DE3400296A1 - Verfahren und geraet zum messen der anregungslebensdauer einer angeregten lichtemission - Google Patents

Verfahren und geraet zum messen der anregungslebensdauer einer angeregten lichtemission

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    • H03K5/15Arrangements in which pulses are delivered at different times at several outputs, i.e. pulse distributors
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    • H03K5/1508Arrangements in which pulses are delivered at different times at several outputs, i.e. pulse distributors with more than two outputs with parallel driven output stages; with synchronously driven series connected output stages using a plurality of delay lines
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    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
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    • G01T1/17Circuit arrangements not adapted to a particular type of detector
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Description

BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Anrc·.- £unr,jlebensdauer gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Vorrichtung zum Druchfilhren einer, solchen Verfahrens gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 2.
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung werden weiter unten an Hand der Fig. 1 und 2 näher erläutert.
Die Messung der Anr^unf^iebensdauer erfolgt in der Regel mit Hilfe von Fotomultipliern, die das von einer Probe ausgesandte Licht messen, nachdem diese durch einen Lichtpuls angeregt worden ist. Ks wird die Zeit zwischen dem Anstieg des anregenden Pulses und dem Aussenden des Fluoreszenzpulses gemessen. Da sich die reine Zeitmessung für die spätere Behandlung der Signale nicht eignet, ist es erforderlich, die ermittelte Zeit in olm; Spannung umzuwandeln, deren Amplitude proportional zur gemessenen Zeit ist. Dafür wird ein Zelt 'Spannungs-Wandler verwendet. Die Messung der* Anregunpßkbensdauer kann dadurch erheblich vereinfacht werden, daß mehrere auf eine einmalige Erregung hin ausgesandte Lichtpulse gemessen werden, und die gemessenen Zeiten in proportionale Spannungen umgewandelt werden. Zum Messen mehrerer solcher Lichtpulse und zum Umwandeln der gemessenen Zeiten in Spannungen werden vielkanalige Zeit/Spannungs-
25 Wandler verwendet.
Der vielkanalige Wandler, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, weist acht Kanäle auf. Der Wandler 1 weist einen Flip-Flop FF-, eine auf konstanten Strom geregelte Spannungsversorgung I, , einen Lad ekond ensat or C-,, einen Schalter SC, zum Anlegen des Ladestromes an den Kondensator C, und eine Halteschaltung SH-,
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auf, die die letzte Ladespannung des Kondensators C, hält. Die Flip-Flops FF1, FF2 ... in den verschiedenen Kanälen werden durch einen Startpuls P gemotzt, der beim Anstieg deü erregenden Lichtpulses abgegeben wird. Wenn die Fllp-Fiopi; FF1, FFp ... gesetzt sind, sind die Schalter SW1, SW2 ...
eingeschaltet und die Kondensatoren C1, C2 ... werden aufgeladen. Nach dem Anlegen des Startpulses PA beginnen also alle Kanäle mit der Zeit/Spannungs-Wandlung. Wenn dann der Lichtpuls PB1 als Stoppuls angelegt wird, wird der Flip- !0 Flop FF1 im ersten Kanal rückgesetzt, und der Schalter SW1 wird dadurch ausgeschaltet. Die Flip-Flops in den anderen Kanälen werden durch einen ersten und einzelnen Stoppuls nicht rückgesetzt, da an ihren jeweiligen !!-Eingängen Tore G1, G2 ... vorgeschaltet sind.
Durch das Abschalten des Schalter SW1 wird dan Laden des Kondensators C1 beendet. Die Ladespannung, die der verstrichenen Zeit entspricht, wird durch die Halteschaltung SH gehalten. Wenn der Flip-Flop FF1 riickgesetzt ist, wird die Torschaltung G1 am Eingang des zweiten Kanales geöffnet.
V.'enn dann zu einer zweiten Zeit erneut ein Stoppuls angelegt wird, wird der Flip-Flop FF2 des zweiten Kanales rückgesetzt, und dadurch wird der Schalter SW? ausgeschaltet. Gleichzeitig wird das Tor G2 am Eingang des dritten Kanals geöffnet. Durch das Ausschalten des Schalters SVZ2 wird das Aufladen des Kondensators C2 beendet und die Ladespannung wird durch die Halteschaltung SH2 gehalten.
Wenn danach Stoppulse zum dritten Mal, vierten Mal ... angelegt werden, werden die nächsten Flip-Flops FF-.., FF^ ... nacheinander rückgesetzt, und die Zeit/Spannungs-Wandlung JO kommt in einem Kanal nach dem anderen zum Ende. Da die Ausgangsspannungen der Wandler in den jeweiligen Kanälen den jeweils letzten Ladespannungen der Kondensatoren entspre-
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chend, wie dies in Fi/';. 2 dargestellt ist, werden die Spannungen proportional zu den Zeiten, die nach dem Startpuls P. verstrichen aind, bit die StoppuLse P , , ρ _ ... angelegt wurden.
Die Wandler aller Kanäle beginnen mit dem Umwandeln alle zur Zelt des Anlegen.·; des Startpulses P.. Sie beenden das Umwandeln beim Eingeben des zugehörigen Stoppulses. Es ist jedoch so, daß die Zeit zwischen dem Startpuls und einem Stoppuls auf Grund von Vorzögerungen nicht genau gemessen wird. Es bestehen nämlich Längenunterschiede in den Kabeln zu den Flip-Flops FF-> j FFp ... und Verzögerungszeiten in den Vorschaltungen. Dabei ist zu beachten, daß die Zeitintervalle zwischen einem Startpuls und den Stoppulsen im NanoSekundenbereich liegen. Durch die Verzögerungen tritt ein Meßfehler auf, der für jeden Kanal unterschiedlich ist. Dieses Problem kann als ein Problem dahingehend verstanden werden, daß die Zeitachsen auf Grund der Verzögerung durch die Leitungen oder Bauteile gegeneinander verschoben sind. Die Streuung der Zeitachsen kann durch Einfügen von VerzögerungselernentenTij T„, Γ - ··· in die Eingangsseite jedes Wandlers behoben werden. Ein solches Einfügen ist in Flg. 1 dargestellt. Die Verzögerungszeit jedes Elementes wird gesonders eingestellt. Dabei treten jedoch folgende Mangel auf:
I.Bei jedem Verzögerungsei ernent muß die Verzögerungszeit kontlnuierlich einstellbar sein. Verzögerungselemente, die kontinuierlich verstellbar sind, und bei denen ein schneller Puls wie der Stoppuls unbehindert durchgelassen wird, sind jedoch sehr teuer.
2. An und für sich ist es erwünscht, den Einstellknopf für ein ;50 Verzögerungselernent auf der Frontplatte anzubringen, damit die Verzögerungszeit genau eingestellt werden kann. Das Ver-
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zögerungselement kann jedoch von der Schaltungsgrundpl&tte wegen des schnellen Pulses, der durchzulaufen Ir,I, nicht, an die Frontplatte verlegt werden. Kr ist daher· '.-nOrderlich, das Verzögerungselement auf der Schaltungsgrundplatte zu belassen und die Einstellachse mechanisch zu verlängern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Gerät der eingangs genannten Art anzugeben, das es erlaubt, Meßfehler auf Grund von Verzögerungen leicht auszugleichen.
Die erfindungsgemäfie Lösung ist für das Verfahren in Anspruch 1 und für das Gerät in Anspruch 2 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
IS Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß dor Fühler in der Zeitmessung nicht mehr eingangs.'jeit.ig, .sondern ausgang:.;-zeitig, also nach dem Umwandeln in eir.o Spannung durchgeführt wird. Dadurch wird die Kingnngsijeitve, auf der schnelle Pulse zu verarbeiten sind, nicht mit weiteren Bauteilen belastet. Die Beeinflussung der ausgangsseitigen Dauerspannung ist auf einfachste Art und Weise durch Hinzuaddieren positiver oder negativer Offsetsparinungen beeinflußbar.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Figuren näher veranschaulicht. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockd Lagramm einet; mehrka-
naligen Zeit/Spannungs-Wandlers bekannter Art mit Zeltverzögerungselementen;
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Fig. 2 ein Diagramm zum Erläutern der Schaltung gemäß Fig. I; und
Fig. 3 ein schema tischen Dlockdiagramin eines anmeldegemäßon mehrknnaligen Zeit/Spannungs-Wandlers.
b Bei der anmeldegemäfien Schaltung gemäß Fig. 3 wird auf bereits an Hand von Fig. 1 erläuterte Bauteile nicht mehr näher bezug genommen. Es sind nun zusätzlich Offset-Spannungsquellen ES^, ESp, ES^. ... vorhanden, der1 en Spannungen jeweils zu den Ausgangsspannungen dor zugehörigen Zeit/Spannungs-Wandler 1, 2, 3 ... eines jeweiligen Kanals addiert werden. Die Ausgangsspannungen sind diejenigen! aus den Halteschaltungen SH-, , SHp ... . Addierer, OP, , OPp, ... addieren die Offsetspannungen ES,, ES0 ... und die Ausgangsspannungen der Wandler 1, 2 ... . Jeder Wandler 1, 2 ... weist mehrere (im Ausführungsbeispiel jeweils ::.wei) Kondensatoren CL1, C,? unterschiedlicher Kapazitäten als Ladekondensatoren auf. Die Kondensatoren sind so angeordnet, daß durch Umschalter S,,a, S,pa zwischen den Koruk.-r:;a t oron C, , , C, o ... erfolgen kann. Es sei angenommen, daß die Offretspannungen ES,, ESp ... festliegei. und sich vor und nach der Bereichswahl nicht ändern. Die Offsetspannungen sind jedoch so eingestellt, daß auch bei Bereichsauswahl keine Verschiebung der Zeitachsen erfolgt. Dazu sind weitere Schalter S,,b, S,?b vorhanden, die mit den Bereichsauswahl schaltern S,,α, S,pa zusammengeschaltet sind. Di(
21J) Schalter 5,,b, S1?b legen Bereichswiderstände R·,·, , Rip in Serie zu den Offsetspannungen ES-, , ESp. Beim Umschalten zwischen zwei Ladekondensatoren für zwei unterschiedliche Bereiche werden also mit Hilfe der Widerstände R,,, R,ρ auch dif Offsetsparmungen umgeschaltet. Dadurch erfolgt beim Um-
schalten kein Verstellen der Zeitachse.
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Der Grund dafür, daß es Sf3hr praktisch ist, die Zeitachsen auf Grund einstellbarer Offsetspannungen zur Deckung zu bringen, wird im folgenden auf Grundlage der Ausgangsspannungen von den Halteschaltungen gemäß Fig. 2 erläutert:
Wenn die Offsetspa.nnungen addiert werden, werden die Ausgangsspannungen von den Halteschaltungen SH,, SHp ... entsprechend den Offsetüpannurigen erhöht oder erniedrigt. Der Anstieg der Ausgangsspannung von einer Halteschaltung bedeutet im wesentlichen eine Verlängerung des Zeitintervalls zwischen Beginn und Ende des Urnwandeins durch einen Zeit/ Spannungswandler. Entsprechend bedeutet ein Abfall der Ausgangsspannung eine Verkürzung des Zeitintervalls. Die Änderung dos Zeitintervalle, oimnnl langer und einmal kürzer, entspricht also der VerzögeruriKsfunktion eines Verzögerungselementes. Dies bedeutet aber, daß es mit den Offsetspannungen möglich ist, die Zeitachsen zur Deckung zu bringen.
Bei der beschriebenen Ausführungsform liegt ein mehrkanaliger Zeit/Spannungs-Wandler vor. Jeder Zeit/Spannungs-Wandler in jedem Kanal beginnt mit dem Umwandeln auf den Startpuls hin. Der Wandler im ersten Kanal beendet das Umwandeln auf den ersten Stoppuls hin. Entsprechend beendet der zweite Wandler das Umwandeln auf den Stoppuls zu einer zweiten Zeit hin. Die Anordnung ist so, daß die V'andler in aufein-
Γ5 anderfolgenden Kanälen das Umwandeln entsprechend jeweils nacheinander beenden, wenn ein weiterer Stoppuls angelegt wird. Bei dieser Anordnung ir.t das Gerät zum Messen der Anregungulebensdauer also so aufgebaut, da(3 die Lebensdauer auf Grundlage der Spannung aus dem Wandler im jeweiligen Kanal bestimmt wird, der den UmwandelVorgang beendet hat.
Der Ausgangsspannung des Wandlers iii einem jeweiligen Kanal
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wird eine jeweilig, einstellbar*: Offsotspannunr; hinzuadcliert. Durch day Einstellen können die Zeitachsen der einzelnen Kanäle zur Deckung gebracht werden. Das Gerät hat damit die folgenden V/ir-kungen:
1. Es ist nicht erforderlich, ein Verzögerungselement, durch das ein schneller Puls hindurchgehen muß, in die Schaltung einzufügen. Dadurch tritt keine Pulsverformung beim Anstieg oder bei der Abbruchszeit auf.
2. Die Gleichspannung der Offsetspannung, die die Einregullerung der Zeitachse durchfuhrt, wird auch dann elektrisch beeinflußt, wenn sie über eine Verlängerungsleitung zugeführt wird. Daher ist es sehr einfach, das Gerät zusammenzubauen.
3. Die Offsetspannung kann durch eine Gleichspannung bereitgestellt werden, was einen sehr billigen Aufbau des Gerätes ermöglicht. Außerdem kann die liinstol!breite so groß wie mit einem Verzögerungselernent gewählt werden. Wenn der Bereich noch zu negativen Spannungen erweitert wird, ist eine Einntellmöglichkeit in ein Gebiet erzielt, das mit Verzö^erungselementen überhaupt nicht zugänglich X S £ ·
h. Bei bekannter! Geräten mit Verzögerungelementen muß der sehneile Puls eine Mindestpulsbreite aufweisen, damit er die Verzöporungsfunktion auslösen kann. Eine solche Beschränkung besteht beim anrnoIdegemäßen Verfahren und Gerät nicht.
AO.
L e e r s e i t e

Claims (1)

  1. TER MEER-MÜLLER-STEINMEISTER
    PATENTANWÄLTE — EUROPEAN PATENT ATTORNEYS
    Dipl.-Chom. Dr. N. tor Meer Dipl -Ing. H. Steinmeister Dipl.-Ing, F. E. Müller Λ . . . . . „t
    Triftstrasüe 4, Artur-Ladebeck-Strasse 51
    D-8OOO München 22 d-48oo Bielefeld 1
    Mü/J/ho HO-129
    5. Januar 1984
    HORIBA LTD.
    2 Miyanohigashi-rnachi, Kissyoin, Minami-ku, Kyoto, Japan
    Verfahren und Gorät zum Messen dor Anrogungslebensdauer einer ancjeregton Lichtemission
    Priorität: 8. Januar 1983, Japan, Nr. 58-2143/83 (U)
    PATENTANSPRÜCHE
    Verfahren zum Messen der Anregungslebensdauer von durch Anregung ermittiertem Licht unter Verwendung eines mehrkanaligen Zeit/Spannungs-Wandlers mit folgenden Vorfahrensschritten:
    - jeder Zeit/Spannungs-Wandler (1 - 8) in jedem Kanal beginnt auf einen Startimpulfi hin mit dem Umwandeln,
    - der Zeit/Spannungs-Wandler (1) im ernten Kanal beendet das Umwandeln auf einen Stopimpu]s für die erste Zeit hin,
    - dor Zeit/Spannungs-Wandlcr (2) im zweiten Kanal beendet das Umwandeln auf einen Stopimpuls für die zweite Zeit hin, und
    TER MEER - MÜLLER . STEIN^ST^R i : HoVfBO:Ltd .- HO
    .!^00296
    - danach beendigen die anderen ZuitATpannungs-Wandlor (3 - 8) in den folgenden Kanälen der Reihe nach das Umwandeln auf einen jeweiligen Stopimpuls hin,
    - wobei die Messung derAnrogun/'ilcbensdauer auf Gruno der
    Spannung aus jedem Kanal nach dessen Urnwandlungcabschluß bestimmt wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsspannung jedes Zeit'Spannungs-Wandlers eine variable Offsetspannung hinzugezählt wird, die so eingestellt wird, daß die Zeitachsen aller Kanäle einander angeglichen sind.
    2. Gerät zum Messen derAnrepiungsLebensdauer mit mehreren Meßkanälen mit jeweils
    - einem Zeit/S'pannungs-Waridler (1-8) und
    - einer Halteschaltung (SHl - SH8)aim Halten der Ausgangs spannung des jeweiligen Wandlers, gekennzeichnet d u r c h
    - eine Offaot-fipannungoquuLlc (ΚΓ51 - KS8) in Jedem Kanal und
    - eine Addierschaltung (OPl - OPü) in jedem Kanal, die die jeweilige Offsetspannung zur Ausgangsspannung des jeweiligen Haltegliedes addiert.
    5· Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßbereich von mindestens einem Zeit/Spannungs-Wandler (1 - 8) einstellbar ist.
    4. Gerät naoh Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Offsetspannung in jedem Kanal entsprechend einer Meßberei-chsänderun/..'; geändert wird.
DE3400296A 1983-01-08 1984-01-05 Verfahren und Gerät zum Messen der Anregungslebensdauer lichtemittierender Materie Expired DE3400296C2 (de)

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JP1983002143U JPS59108261U (ja) 1983-01-08 1983-01-08 試料の発光寿命測定装置

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DE3400296A1 true DE3400296A1 (de) 1984-07-12
DE3400296C2 DE3400296C2 (de) 1986-07-17

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DE3400296A Expired DE3400296C2 (de) 1983-01-08 1984-01-05 Verfahren und Gerät zum Messen der Anregungslebensdauer lichtemittierender Materie

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