DE3602139A1

DE3602139A1 - Vorrichtung zum alternierenden umlenken von strahlenbuendeln

Info

Publication number: DE3602139A1
Application number: DE19863602139
Authority: DE
Inventors: Tetsuo Prof Dr Hadeishi
Original assignee: Gruen Optik Wetzlar GmbH
Current assignee: Gruen Optik Wetzlar GmbH
Priority date: 1986-01-24
Filing date: 1986-01-24
Publication date: 1987-07-30

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Vorrichtungen dieser Art sind insbesondere in der Spektroskopie gebräuchlich, bei der eine Elementbestimmung und Elementuntersuchung durch Messung der Absorption der Strahlung einer oder mehrerer für das Element spezifischer Lichtwellenlängen ermittelt wird. Mehrere unterschiedliche Spektrallichtquellen werden mit Hilfe einer aus teildurchlässigen Spiegelflächen aufgebauten Umlenkeinrichtung in den Meßstrahlengang geleitet. Die Lichtquellen werden entweder abwechselnd eingeschaltet oder geeignet moduliert, um die jeweils in den Meßstrahlengang eingeleitete Strahlung identifizieren zu können. Durch die Verwendung teildurchlässiger Spiegelflächen geht ein großer Teil der emittierten Lichtintensität für die Messung verloren. Die Modulation der Strahlung erfordert sowohl auf der Anregungs- als auch der Nachweisseite einen besonderen Schaltungsaufwand.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur alternativen Benutzung mehrerer unabhängiger Lichtquellen zu schaffen, die ohne Lichtverluste arbeitet und in einfacher Weise die Abteilung eines Steuersignals zum Erkennen der jeweils in den Meßstrahlengang eingeleiteten Strahlung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 4.

Durch die Aufhängung des Umlenkspiegels an einem Torsionsstab oder Torsionsfaden wird eine sehr schnelle Umschaltfrequenz für die einzelnen Strahlenbündel erreicht. Die Verweilzeiten des Spiegels an den Umkehrpunkten der Torsionsschwingung sind so lang, daß das jeweilige Strahlenbündel über eine für die Messung ausreichende Zeitdauer in dem Meßstrahlengang gehalten werden kann.

Bei Verwendung eines Spiegelgalvanometers besteht darüber hinaus die Möglichkeit, unterschiedliche Ablenkwinkel sehr schnell und sehr genau einzustellen und über die jeweils gewünschte Zeit beizubehalten. Bei symmetrischer Anordnung der Strahlenbündel können jeweils zwei Ablenkungen einfach durch Umpolung des Galvanometerstroms eingestellt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Darstellungen beschrieben. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1: Eine Anordnung mit zwei Lampen und periodisch schwingendem Umlenkspiegel.

Fig. 2: Eine graphische Darstellung der Spiegelschwingung und

Fig. 3: eine Anordnung mit drei symmetrisch zueinander liegenden Lampen und einem Galvanometerspiegel.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel soll die Emissionsstrahlung zweier Spektrallampen 10, 20 in einen gemeinsamen Meßstrahlengang 11eingeleitet werden. Im Meßstrahlengang befindet sich z. B. ein Atomisierungsofen 12 eines nicht weiter dargestellten Atomabsorptions-Spektrometers.

Die optischen Achsen 13, 14 der von den Lampen 10, 20 emittierten Strahlenbündel bilden einen Winkel 20 untereinander. Um zu erreichen, daß die Strahlenbündel nach Reflexion an einem ebenen Spiegel 15 in denselben Meßstrahlengang 11 geleitet werden, braucht der Spiegel 15 lediglich um den Winkel R _Z verschwenkt zu werden. In der Stellung R _A reflektiert der Spiegel 15 die Strahlung der Lampe 10 und in der Stellung R _B die der Lampe 20 in den Meßstrahlengang 11.

Die drei durch ihre Achsen angedeuteten Strahlenbündel liegen in der Zeichenebene der Fig. 1, der Spiegel 15 steht senkrecht auf dieser Ebene. Zum Verschwenken des Spiegels ist dieser an einem Torsionselement 16 befestigt, dessen Längsachse ebenfalls senkrecht auf der Zeichenebene steht. Das Torsionselement wird durch einen nicht dargestellten Antrieb in periodische Schwingungen mit Umkehrpunkten in den Stellungen R _A und R _B versetzt.

Fig. 2 zeigt den Schwingungsverlauf in zeitlicher Darstellung. Aufgrund der gewählten Strahlenbündelquerschnitte, die in üblicher Weise durch ebenfalls nicht dargestellte Linsen eingestellt werden können, im Zusammenwirken mit dem Querschnitt des durch den Atomisierungsofen 12 vorgegebenen Probenraumes ist für die Richtung des Meßstrahlenganges 11 eine Winkelstreuung ΔR zulässig. Das bedeutet, daß bereits eine gewisse Zeit vor Erreichen und noch nach Verlassen der Umkehrpunkte A und B die Absorptionsmessung durchgeführt werden kann. Die Meßzeit Δ t ist, wie aus Fig. 2 ersichtlich, sowohl von dem zulässigen Winkel ΔR als auch von der Schwingfrequenz 1/τ des Spiegels 15 abhängig. Praktische Versuche haben gezeigt, daß bei einem Schwenkwinkel R = 20 Grad noch Umschaltfrequenzen 1/τ = 200 Hz möglich sind. Das Steuersignal zum Antrieb des Torsionselementes 16 dient gleichzeitig zur Steuerung einer dem Atomisierungsofen 12 nachgeordneten Meßeinrichtung in Abhängigkeit von der jeweils wirksamen Wellenlänge der Meßstrahlung.

In Fig. 3 sind gleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1. Die aus Spiegel 15 und Torsionselement 16 bestehende Umlenkbaugruppe wird hier durch ein handelsübliches Spiegelgalvanometer gebildet. Dieses enthält im magnetischen Feld einer stromdurchflossenen Spule einen Anker, der einen an einem Torsionsfaden aufgehängten Spiegel proportional zum Strom in der Spule verdreht. Der Vorteil der Verwendung eines Spiegelgalvanometers als Umlenkbaugruppe liegt darin, daß beliebige Winkelstellungen des Spiegels sehr genau, sehr schnell und für eine beliebig vorgegebene Meßzeit eingestellt werden können. Die Anordnung nach Fig. 3 zeichnet sich darüber hinaus noch durch eine besondere Symmetrie aus. Die optische Achse 17 der mittleren Lampe 30 ist so gewählt, daß der Spiegel 15 in seiner Ruhestellung R _c bei stromloser Galvanometerspule die Strahlung in den Meßstrahlengang (11) lenkt. Bezogen auf diese Stellung muß der Spiegel um den Winkel ± R/2 verdreht werden, um zu den Stellungen R _A und R _B zu gelangen. Dazu braucht jeweils nur die Stromrichtung in der Galvanometerspule umgepolt zu werden.

Claims

1) Vorrichtung zum alternierenden Umlenken von aus mehreren, nebeneinander liegenden Lichtquellen austretenden Strahlenbündeln in einen gemeinsamen Meßstrahlengang, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen (10, 20, 30) so in einer Ebene angeordnet sind, daß die von ihnen erzeugten Strahlenbündel (13, 14, 17) auf denselben Flächenbereich eines senkrecht auf der Lichtquellenebene stehenden, 100% reflektierenden Spiegels (15) gerichtet sind, der an einem Torsionselement (16) befestigt ist, dessen Längsachse ebenfalls senkrecht auf der Lichtquellenebene steht und der mit Hilfe eines Antriebs steuerbar verdrillbar ist.

2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Lichtquellen (10, 20) vorgesehen sind, deren Einstrahlwinkel auf den Spiegel (15) so gewählt sind, daß bei periodischer Verdrillung des Torsionselements (16) jeweils im Bereich der Umkehrpunkte (R _A R _B-) des schwingenden Spiegels (15) eine Umlenkung der Strahlenbündel in den Meßstrahlengang (11) erfolgt.

3) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Umlenkbaugruppe (15, 16) ein Spiegelgalvanometer verwendet wird.

4) Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß drei Lichtquellen (10, 20, 30) vorgesehen sind, wobei benachbarte Strahlenbündel (13, 17, 14) jeweils den gleichen Winkel einschließen und das Galvanometer in seiner Ruhestellung das Strahlenbündel der mittleren Lichtquelle (30) in den Meßstrahlengang (11) lenkt.