DE4005670A1 - Spektralphotometer mit empfindlicherem strahlungssensor fuer den nahen infrarotbereich - Google Patents
Spektralphotometer mit empfindlicherem strahlungssensor fuer den nahen infrarotbereichInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Spektralpho
tometer zur Durchführung von Messungen im nahen Infrarot-
Wellenlängenbereich.
Bei einem konventionellen Spektralphotometer kommt ein
Bleisulfid-(PbS)-Sensor als Sensor für den nahen Infrarot
bereich bei Raumtemperatur zum Einsatz.
Die Empfindlichkeit dieses Sensors ist gering, wobei er zu
sätzlich im nahen Infrarotbereich ein schlechtes Signal/
Rauschverhältnis (S/N-Verhältnis) aufweist. Es besteht fer
ner das Problem, daß sich die Empfindlichkeit und die An
sprechgeschwindigkeit des Sensorelements für den nahen In
frarotbereich weiter verschlechtern, wenn das Sensorelement
auf Raumtemperatur liegt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Photometer
mit verbesserter Empfindlichkeit bei der Messung im nahen
Infrarot-Wellenlängenbereich zu schaffen.
Ziel der Erfindung ist es weiterhin, ein Spektralphotometer
mit verbesserter Empfindlichkeit bei der Messung im nahen
Infrarot-Wellenlängenbereich zur Verfügung zu stellen.
Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, eine Ver
schlechterung der Empfindlichkeit und/oder der Ansprechge
schwindigkeit des Sensors für den nahen Infrarotbereich zu
vermeiden.
Lösungen der gestellten Aufgaben sind den kennzeichnenden
Teilen der nebengeordneten Patentansprüche 1, 4 und 9 zu
entnehmen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den jeweils nachfolgenden Unteransprüchen gekennzeich
net.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfin
dung wird ein Sensor für den nahen Infrarotstrahlungsbe
reich auf einer im wesentlichen konstanten Temperatur ge
halten, die kleiner ist als die Raumtemperatur. Hierfür ist
eine Temperatursteuereinrichtung vorgesehen. Die Tempera
tursteuereinrichtung enthält z.B. ein Temperatursensorele
ment, das in der Nähe des Sensors für den nahe Infrarot
strahlungsbereich angeordnet ist, ein Kühl/Heizelement, das
mit dem Sensor für den nahen Infrarotstrahlungsbereich
thermisch gekoppelt ist, um diesen zu kühlen bzw. zu erwär
men, und eine Schaltungseinrichtung, die auf ein Ausgangs
signal des Temperatursensorelements anspricht, um das
Kühl/Heizelement so zu steuern, daß es den Sensor für den
nahen Infrarotstrahlungsbereich auf der im wesentlichen
konstanten Temperatur hält, die kleiner ist als die Raum
temperatur.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind ein PbS-
Sensor und ein Temperatursensorelement auf einem Kühl/Heiz
element angeordnet, um eine Sensoreinrichtung zu bilden.
Die mit Hilfe des Temperatursensorelements detektierte Tem
peratur wird mit einer Referenztemperatur verglichen, um
eine zum elektronischen Kühl/Heizelement gelieferte elek
trische Leistung (oder einen Strom) in Übereinstimmung mit
dem Vergleichsergebnis zu ändern. Auf diese Weise läßt sich
der PbS-Sensor auf der im wesentlichen konstanten Tempera
tur halten, die unterhalb der Raumtemperatur (Zimmertempe
ratur) liegt. Da der PbS-Sensor in Übereinstimmung mit dem
Ausführungsbeispiel der Erfindung gekühlt wird, ist es mög
lich, die Empfindlichkeit eines Spektralphotometers zu ver
bessern, wenn ein derartiger PbS-Detektor für den nahen In
frarotstrahlungsbereich verwendet wird, und den Wellenlän
genbereich, in welchem Messungen durchgeführt werden, zu
größeren Wellenlängen hin zu verlängern, und zwar bezogen
auf den Wellenlängenbereich bei Raumtemperatur. Infolge der
verbesserten Empfindlichkeit läßt sich auch das Signal/
Rauschverhältnis im Ausgangssignal des Spektralphotometers
vergrößern. Da der PbS-Sensor auf einer niedrigen und kon
stanten Temperatur gehalten wird, braucht weiterhin nicht
befürchtet zu werden, daß sich seine Eigenschaften (z.B.
die Empfindlichkeit und seine Ansprechgeschwindigkeit) ver
schlechtern.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher
beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm zur Erläuterung der Um
schaltung von Sensoren in Übereinstimmung mit ei
nem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 ein Systemdiagramm eines kompletten Spektralphoto
meters nach einem Ausführungsbeispiel der Erfin
dung,
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Detektorab
schnitts in Übereinstimmung mit einem Ausführungs
beispiel der Erfindung,
Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV in Fig.
3,
Fig. 5 einen Längsquerschnitt einer PbS-Sensoreinheit in
Übereinstimmung mit der Erfindung,
Fig. 6 eine Draufsicht auf die PbS-Sensoreinheit nach
Fig. 5,
Fig. 7 ein schematisches Diagramm einer elektronischen
Kühl-/Heizeinrichtung, die in einem Ausführungs
beispiel der Erfindung zum Einsatz kommen kann,
Fig. 8 ein Diagramm einer Temperatursteuereinrichtung für
einen PbS-Sensor nach einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
Fig. 9 ein Diagramm zur Erläuterung der Abhängigkeit zwi
schen Meßwellenlänge und Sensorempfindlichkeit bei
verschiedenen Temperaturen für den Fall der Küh
lung eines PbS-Sensors und
Fig. 10 ein Diagramm zur Erläuterung von Ausgangswellen
formen des PbS-Detektors, insbesondere zur Erläu
terung der Anstiegszeiten dieser Ausgangswellen
formen.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird
nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 5 näher be
schrieben.
Die Fig. 1 zeigt schematisch die Umschaltung von Sensoren,
also die Umschaltung von Betriebswellenlängenbereichen in
einem Spektralphotometer. Licht oder Strahlung in einem ul
travioletten und sichtbaren Bereich wird mit Hilfe einer
Sensoreinheit für sichtbare/Ultraviolettstrahlung detek
tiert, die z.B. durch einen Photomultiplier 1 gebildet
ist, dessen Ausgangsstrom mit Hilfe eines Strom-/Spannungs
wandlers 50 in eine Spannung umgewandelt wird. Andererseits
wird Licht oder Strahlung im nahen Infrarotbereich durch
eine Sensoreinheit für den nahen Infrarotbereich detek
tiert, die z.B. ein PbS-Sensor 2 ist, dessen Ausgangsspan
nung mit Hilfe eines AC-Verstärkers 51 (Wechselstromver
stärker) verstärkt wird. Ein Ausgangssignal wird immer von
jedem der Detektoren 1 und 2 erzeugt. Erste und zweite
Wählsignale werden durch einen Mikrocomputer 53 gebildet
und bewirken ein Umschalten zwischen den Ausgangssignalen
von den Detektoren 1 und 2, um auf diese Weise entweder den
Photomultiplier 1 oder den PbS-Sensor 2 in Übereinstimmung
mit demjenigen Wellenlängenbereich auszuwählen, in welchem
eine Messung erfolgen soll. Das Ausgangssignal des ausge
wählten Sensors wird mit Hilfe eines Analog/Digital-Wand
lers 52 in ein digitales Signal umgewandelt, das anschlie
ßend im Mikrocomputer 53 verarbeitet wird, der seinerseits
verschiedene Meßresultate ausgibt. Das Bezugszeichen V be
zeichnet eine Spannungsquelle zur Versorgung des PbS-Sen
sors 2.
Die Fig. 2 zeigt ein Systemdiagramm eines kompletten Spek
tralphotometers in Übereinstimmung mit einem Ausführungs
beispiel der Erfindung. Eine Lichtquelleneinrichtung ent
hält eine Deuterium-(D2)-Lampe 3 zur Bildung einer Licht
quelle im sichtbaren/ultravioletten Wellenlängenbereich so
wie eine Wolfram-Iodid-(WI)-Lampe 4 zur Bildung einer
Lichtquelle für den nahe Infrarot-Wellenlängenbereich. Die
Lampe 3 oder 4 wird in Übereinstimmung mit den Wellenlängen
ausgewählt, bei denen eine Messung erfolgen soll. Die Lam
penauswahl geschieht durch Veränderung des Winkels eines
Spiegels 5 in Übereinstimmung mit den gewünschten Wellen
längen. Weißes Licht (Strahlung) von der in Übereinstimmung
mit dem Wellenlängenbereich ausgewählten Lampe fällt in ei
ne Lichtdispersionseinrichtung oder in ein Spektroskop 54.
Dieses in das Spektroskop 54 einfallende weiße Licht
(Strahlung) wird mit Hilfe eines mechanischen Choppers 6
zerhackt bzw. periodisch ausgeblendet. Der mechanische
Chopper 6 weist ein Blatt oder Flügelrad auf, welches das
weiße Licht (Strahlung) während einer Viertelperiode ab
schneidet bzw. ausblendet. Bei Drehung des Blattes oder
Flügelrads des Choppers 6 wird ein Nullsignal periodisch
erzeugt, das angibt, daß kein Licht weitergeleitet wird.
Das durch den Chopper 6 hindurchgelassene Licht tritt durch
einen ersten Spalt 7 hindurch und wird dann durch einen to
roidalen bzw. torischen Spiegel 8 und einen konkaven Spie
gel 9 reflektiert, wonach es in ein Prisma 10 einfällt, in
welchem es infolge von Brechung zerlegt wird. Das zerlegte
Licht (Strahlung wird durch ebene Spiegel 11 und 12 reflek
tiert und läuft dann anschließend durch einen zweiten Spalt
17 hindurch. Sodann wird das Licht durch einen konkaven
Spiegel 13 reflektiert und trifft auf ein ebenes Beugungs
gitter 14 für den sichtbaren/ultravioletten Wellenlängenbe
reich oder auf ein ebenes Beugungsgitter 15 für den nahen
Infrarot-Wellenlängenbereich auf, durch das das Licht wei
ter zerlegt wird. Die Beugungsgitter 14 und 15 trennen die
sichtbare Ultraviolettstrahlung und die im nahen Infrarot
liegende Strahlung voneinander, wobei jedes der Beugungs
gitter eine Gitterkonstante aufweist, die optimal für den
entsprechenden Wellenlängenbereich gewählt ist. Die Beu
gungsgitter 14 und 15 werden umgewechselt, und zwar in
Übereinstimmung mit den Wellenlängen, bei denen eine Mes
sung erfolgen soll.
Das durch das Beugungsgitter 14 oder 15 zerlegte Licht
(Strahlung) wird durch einen konkaven Spiegel 16 reflek
tiert und durchläuft anschließend einen dritten Spalt 18.
Sodann wird es durch einen ebenen Spiegel 19 reflektiert,
bevor es einen rotierenden Spiegel 20 erreicht. Das den ro
tierenden Spiegel 20 erreichende Licht (Strahlung) ist
hochreines bzw. wohldefiniertes monochromatisches Licht,
das mit Hilfe des Prismas 10 und der Beugungsgitter 14 bzw.
15 erhalten worden ist.
Das monochromatische Licht (Strahlung) wird durch den ro
tierenden Spiegel 20 in ein Probenlicht, mit dem eine Probe
bestrahlt wird, und in ein Referenzlicht zerlegt. Der ro
tierende Spiegel 20 ist in vier Sektoren unterteilt mit
zwei gegenüberliegenden oder symmetrischen Sektoren, in de
nen nicht dargestellte Spiegel vorhanden sind. Dreht sich
der Spiegel 20, so wird eine Phase gebildet, in der das
einfallende Licht reflektiert wird, und eine Phase, in der
das auf den Spiegel 20 auftreffende Licht durch diesen hin
durchtritt, ohne abgelenkt zu werden. Das durch den rotie
renden Spiegel 20 reflektierte Licht wird über einen zylin
drischen Spiegel 24 zu einem Probenabschnitt 56 einer Pro
benkammer 55 geleitet, so daß es durch eine Probe 25 hin
durchtreten kann oder von der Probe 25 reflektiert wird.
Auf diese Weise wird Energie wenigstens einer bestimmten
Wellenlängenkomponente des Lichts, die auf die Probe abge
stimmt ist, beim Durchlauf durch die Probe hindurch absor
biert oder von der Probe 25 reflektiert. Das dem Absorp
tionsprozeß unterworfene Licht durchläuft eine Linse 26 und
tritt anschließend in eine Integrationssphäre bzw. Integra
tionskugel 58 ein. Das durch den rotierenden Spiegel 20
hindurchtretende Licht gelangt in einen Referenzabschnitt
57 der Probenkammer 55 über einen ebenen Spiegel 21 und ei
nen zylindrischen Spiegel 22 und wird ferner durch einen
ebenen Spiegel 23 reflektiert, um ebenfalls in die Integra
tionssphäre bzw. Integrationskugel 58 einzutreten. Ein Pho
tomultiplier 1 befindet sich an der hinteren Seite der In
tegrationskugel 58, von der Zeichenebene aus betrachtet,
während ein PbS-Sensor 2 an der Vorderseite der Integra
tionskugel 58 angeordnet ist, ebenfalls von der Zeichenebe
ne aus gesehen. Ausgangssignale des Photomultipliers 1 und
des PbS-Sensors 2 werden jeweils über einen Strom-/Span
nungswandler (50 in Fig. 1) und einen AC-Verstärker (51 in
Fig. 1) zum Analog/Digital-Wandler 52 geliefert, mit dem
ein Mikrocomputer 53 verbunden ist. Eine Temperatursteuer
einrichtung mit einer Temperatursteuerschaltung 59 dient
dazu, den PbS-Detektor 2 auf einer im wesentlichen konstan
ten Temperatur zu halten, die unterhalb der Raumtemperatur
liegt.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Sensorein
richtung für ein Spektralphotometer, während die Fig. 4 ei
nen Querschnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3 zeigt.
Das von der Probe kommende Probenlicht und das Referenz
licht treten jeweils individuell in die Integrationskugel
58 ein, und zwar durch separate Eintrittsfenster der Inte
grationskugel 58 hindurch, und erreichen schließlich die
innere Oberfläche der Integrationskugel 58. Diese innere
Oberfläche der Integrationskugel 58 ist mit Bariumsulfat
beschichtet, so daß alle Lichtstrahlen bzw. die gesamte
Strahlung, die auf die innere Oberfläche auftrifft, gleich
förmig gestreut wird. Das gestreute Licht wird mit Hilfe
des Photomultipliers 1 detektiert, der eine zweite Sensor
einheit bildet, um ultraviolettes und sichtbares Licht zu
detektieren und der unterhalb der Einfallsebene des Proben
lichts zu liegen kommt. In gleicher Weise dient er dazu,
Referenzlicht zu detektieren. Ferner wird das gestreute
Licht durch den PbS-Sensor 2 detektiert, der eine erste
Sensoreinheit bildet, um nahes Infrarotlicht (Licht im na
hen Infrarotbereich) zu detektieren und der oberhalb der
Einfallsebene liegt, wie der Zeichnung zu entnehmen ist.
Die Fig. 5 und 6 zeigen einen longitudinalen Längsschnitt
und eine Draufsicht auf die erste Sensoreinheit mit einem
PbS-Sensor zum Detektieren von Licht im nahen Infrarotbe
reich. In Übereinstimmung mit diesen Figuren liegt der PbS-
Sensor 2 auf einer Oberfläche eines allgemein bekannten
Kühl/Heizelements, das z.B. ein elektronisches Kühl/Heiz
element 31 ist. Ein Temperatursensorelement 32 befindet
sich in der Nachbarschaft des Elements 31, beispielsweise
auf derselben Oberfläche wie der PbS-Sensor 2. Das elektro
nische Kühl/Heizelement 31 besitzt Kühl/Heizelementeinhei
ten auf einer Metallplatte 30, die eine gute thermische
Leitfähigkeit aufweist, wobei das gesamte elektronische
Heiz/Kühlelement 31 gegenüber der Umgebung bzw. Umgebungs
luft durch eine Metallhülse 33 und durch ein Fenster 34 aus
Saphir isoliert ist. Der äußere Umfangsrand dieser Struktur
ist mit Kühlrippen 35 und 36 versehen.
Das elektronische Kühl/Heizelement 31 kann entweder zum
Aufheizen oder zum Kühlen verwendet werden, je nach Rich
tung des Stromflusses durch das Element 31 hindurch.
Die Fig. 7 zeigt ein Beispiel eines elektronischen Kühl/
Heizelements 31, das einen einfachen Aufbau aufweist. Das
Element enthält im wesentlichen eine Halbleiteranordnung S
aus N-Typ Halbleiterelementen N 1, N 2, ... und aus P-Typ
Halbleiterelementen P 1, P 2, ..., die abwechselnd über Me
tallstücke D 1, D 2, ... in Reihe geschaltet sind. Ferner be
findet sich im Element oder an anderer geeigneter Stelle
eine Stromquelle E zur Lieferung eines Gleichstroms zur
Halbleitereinrichtung S. Fließt ein Strom I vom N-Typ Halb
leiterelement N 2 zu einem P-Typ Halbleiterelement P 1, so
werden die Metallplatten D 2 und D 4 gekühlt und nehmen Wärme
(Q c ) von der Umgebung auf. Dies liegt daran, daß die Elek
tronen, die sich von den P-Typ Halbleiterelementen P 1, P 2,
die einen niedrigeren Energiepegel aufweisen, über die Me
tallstücke D 2, D 4 zu den N-Typ Halbleiterelementen N 1, N 2
bewegen, die einen höheren Energiepegel aufweisen, Energie
benötigen, die in Form von Wärme von der Umgebung zugeführt
wird. Elektronen, die andererseits diese thermische Energie
aufnehmen, bewirken eine Wärmeabstrahlung Q h , wenn sie von
einem N-Typ Halbleiterelement N 1 über das Metallstück D 3 zu
einem P-Typ Halbleiterelement P 2 fließen. Durch wirksame
Zerstreuung der Wärme Q h auf der Hochtemperaturseite ist es
möglich, Wärme von der Niedertemperaturseite der Einrich
tung S, an der sich die Metallstücke D 2 und D 4 befinden,
abzuziehen und zur Hochtemperaturseite der Einrichtung S zu
transportieren, an der sich die Metallstücke D 1, D 3 und D 5
befinden, wobei zwischen beiden Seiten eine Temperaturdif
ferenz Δ T besteht. Ersichtlich lassen sich die Hochtempera
turseite und die Niedertemperaturseite vertauschen, wenn
die Stromrichtung umgekehrt wird.
Im nachfolgenden sei angenommen, daß bezüglich der Einrich
tung nach den Fig. 5 und 6 ein Strom so durch das elektro
nische Kühl/Heizelement 31 hindurchfließt, daß der PbS-Sen
sor 2 gekühlt wird. Bei der Kühlung des PbS-Sensors 2 wird
die Temperatur dieses Sensors durch das Temperatursensor
element 32 detektiert, um einen durch das elektronische
Kühl/Heizelement 31 hindurchfließenden Strom so einzustel
len bzw. zu ändern, daß der PbS-Sensor 2 im wesentlichen
auf konstanter Temperatur gehalten wird, die unterhalb der
Raumtemperatur liegt. Die auf der gegenüberliegenden Seite
einer Kühlfläche des elektronischen Kühl/Heizelements 31
erzeugte Wärme läßt sich andererseits wirksam ableiten bzw.
zerstreuen, und zwar über die Metallplatte 30, die mit den
Kühlrippen 35 und 36 verbunden ist.
Im nachfolgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 8 die
Temperatursteuerschaltung 59 der Temperatursteuereinrich
tung näher beschrieben, mit deren Hilfe es möglich ist, den
PbS-Sensor 2 auf im wesentlichen konstanter Temperatur zu
halten, die niedriger als die Raumtemperatur ist. Das Tem
peratursensorelement 32 in der Nähe des Sensors 2 bildet
eine Brückenschaltung zusammen mit einem Referenzwiderstand
40 in Übereinstimmung mit einer eingestellten oder ge
wünschten Temperatur, wobei eine gemessene Temperatur und
die Referenz- oder eingestellte Temperatur durch einen Kom
parator 41 miteinander verglichen werden. Ein vom Kompara
tor 41 geliefertes Ausgangssignal wird mit Hilfe eines Ver
stärkers 42 verstärkt und nochmals stromverstärkt mit Hilfe
einer Boostereinrichtung oder eines Verstärkers 43, der ei
nen Strom zum elektronischen Kühl/Heizelement 31 liefert,
das mit dem Sensor 2 thermisch gekoppelt ist. Diese Tempe
ratursteuerung beginnt gleichzeitig mit der Energieversor
gung des Systems, so daß der PbS-Sensor 2 immer in einem
Zustand konstanter Temperatur gehalten wird.
Nachfolgend werden Meßergebnisse beschrieben, die mit dem
Spektralphotometer nach dem Ausführungsbeispiel der vorlie
genden Erfindung erhalten worden sind.
Die Fig. 9 zeigt die Detektorempfindlichkeit des PbS-Sen
sors in Abhängigkeit der Wellenlänge über einen Wellenlän
genbereich von 800 bis 3200 nm, wobei der PbS-Sensor ge
kühlt worden ist. Wie zu erkennen ist, läßt sich die Detek
torempfindlichkeit vergrößern, wenn dessen Temperatur un
terhalb der Raumtemperatur liegt, so daß Messungen auch bei
längeren Wellenlängen möglich sind. Werden z.B. im Wellen
längenbereich von 1200 bis 1400 nm die maximalen Empfind
lichkeiten betrachtet, so sind diese jeweils bei 0°C, -10°C
und -20°C etwa 2,5-mal, 3,5-mal und 4,0-mal größer als bei
Raumtemperatur. Bei Raumtemperatur kann darüber hinaus nur
in einem Wellenlängenbereich bis herauf zu 2600 nm gemessen
werden. Dagegen beträgt bei 0°C die längstmögliche Wellen
länge schon etwa 3200 nm, wobei zusätzlich noch die verbes
serte Empfindlichkeit erhalten wird.
Darüber hinaus wird auch das Signal/Rauschverhältnis um ei
nen Faktor verbessert, der der Verbesserung der Empfind
lichkeit entspricht.
Da der PbS-Sensor auf niedriger und konstanter Temperatur
gehalten werden kann, läßt sich weiterhin eine Verschlech
terung der Charakteristik (Empfindlichkeit und Ansprechge
schwindigkeit) des PbS-Sensors vermeiden.
Die Fig. 10 zeigt Anstiegszeiten von Ausgangswellenformen
des PbS-Sensors für einen Fall, bei dem die Temperatur des
Sensors jeweils 0°C und -20°C beträgt. Liegt der Detektor
auf 0°C, so beträgt die Anstiegszeit 1 ms. Liegt er dagegen
auf einer Temperatur von -20°C, so beträgt die Anstiegszeit
1,8 ms. Es zeigt sich also, daß die Anstiegszeit bei -20°C
länger ist als bei 0°C (etwa 56%).
Für den Fall, daß die Temperatur des Sensors so eingestellt
ist, daß sie unterhalb von -20°C zu liegen kommt, wird eine
relativ lange Zeit benötigt, um diese Temperatur zu errei
chen. Dies liegt darin, daß die Kapazität des im vorliegen
den Ausführungsbeispiel verwendeten elektronischen Kühl/
Heizelements klein ist. Es wurde ferner herausgefunden, daß
sich bei zu tiefen Temperaturen in verstärktem Maße Eis am
Sensor bildet und sich die Genauigkeit der Messung ver
schlechtert.
Andererseits tritt das Problem auf, daß sich eine Tempera
tursteuerung nur relativ schwer durchführen läßt, wenn sich
die Temperatur des Sensors in der Nähe der Raumtemperatur
befindet.
Werden entsprechend den obigen Ausführungen die Detektor
empfindlichkeit, der für eine Messung zur Verfügung stehen
de Wellenlängenbereich, die Anstiegszeit, die Temperatur
steuerung, die Genauigkeit der Messung, usw. in Betracht
gezogen, so ergibt sich als bevorzugter bzw. optimaler Tem
peraturbereich des PbS-Detektors nach der Erfindung ein Be
reich, der im wesentlichen zwischen 0°C und -20°C liegt.
Claims (10)
1. Photometer für den nahen Infrarotstrahlungsbereich,
gekennzeichnet durch
- - eine Sensoreinheit mit einem Sensor (2) für den nahen Infrotstrahlungsbereich und
- - eine Einrichtung, die den Sensor (2) für den nahen Infra rotstrahlungsbereich auf einer im wesentlichen konstanten Temperatur hält, die kleiner ist als die Raumtemperatur.
2. Photometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung folgendes enthält:
- - ein Temperatursensorelement (32), das in der Nähe des Sensors (2) für den nahen Infrarotstrahlungsbereich ange ordnet ist,
- - ein Kühl/Heizelement (31), das zum Kühlen/Heizen des Sen sors (2) für den nahen Infrarotstrahlungsbereich mit diesem thermisch gekoppelt ist, und
- - eine Schaltungseinrichtung (59 oder 40 bis 43), die auf ein Ausgangssignal des Temperatursensorelements (32) an spricht, um das Kühl/Heizelement (31) so zu steuern, daß es den Sensor (2) auf der im wesentlichen konstanten Tempera tur hält.
3. Photometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Sensor für den nahen Infrarotstrahlungsbereich ei
nen PbS-Sensor enthält und die im wesentlichen konstante
Temperatur in einem Bereich liegt, der sich von 0°C bis
-20°C erstreckt.
4. Spektralphotometer, gekennzeichnet durch
- - eine Lichtquelleneinrichtung (3 bis 5) zur abwechselnden Erzeugung von Strahlung im nahen Infrarotbereich und von Strahlung, die nicht im nahen Infrarotbereich liegt,
- - Mittel (54) zum Zerlegen der Strahlung von der Lichtquel leneinrichtung zwecks Bildung von im wesentlichen monochro matischer Strahlung, wobei die im wesentlichen monochroma tische Strahlung von den Zerlegungsmitteln auf eine Probe (25) gerichtet wird, um die Probe (25) mit der im wesent lichen monochromatischen Strahlung zu bestrahlen, aus der infolge der Probe Energie absorbiert wird, um eine Proben strahlung zu erhalten, und wobei die Energieabsorption be züglich wenigstens einer spezifischen Wellenlänge erfolgt, die auf die Probe abgestimmt ist, und
- - Mittel zum Detektieren der Probenstrahlung, wobei die Mittel eine erste Sensoreinheit mit einem Sensor (2) für den nahen Infrarotstrahlungsbereich, eine zweite Sensorein heit mit einem Sensor (1) für sichtbare/Ultraviolettstrah lung und Mittel aufweisen, die den Sensor (2) für den nahen Infrarotstrahlungsbereich auf einer im wesentlichen kon stanten Temperatur halten, die kleiner ist als die Raumtem peratur.
5. Spektralphotometer nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Detektormittel so angeordnet sind, daß
sie die Probenstrahlung als Strahlung empfangen, die durch
die Probe hindurchgelaufen ist.
6. Spektralphotometer nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Detektormittel so angeordnet sind, daß
sie die Probenstrahlung als Strahlung empfangen, die an der
Probe reflektiert worden ist.
7. Spektralphotometer nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Sensor für den nahen Infrarotstrahlungs
bereich einen PbS-Sensor enthält und der Sensor (1) für
sichtbare/Ultraviolettstrahlung eine Photomultiplierröhre
aufweist.
8. Spektralphotometer nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Temperaturhaltemittel folgendes aufwei
sen:
- - ein Temperatursensorelement (32) in der Nähe des Sensors (2) für den nahen Infrarotstrahlungsbereich,
- - ein Kühl/Heizelement zum Kühlen/Heizen des Sensors für den nahen Infrarotstrahlungsbereich, der mit diesem ther misch gekoppelt ist, und
- - Schaltungsmittel (59 oder 40 bis 43), die auf ein Aus gangssignal des Temperatursensorelements (32) ansprechen, um das Kühl/Heizelement (31) so zu steuern, daß es den Sen sor (2) auf der im wesentlichen konstanten Temperatur hält.
9. Photometer, gekennzeichnet durch einen Sensorab
schnitt, in welchem Strahlung von einer Lichtquellenein
richtung (3, 4) zu einer Probenkammer (55) zwecks Bestrah
lung einer darin enthaltenen Probe (25) gerichtet wird, um
eine Probenstrahlung von der Probe zu detektieren, wobei
der Sensorabschnitt einen ersten Sensor zum Detektieren von
Strahlung im nahen Infrarotbereich und einen zweiten Sensor
zum Detektieren sichtbarer/ultravioletter Strahlung auf
weist, Kühl/Heizmittel (31) zum Kühlen des ersten Sensors
vorhanden sind und ferner die Kühl/Heizmittel (31) so ge
steuert werden, daß der erste Sensor auf einer gewünschten
Temperatur gehalten wird, die kleiner als die Raumtempera
tur ist.
10. Photometer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Sensor einen Bleisulfidsensor enthält und der
zweite Sensor einen Photomultiplier aufweist.
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