to this,

- With a grille which can be pivoted in the radiant energy path and which has a mechanism to fan out the radiation into a spectrum and to change the wavelength of the to the radiation energy reaching the detector devices forms,

- With measuring devices for monitoring the position of the grid and generating a signal proportional to this position,

- with on 3as the sensor signal and a target position signal responsive actuating devices 3! iir control of the relative position of the grid in the radiant energy path,

- and with devices for a swiveling bracket of the grid,