DE3327551A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung mittels photometerkugeln - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur messung mittels photometerkugeln

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DE3327551A1 DE19833327551 DE3327551A DE3327551A1 DE 3327551 A1 DE3327551 A1 DE 3327551A1 DE 19833327551 DE19833327551 DE 19833327551 DE 3327551 A DE3327551 A DE 3327551A DE 3327551 A1 DE3327551 A1 DE 3327551A1
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Wolfgang Dipl.-Phys. Dr. 7770 Überlingen Witte
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Bodenseewerk Perkin Elmer and Co GmbH
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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4738Diffuse reflection, e.g. also for testing fluids, fibrous materials
    • G01N21/474Details of optical heads therefor, e.g. using optical fibres
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00Features of devices classified in G01N21/00
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Description

  • Verfahren urid Vorrichtung zur Messung mittels
  • Photometerkugeln Die Erßiiidung betrifft ein Verfahren zur Messung diffuser Reflexion oder diffuser Transmission einer Probe im Zweistrahlbetrieb mittels Photometerkugeln, die mit funktionell bedingten Kugelöffnungen versehen ist und eine Probe und eine Referenzprobe enthält.
  • Photometerkugeln dienen dazu, den von einer Probe diffus reflektierten oder diffus durchgelassenen Gesamtlichtstrom zu erfassen, also praktisch das reflektierte Licht über den Halbraum zu integrieren. Die mehr oder weiniger gleichmäßig diffus reflektierende Probe und die Vergleichsprobe sitzen dabei vor je einer Öffnung der Photometerkugel. Sie werden von außen (Transmissionsmessung) oder durch je eine andere Öffnung der Photometerkugel hindurch (Reflexions-Messung) beleuchtet.
  • Vor einer weiteren Öffnung der Photometerkugel ist ein Photodetektor angeordnet. Bei solchen Photometerkugeln treten gewisse systematische Meßfehler auf.
  • Ein solcher Meßfehler ist der "Kugelfehler" (vgl.
  • Kortüm "Reflektionsspektroskopie - Grundlagen, Methodik, Anwendungen" Springer-Verlag 1969, Seite 225 bis 227).
  • Dieser Kugelfehler wird dadurch hervorgerufen, daß die Fläche, an welcher das diffus reflektierte Licht wieder mehrfach reflektiert und dadurch gemittelt wird, nicht nur die weiß reflektierende Innenfläche der Photometerkugel enthält sondern auch die Öffnung mit der Probe sowie die Eintritts- und die Austrittsöffnung der Strahlung. Dieser Kugelfehler wird im üblichen Zweistrahlbetrieb eliminiert.
  • Es zeigt sich nun, daß auch im Zweistrahlbetrieb bei Verwendung von Photometerkugeln ein weiterer systematischer Meßfehler auftritt, wenn die Reflexion bzw. Transmission der Probe vom Lambertschen Kosinusgesetz abweicht. Bei einer solchen Abweichung der Reflexion oder Transmission vom Lambertschen Kosinusgesetz wird z.B. die Strahlung von einem Punkt einer reflektierenden Probe nicht gleichmäßig nach allen Richtungen reflektiert. Wenn man einmal annimmt, daß die Probe bevorzugt in die Richtung einer der funktionell bedingten Kugelöffnungen reflektiert, also beispielsweise in die Richtung der Eintrittsöffnung des Beleuchtungslichtbündels, dann geht durch diese Kugelöffnung überproportional viel Strahlung verloren, also mehr Strahlung, als dem vorerwähnten Kugelfehler entsprechen würde. Dieser Fehler wird auch bei Zweistrahlbetrieb nicht eliminiert.
  • Allerdings muß nicht unbedingt jede Kugel öffnung fehlerempfindlich sein, d.h. bei einer nicht dem Lambertschen Kosinusgesetz gehorchenden Probe einen Meßfehler erzeugen. Liegt z.B. der Detektor in der Kugelwand, so daß seine empfindliche Fläche geometrisch wenigstens annähernd einen Teil der Kugelwand bildet, und ist der Detektor gegen eine direkte Bestrahlung von der Probe durch einen weißen Scir abgeschat-tet, dann erzeugt die Detektoröffnung in der Kugelwand keinen Meßfehler.
  • Die Öffnungen zum Anlegen einer reflektierenden Probe und einer reflektierenden Vergleichsprobe sind in keinem Fall fehlerempfindliche Öffnungen.
  • Der lJrfinclullg liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Messung diffuser Reflexion oder diffuser Transmission mittels Photometerkugeln Integrationsfehler zu eliminieren, die durch Abweichungen der Reflexion bzw.
  • Transmission der Probe vom Lambertschen Kosinusgesetz bedingt sind.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Eliminierung des Integrationsfehlers, der durch Abweichungen der Reflexion bzw. Transmission der Probe vom Lambertschen Kosinusgesetz bedingt ist, (a) zu jeder fehlerwirksamen Kugelöffnung der Photometerkugel jeweils eine zusätzliche Fläche, die von der Probe aus im wesentlichen unter dem gleichen Winkel erscheint wie die besagte Kugelöffnung, einmal weiß reflektierend und einmal nichtreflektierend gemacht wird und (b) mit reflektierenden und nichtreflektierenden zusätzlichen Flächen je ein Meßwert des Reflexions- bzw. Transmissionsvermögens erzeugt wird, (c) wobei aus den beiden dabei erhaltenen Meßwerten des Reflexions- bzw. Transmissionsvermögens und den Fächenverhäitnissen der Kugelöffnung bzw.
  • der zustzlichen Fläche zur Innenfläche der Kugel ein korrigiertes Reflexions- bzw. Transmissionsvermögen bestimmbar ist.
  • Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Gegenstand von Patentanspruch 4. Ausgestaltungen der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche 5 bis 16.
  • Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert: Fig. 1 zeigt schematisch eine bekannte Anordnung zur Zweistrahlmessung mit einer Photometerkugel.
  • Fig. 2 zeigt einen Teil einer Photometerkugel mit einer Kugelöffnung und einer zusätzlichen Öffnung, wobei die zusätzliche Öffnung weiß reflektierend abgedeckt ist.
  • Fig. 3 zeigt die Anordnung von Fig. 1 bei nichtreflektierender zusätzlicher Öffnung.
  • Fig. 4 zeigt im Schnitt einen Teil einer Photometerkugel mit einer wahlweise weiß reflektierend oder nichtreflektierend abdeckbaren zusätzlichen Öffnung.
  • Fig. 5 zeigt im Schnitt eine Photometerkugel zur Messung der Probenindikatrix.
  • Die zusätzliche Fläche kann eine zusätzliche Öffnung sein, die wahlweise weiß oder schwarz abgedeckt wird.
  • Hinter der zusätzlichen Öffnung kann als nichtreflektierende Abdeckung eine Lichtfalle vorgesehen sein.
  • Die zusätzliche Öffnung kann auch eine freie Öffnung sein, wenn kein Störlicht von außen eindringen kann.
  • Statt einer Öffnung kann aber auch eine schwarze Fläche vorgesehen werden, die auf der Innenseite vor die weiße Kugelwand gehalten und dann entfernt wird, so daß die Fläche einmal nicht-reflektierend erscheint und einmal die dahinterliegende Stelle der weißen Kugelwand wirksam wird.
  • Fig. 1 zeigt die an sich bekannte Anordnung einer Photometerkugel zur Reflexionsmessung im Zweistrahlverfahren.
  • Die Kugelwand 10 der Photometerkugel 1 ist mit zwei Öffnungen 2, 3 versehen, durch die ein Probenstrahl 4 und ein Vergleichs strahl 5 auf eine Probe 6 bzw. eine Referenzprobe 7 gerichtet wird. Auf die von der Probe 6 bzw. der Refercnzprobe 7 reflektierte Strahlung spricht ein Detektor 8 an, der gegenüber den Öffnungen 2, 3 und den Meß- und Referenzproben 6, 7 versetzt an der Ph ometerkugel 1 angeordnet ist, in der Darstellung von Fig. 1 oberhalb der Zeichenebene. Der Detektor 8 ist an ein bekanntes und daher hier nicht im einzelnen beschriebenes Auswrtegerät angeschlossen.
  • In Fig. 2 ist ein Schnitt durch einen Teil einer Photometerkugel 1 dargestellt. Die Kugelwand 10 trägt innen eine weiße Beschichtung 12. In der Kugelwand 10 ist eine kreisrunde Öffnung 14 gebildet. Die Öffnung 14 ist durch einen ebenfalls kreisrunden Deckel 16 verschlossen.
  • Der Deckel 16 trägt innen ebenfalls eine weiße Beschichtung 18. Der Deckel 16 ist in der Mitte mit einer kleinen kreisrunden Öffnung 20 versehen. Die Öffnung 20 dient als Eintrittsöffnung für die Primärstrahlung, die auf die Probe bzw. Referenzprobe geleitet wird.
  • Der Deckel 16 ist durch ein Scharnier 22 mit der Kugelwand 10 verbunden. Ein kleiner elastischer Knopf 24 hält den Deckel 16 an einer Nase 26 fest. Mittels eines Handgriffs 28 läßt sich der Deckel 16 öffnen und in die in Fig. 2 gezeigte Stellung herunterklappen. Jetzt wird die Öffnung 14 wirksam.
  • Der Durchmesser der Öffnung 14 ist etwa 3,3 mal größer als der Durchmesser der kleinen Öffnung 20. Die Fläche der Öffnung 14 ist dementsprechend elfmal größer als die Fläche der Öffnung 20. Es wird also eine zusätzliche Öffnung von der Größe der weißen Beschichtung 18 wirksam, die zehnmal größer ist als die Öffnung 20.
  • Dieses Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, daß die Zusatzöffnung, die praktisch von der Fläche der Beschichtung 18 ringförmig um die Öffnung 20 herum gebildet ist, von der Probe aus unter dem gleichen Winkel wie die Öffnung 20 erscheint.
  • Fig. 4 zeigt eine zusätzliche Öffnung in einer Kugelwand 30, die unter gleichem Reflexionswinkel, aber unter einem etwas anderen Azimutwinkel in bezug auf die Probe 6 erscheint als die zu simulierende Öffnung. Die zusätzliche Öffnung 32 ist durch einen-Deckel 34 verschlossen. Die eine Seite des Deckels 34 ist mit einer weißen Beschichtung 36 versehen, während die andere Seite des Deckels 34 mit einer schwarzen Beschichtung 38 versehen ist. Der Deckel 34 ist bikonkav, wobei die Krümmungsradien der Beschichtungen 36 und 38 dem Radius der Photometerkugel entsprechen. Auf der Innenseite ist die Wandung 30 wieder mit einer weißen Beschichtung 40 versehen.
  • Der Deckel 34 besitzt eine Schwenkachse 42, die oberhalb und unterhalb der Zeichenebene von Fig. 3 an der Außenwand 30 der Photometerkugel gelagert ist. An dem Deckel 34 sitzt weiterhin ein Hebel 44. Der Hebel 44 ist um 1800 zwischen zwei Anschlägen 46 und 48 verschwenkbar.
  • Wenn der Hebel, wie in Fig. 3 dargestellt, an dem Allschlag 46 anliegt, ist die weiße Beschichtung 36 des Deckels 34 wirksam. Wird der Hebel 44 um 1800 verschwenkt, so daß er an dem Anschlag 48 anliegt, bildet die schwarze Beschichtung 38 die Innenseite des Deckels.
  • Eine zylindrische Abdeckkappe 50 schützt die empfindlichen Flächen des Deckels.
  • Es wird in beiden Fällen einmal das Reflexionsvermögen der Probe mit weiß reflektierender zusätzlicher Fläche, d.h. weiß reflektierend abgedeckter zusätzlicher Öffnung 14 bzw. 32 und einmal mit nichtreflektierend abgedeckter zusätzlicher Öffnung in üblicher Weise im Zweistrahlverfahren bestimmt.
  • Es seien z fehlerempfindliche Kugelöffnung 20; z die zusätzliche Öffnung 18 = 14 minus 20 bzw. 32, 0 die der fehlerempfindlichen Kugelöffnung 20 zugeordnet ist; m das über alle Richtungen gemittelte Reflexionsvermögen der Probe; die relative Fläche der Öffnung z, normiert auf z den Wert 1 der gesamten, lückenlosen Innenfläche der Kugelwand 10; f die relative Fläche der Öffnung zO, normiert auf z den Wert 1 der gesamten, lückenlosen Innenfläche der Kugelwand 10.
  • Im Falle einer Probe 6, deren Reflexionsvermögen in der Photometerkugel 1 dem Lambertschen Kosinusgesetz genügt, treten an der fehlerwirksamen Kugelöffnung 20 Strahlllngsverluste ein. Da die Referenzprobe 7 sich gleich verhilt, sind die relativen Strahlungsverluste gleich und heben sich bei der Zweistrahlmessung durch die Verhältnisbildung heraus. Die Messung einer solchen Probe G ist daher fehlerfrei.
  • Bei einer Probe 6, die dem Lambertschen Kosinusgesetz nicht genügt, entsteht ein Integrationsfehler, der proportional z ist (solange der Reflexionsgrad im Bereich der fehlerwirksamen Kugelöffnung 20 konstant ist). Bei einer ersten Messung wird die zusätzliche Öffnung 18 = 14 minus 20 bzw. 32 weiß abgedeckt. Während einer zweiten Messung wird der Deckel 16 geöffnet bzw. der Deckel 34 um 1800 verdreht; die Öffnung 14 bzw. 32 stellt dann eine nichtreflektierende Fläche dar. Die Differenz beider Meßwerte ist dann der durch die relative Fläche E z0 bewirkte Integrationsfehler, aus dem wegen der Flächenproportionalität des Integrationsfehlers der durch die fehlerwirksame Öffnung z bewirkte, nicht direkt meßbare Integrationsfehler durch Multiplikation mit dem Faktor fz/fz z z0 erhalten wird.
  • Diese Messungen können für alle Paare von fehlerwirksamen Kugelöffnungen und diesen zugeordneten zusätzlichen Öffnungen durchgeführt werden und liefern dann einzelne Integrationsfehler, deren Summe den Gesamtfehler der Messung ergibt. Ist das Flächenverhältnis dabei für alle genannten Paare gleich, so kann der Gesamtfehler durch zwei Messungen bestimmt werden, bei denen alle zusätzlichen Öffnungen weiß bzw. nichtreflektierend abgedeckt sind. Das korrigierte Reflexionsvermögen 9 m erhält man dann nach Abzug des Gesamtfehlers. In entsprechender Weise wird bei der Bestimmung des korrigierten Transmissionsvermöqens einer Probe 6 verfahren.
  • Eine Möglichkeit zur Ermittlung der Probenindikatrix, d.i. das richtungsabhängige Reflexionsvermögen der Probe, ergibt sich durch die Anordnung weiterer Öffnungen in der Kugelwand 12, die keinen fehlerwirksamen Kugelöffnungen zugeordnet sind. Dazu wird das Reflexionsvermögen einer Probe 6 in Richtung der zusätzlichen Öffnungen bestimmt. Es seien: dQ der Integrationsfehler der der Integrationsfehler einer bestimmten zusätzlichen Öffnung Zo o der Meßwert bei reflektierender ("weißer") Abdeckung aller z0 o der Meßwert bei nichtreflektierender ("schwarzer") Abdeckung der zusätzlichen Öffnung zO ez dter ReflexioIasgrad der Probe in Richtung der zu-° sätzlichen offnung zO.
  • Bei einer ersten Messung werden alle zusätzlichen Öffnungen reflektierend abgedeckt, und es wird ein mit dem Integrationsfehler behafteter erster Meßwert erhalten. Der Integrationsfehler wird durch eine zweite Messung wie vorher beschrieben bestimmt. Während einer dritten Messung wird eine bestimmte zusätzliche Öffnung nichtreflektierend abgedeckt und bzw. für den Integrationsfehler erhalten.
  • Für den Integrationsfehler gilt weiter folgende Beziehung: Bei einer Probe 6, die dem Lambertschen Kosinusgesetz genügt, und bei einer auf den Wert 1 normierten Eintrittsintensität ist das mittlere Reflexionsvermögen der Probe 2 m , das durch die schwarz abgedeckte Öffnung z um. den Betrag e m fz verringert wird. Bei einer Probe 6, die diesem Kosinusgesetz nicht genügt, beträgt die Verringerung 9 z fz . Bei der Vergleichsmessung, für die z # m = 1 angen8mmen Bei, ist der Betrag der Verringerung f z In der Messung nach dem Zweistrahlverfahren wird daher das Verhältnis gebildet Damit ergibt sich der Integrationsfehler zu und näherungsweise da klein gegen 1 ist.
  • Für das Reflexionsvermögen der Probe in der Richtung zO ist demnach Diese Messung von 9 s kann für jede weitere zusätzliche öffnung vorgenommen werden, wobei die Größerem und 9 bereits durch die erste und zweite Messung bestimmt w wurden und f eine bekannte Apparatekonstante ist.
  • z o Eine besonders geeignete Meßanordnung zur Bestimmung der Richtungsabhängigkeit des Reflexionsgrades bzw. der Probenindikatrix ist in Fig. 5 dargestellt. Die darin abgebildete Photometerkugel 1 enthält eine Probenöffnung 61, die sich unterhalb der Zeichenebene befindet, eine (nicht sichtbare) Einstrahlungsöffnung, die sich der Probenöffnung 61 diametral gegenüberliegend oberhalb der Zeichenebene befindet, eine Vergleichsprobenöffnung 68, vor welcher eine Vergleichsprobe 70 angeordnet ist, eine Einstrahlungsöffnung 72 für ein auf die Vergleichsprobe 70 fallendes Lichtbündel, die diametral gegenüber der Vergleichsprobenöffnung 68 vorgesehen ist, und eine Detektoröffnung 74. In der Kugelwand 10 ist eine Welle 62 drehbar gelagert.
  • Auf das äußere Ende der Welle 62 ist ein Drehknopf 63 aufgesteckt, der mit einer Skala 66 zusammenwirkt, die Winkelgrade in bezug auf auf eine Nullage anzeigt. An ihrem inneren Ende ist die Welle 62 mit einem bogenförmigen Arm 64 verbunden, dessen Krümmung an die der Kugelwand 10 angepaßt ist. Der Arm 64 trägt an seinem freien Ende ein leicht gekrümmtes Flächenelement 65, das an seiner dem Inneren der Photometerkugel 1 zugekehrten Seite geschwärzt ist. Das Flächenelement 65 wird durch Betätigung des Drehknopfes 63 entlang einem Großkreis der Photometerkugel 1 bewegt. Die Skala 66 ist in der Weise ausgeführt, daß daran Reflexionswinkel abgelesen werden.
  • Das Flächenelement 65 bewegt sich über einen knappen Halbkreis von der Nähe der Probe 61 bis in die Nähe der Einstrahlungsöffnung. Die Anordnung ist so gewählt, daß der Arm 64 und das Flächenelement 65 in keiner Stellung auf diesem Halbkreis die Vergleichsprobe 70 oder die zugehörige Einstrahlungsöffnung 72 abdeckt. Der Detektor mit der Detektoröffnung 74 sitzt symmetrisch zu Probe und Vergleichsprobe 70. Beide bestrahlen den Detektor unter 45° , wie in Fig. 5 angedeutet ist.
  • Die Größe e w kann bei dieser Anordnung nicht direkt gemessen werden. Vielmehr wird stets nur die Größe Q gemessen. Mißt man aber die Größe # s auf dem ganzen Halbkreis in nicht zu großen Winkelschritten, dann ergibt sich die Größe e w als Mittelwert aller ## s . Das ergibt sich aus folgenden Uberlegungen: Zunächst wird in einer beliebigen Stellung des Flächenelements 65 der Integrationsfehler g der funktionell bedingten Kugelöffnungen in der beschriebenen Weise ermittelt. Das Flächenelement 65 beeinflußt diesen Integrationsfehler nicht. In der Gleichung (1) ist dann lediglich d g aber weder 9 w noch 9 w m bekannt.
  • Bei einer Lambertprobe, d.h. einer Probe, deren diffuse Reflexion dem Lambertschen Gesetz genügt, erzeugt das Flächenelement 65 keinen Integrationsfehler. Es wird stets direkt die Größe g m gemessen. Bei einer nicht-Lambertschen Probe dagegen erzeugt das Flächenelement 65 einen Integrationsfehler nach Maßgabe der Differenz c 9 ~ # m Es werde vorausgesetzt, daß die Indikatrix der Pr8be symmetrisch, also vom Azimutwinkel unabhängig, ist Anderenfalls muß noch durch Drehen der Probe über alle Azimutwinkel gemittelt werden. An den folgenden überlegungen ändert sich dann nichts.
  • Ist in einem gewissen Winkelbereich ç z > 9 mt absorz m biert also das Flächenelement 65 relativ viel Strahlung, was zu einem negativen Integrationsfehler führt, muß zwangsläufig in einem anderen Winkelbereich e z der Integrationsfehler also positiv sein. Andernfalls wäre die Größe ç m kein Mittelwert.
  • Der Integrationsfehler A 92 Qz ist der Differenz g z -2 m proportional. Mißt man Sie Größe 2 z an mehreren Stellen des Halbkreises, dann muß sich die Summe null ergeben, d.h. positive und negative Integrationsfehler # #zo müssen sich kompensieren. Dabei muß aber eine bestimmte Schrittfolge eingehalten werden: Das Flächenelement 65 muß auf dem Halbkreis um konstante Verschiebungsschritte bewegt werden. Der Knopf 63 muß also um konstante Winkel schritte verdreht werden. Diese konstanten Winkelschritte müssen in Drehwinkeln gerechnet werden, nicht etwa in Reflexionswinkeln, wie sie auf der nichtlinearen Skala 66 aufgetragen sind. Das wird besonders einleuchtend, wenn man das Flächenelement 65 bei jedem Schritt um seine eigene Breite verschiebt. Dann wird nacheinander der ganze Halbkreis überdeckt. Die in einem Teilbereich oder in einigen Teilbereichen des Halbkreises zu viel absorbierte Strahlung muß gleich der in einem Teilbereich oder einigen Teilbereichen zu wenig absorbierten Strahlung sein.
  • Da die Summe aller dz verschwindet, ist auch der Mittelwert aller Meßwerte 2 5 fehlerfrei bezüglich ZQ A .
  • z0 Nach Gleichung (2) folgt für den Mittelwert Es ist also e w gleich dem Mittelwert der Meßwerte g 5.
  • Es kann nun nach Gleichung (1) auch die Größe m bestimmt werden. Damit sind alle Größen für die weitere Auswertung bekannt.
  • Es ist begrifflich nicht leicht einzusehen, daß eine schwarze Fläche die gleichen Meßwerte wie eine weiße Fläche ergeben soll, wenn der Integrationsfehler dieser Fläche verschwindet. Es ist zu beachten, daß hier eine Zweistrahlmessung erfolgt. Die Proben strahlung und die Vergleichsprobenstrahlung werden von dieser Fläche gleichermaßen geschwächt (schwarz) oder nicht geschwächt (weiß), wenn # # z0 = O ist. Das hebt sich bei der 0 Quotientenbildung heraus. Ist also z0 = O, sei es bei einer Lambert-Probe oder bei der Mittelwertbildung, dann ist stets #s = # w. Man kann also # w sehr wohl allein aus den " s bestimmen, wenn man den Mittelwert bildet, für den w d z = 0 ist. Mitte z = O ist aber # Q der einzige 0 Integratl8nsfehler, und die Größe 9 m läßt sich aus der m Größe 2 w errechnen.

Claims (16)

  1. Patentansprüche Verfahren zur Messung diffuser Reflexion oder diffuser Transmission einer Probe im Zweistrahlbetrieb mittels einer Photometerkugel, die mit funktionell bedingten Kugelöffnungen versehen ist und eine Probe und eine Referenzprobe enthält, dadurch gekennzeichnet, daß zur Eliminierung des Integrationsfehlers, der durch Abweichungen der Reflexion bzw. Transmission der Probe vom Lambertschen Kosinusgesetz bedingt ist, (a) zu jeder fehlerwirksamen Kugelöffnung der Photometerkugel jeweils eine zusätzliche Fläche, die von der Probe aus im wesentlichen unter dem gleichen Winkel erscheint wie die besagte Kugelöffnung, einmal weiß reflektierend und einmal nichtreflektierend gemacht wird und (b) mit reflektierenden und nichtreflektierenden zusätzlichen Flächen je ein Meßwert des Reflexions- bzw. Transmissionsvermögens erzeugt wird, (c) wobei aus den beiden dabei erhaltenen Meßwerten des Reflexions- bzw. Transmissionsvermögens und den Flächenverhältnissen der Kugelöffnung und der zusätzlichen Fläche ein korrigiertes Reflexions- bzw. Transmissionsvermögen bestimmbar ist.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Photometerhalbkugel weitere zusätzliche Flächen ausgebildet werden, die keiner fehlerwirksamen Kugel öffnung zugeordnet sind; daß alle zusätzlichen Flächen reflektierend bzw. nichtreflektierend gemacht werden und ein erster und ein zweiter Meßwert des Reflexions- bzw. Transmissionsvermögens erzeugt wird; daß jeweils eine weitere zusätzliche Fläche nichtreflektierend und alle übrigen zusätzlichen Flächen reflektierend gemacht werden und ein dritter Meßwert für das Reflexions- bzw. Transmissionsvermögen erzeugt wird; und daß aus den drei Meßwerten und dem Flächenverhältnis der weiteren zusätzlichen Fläche zur Innenfläche der Photometerkugel das Reflexions- bzw. Transmissionsvermögen der Probe in Richtung der jeweils einen weiteren zusätzlichen Fläche bestimmbar ist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine weitere nichtreflektierende zusätzliche Fläche vorgesehen wird und diese zur Ermittlung der dritten Meßwerte entlang einem Großkreis der Photometerhalbkugel auf verschiedene Reflexionswinkel in bezug auf die Probe eingestellt wird, wobei die Auswirkung der hier nicht vorhandenen, reflektierenden Abdeckung durch Mittelwertsbildung aus allen dritten Meßwerten ermittelt wird.
  4. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-3 mit einer Photometerkugel für eine Probe und eine Referenzprobe, bei welcher die Photometerkugel funktionell bedingte Kugelöffnungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß (a) zu jeder fehlerwirksamen Kuyelöfinung (20) eine zusätzliche Fläche in der Photometerkugel (1) derart vorgesehen ist, daß sie von der Probe (6) aus im wesentlichen unter dem gleichen Winkel erscheint wie die zugehörige Kugelöffnung, (b) für jede dieser zusätzlichen Flächen eine weiß reflektierende Abdeckeinrichtung (16,34) vorgesehen ist, so daß die zusätzliche Fläche einmal weiß reflektierend und einmal nichtreflektierend erscheint.
  5. 5 D Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede zusätzliche Fläche eine zusätzliche Öffnung (32) bildet, die durch eine nichtreflektierende Abdeckvorrichtung (34) abdeckbar ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelöffnung (20) in einem Deckel (16) vorgesehen ist, welcher seinerseits eine Öffnung (14) der Photometerkugel (1) abschließt und auf seiner Innenseite (18) weiß reflektierend ausgebildet ist.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (16) türartig an der Photometerkugel (1) angelenkt und in Schließstellung arretierbar ist.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine die zusätzliche Öffnung (32) abschließende Abdeckvorrichtung (34) auf einer Seite weiß reflektierend und auf der anderen Seite nichtreflektierend ausgebildet und wahlweise mit der einen oder der anderen Seite (26,38) nach innen in der Öffnung (32) angeordnet ist.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckvorrichtung (34) um eine längs einer Symmetrieachse der Öffnung (32) verlaufende Schwenkachse um 180° verschwenkbar ist.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckvorrichtung (34) bikonkav ist mit einem dem Radius der Photometerkugel (1) entsprechenden Krümmungsradius.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß an der Abdeckvorrichtung (34) ein Schwenkhebel (44) angebracht ist, der in zwei um 1800 gegeneinander versetzten Schwenkstellungen der Abdeckvorrichtung (34) an Anschlägen (46,48) zur Anlage kommt, die auf gegenüberliegenden Seiten der Öffnung (32) auf der Außenseite der Photometerkugel vorgesehen sind.
  12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schutzkappe (50) vorgesehen ist, welche die zusätzliche Öffnung (32) und die Abdeckvorrichtung (34) in einer die Schwenkbewegung der Abdeckvorrichtung (34) zulassenden Weise umschließt.
  13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine weitere zusätzliche Fläche in der Photometerkugel (1) unter einem bestimmten Reflexionswinkel von der Probe vorgesehen ist.
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren zusätzlichen Flächen von zusätzlichen Öffnungen gebildet sind.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine weitere zusätzliche Fläche (65) vorgesehen ist, die nichtreflektierend ausgebildet und entlang einem Großkreis der Photometerkugel (1) auf verschiedene Reflexionswinkel zur Probe (6) einstellbar ist.
  16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere zusätzliche Fläche (65) am Ende eines gekrümmten Arms (64) angeordnet ist, dessen Krümmung an die der Photometerkugel (1) angepaßt ist und dessen anderes Ende drehbar in der Kugelwand (10) gelagert ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5519534A (en) * 1994-05-25 1996-05-21 The Government Of The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Department Of Health And Human Services Irradiance attachment for an optical fiber to provide a uniform level of illumination across a plane
DE102015012602A1 (de) 2015-09-26 2017-03-30 Mountain Photonics GmbH Verfahren zur referenzfreien spektralen Charakterisierung von integrierenden Sphären und der direkten Bestimmung der Reflexionseigenschaften von optischen Beschichtungen

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