DE68921896T2

DE68921896T2 - Optisches spektrophotometer mit doppelter faser.

Info

Publication number: DE68921896T2
Application number: DE68921896T
Authority: DE
Inventors: David Lefebre
Original assignee: UOP LLC
Current assignee: Honeywell UOP LLC
Priority date: 1989-01-04
Filing date: 1989-12-26
Publication date: 1995-07-20
Anticipated expiration: 2009-12-27
Also published as: EP0452403A1; EP0452403B1; EP0452403A4; US5184193A; DE68921896D1; WO1990007697A1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist allgemein auf eine spektrophotometrische Vorrichtung zum Studium der optischen Eigenschaften einer Probe und spezieller auf eine spektrophotometrische Vorrichtung, die Faseroptikwellenleiter für Lichtübertragung verwendet, gerichtet.

Hintergrund der Erfindung

Spektrophotometrie betrifft die Untersuchung der optischen Eigenschaften einer Probe bei verschiedenen Wellenlängen. Typischerweise erfolgen Messungen von Veränderungen in der Lichtintensität, die entweder von einer Probe als eine Funktion der Längenwelle reflektiert oder durch die Probe übertragen wird. Die resultierenden Daten können verwendet werden, um die Zusammensetzung der Probe und die relativen Konzentrationen der die Probe bildenden Bestandteile zu bestimmen. Diese Analyse wird gewöhnlich durchgeführt, indem man ein Spektralbild von Lichtintensitäten als eine Funktion der Wellenlänge für die Probe mit den Spektralbildern bekannter Substanzen vergleicht. Das Vergleichsverfahren selbst schließt oftmals komplexe mathematische Techniken ein, wie die Verwendung kleinster Teilquadrate mit latenten Variablen, um das Spektralbild der bekannten Bezugssubstanzen an das Bild der Probe anzupassen.
Spektrophotometrie hat eine große Breite von Anwendungsmöglichkeiten sowohl in der Wissenschaft als auch in der Industrie. Bei der letzteren Verwendung wurde Spektrophotometrie verwendet, um den Feuchtigkeits- und Proteingehalt verschiedener Körner und die Kontrollproduktzusammensetzung in fließenden chemichen Produktionsverfahren zu bestimmen. Spektrophotometer schließen typischerweise eine Lichtquelle, ein Gitter zum Dispergieren von Licht in einer Reihe monochromatischer Strahlen einer einzelnen Wellenlänge und irgendeine Art von Photodetektor ein. Das Gitter kann so angeordnet werden, daß man vordispergiertes monochromatisches Licht sowohl zu der Probe als auch zu dem Detektor bekommt, oder stattdessen kann polychromatisches Licht von der Quelle auf die Probe und dann durch das Gitter gestreut werden, bevor es auf den Detektor gerichtet wird. Da Gitter gewöhnlich Licht verschiedener Wellenlänge in unterschiedlichen Winkeln streuen, kann die Wellenlänge des monochromatischen Lichtstrahles, der schließlich den Dektektor in irgeneiner Spektrophotometergestaltung erreicht, durch einfaches Drehen des Gitters verändert werden.
Faseroptikkabel können auch verwendet werden, um Licht von dem Spektrophotometer zu einer Probe in einem Abstand zu leiten. Dieser Lösungsweg hat beachtliche Vorteile bei industriellen Anwendungen für chemische Verfahren.
Da spektrophotometrische Analyse von einem Vergleich relativer Lichtintensitäten abhängt, ist es erwünscht, die die Probe erreichende Lichtintensität so gleichmäßig konstant wie möglich zu halten, und zwar sowohl über den von dem Spektrophotometer verwendeten Wellenlängenbereich als auch über den Zeitverlauf. Die Genauigkeit eines Spektrophotometers ist oftmals durch die Mindestlichtintensität von der Apparatur gekennzeichnet, die in einer Weise fluktuiert, daß sie nicht anders kompensiert werden kann.
Ein Weg zur Verbesserung der Genauigkeit eines Spektrophotometers ist die Maximierung der Gleichmäßigkeit von Licht, das in der Apparatur erzeugt und durch die Apparatur geleitet wird. Frühere Bemühungen wurden beispielsweise gemacht, um eine polychromatische Lichtquelle mit einem sehr gleichförmigen Ausgang zu entwickeln. Ein Beispiel dieses Lösungsweges ist in der US-Patentschrift 4 094 609 von Y. Fujii et al erläutert. Leider haben jedoch selbst die besten Lichtquellen feststellbare Variationen der Lichtintensität bei unterschiedlichen Wellenlängen, die sich auch über die Zeit verändern können.
Außerdem wurden zur Minimierung der Lichtintensitätsabweichung bekannter Quellen in einem Spektrophotometer auch Bemühungen unternommen, diese Abweichung zu kompensieren, indem man ein Bezugsspektralbild vorsieht, das analytisch verwendet werden kann, um für Variationen in der Lichtintensität des Probenspektralbildes verantwortlich zu sein, welche einer Lichtwechselwirkung mit der Probe nicht zuzuschreiben sind. Bei einer Anwendung dieses Weges, die in der US-Patentschrift 4 696 570 von Joliot et al erläutert ist, wird vorzerstreutes monochromatiches Licht von einem Gitter auf ein Faseroptikbündel gerichtet, welches das Licht zu einer Probe leitet. Ein kleiner Teil des Faseroptikbündels wird auch verwendet, um die Probe zu umgehen und um einen Teil des vorzerstreuten monochromatischen Lichtes auf eine Bezugsprobe und dann einen Detektor zu leiten. Das Spektralbild von der Bezugsprobe wird dann verwendet, um Variationen der Intensität des vorzerstreuten monochromatischen Lichtstrahles zu kompensieren, der in das Faseroptikbündel eintritt. Dieser Weg leidet ledoch noch unter einiger Ungenauigkeit.
Ähnlich beschreibt die WO 86/00 406 ein Spektrophotometer mit einem Monochromator, um Licht variabler Wellenlänge an mehrere Fasern, die mit betreffenden Probenzellen verbunden sind, und eine Bezugsfaser, die direkt mit einem Detektor verbunden ist, zu liefern.
Bei einer anderen Anwendung des Lösungsweges mit Bezugsstrahl, die in den US-Patentschriften 4 285 596 und 4 540 282 von Lamda et al erläutert ist, wird die zu unteruchende Probe periodisch durch eine Probe bekannter optischer Eigenschaften, wie Teflon, ersetzt, um Langzeitveränderungen der Lichtintensität als eine Funktion der Wellenlänge zu kompensieren. Dieser Weg erfordert einen hohen Gleichförmigkeitsgrad bei der Bestimmung der Wellenlänge, bei welcher eine spezielle Intensitätsmessung gemacht wird. Die beiden Patente von Lamda et al sind somit auf Gitterantriebssysteme gerichtet, die für wiederholte Bestimmung der Gitterausrichtung geeignet sind, um wiederholt die Wellenlängen zu bestimmen, bei denen verschiedene Lichtintensitätsmessungen gemacht werden. In dem ersteren Patent wird ein Paar komplex gestalteter Nocken verwendet, während in dem letzteren Patent ein doppelpoliger bürstenloser Gleichstrommotor und eine flache Rückführfeder verwendet werden.
Periodischer Ersatz einer zu untersuchenden Probe durch ein bekanntes Bezugsmaterial kann jedoch bei einer Reihe herkömmlicher spektrophotometrischer Anwendungen unbequem sein. Im Falle fließender chemischer Herstellungsverfahren muß beispielsweise der zu untersuchende Fließmittelfluß blockiert werden, um eine Luftbezugsprobe zu bekommen. So ist das Austauschverfahren typischerweise zeitraubend und kann auch arbeitsintensiv sein. Wegen der Geschwindigkeit des Gitterantriebssystems, welches erforderlich ist, um eine geeignete Wiederholungsgenauigkeit zu erreichen, kann außerdem die Dauer und damit die Intensität des Lichtes bei irgendeiner speziellen Wellenlänge, die mit der Probe in Wechselbeziehung tritt, unerwünscht niedrig sein.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung bekommt man ein Spektrophotometer mit geringem Rauschen mit
einer Monochromatoreinrichtung, um einen Lichtstrahl variabler Wellenlänge zu liefern,
einer ersten Faseroptikeinrichtung, um Licht von der Monochromatoreinrichtung zu einer oder mehreren Proben zu leiten,
einer zweiten Bezugsfaseroptikeinrichtung, um Licht von der Monochromatoreinrichtung zu leiten, und
einer Detektoreinrichtung zur Feststellung der Lichtintensität von der ersten Faseroptikeinrichtung mit Hilfe einer Probe und zur Feststellung von Bezugslicht von der zweiten Faseroptikeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Translationsbewegungseinrichtung für alternative Positionierung der Eingangsenden der ersten und zweiten Faseroptikeinrichtungen in einer vorbestimmten Stellung in bezug auf den Ausgang der Monochromatoreinrichtung vorgesehen ist, so daß die ersten und zweiten Faseroptikeinrichtungen alternativ Licht von jener vorbestimmten Stellung aus leiten.
Bei einer Ausführungsform enthält das Spektrophotometer der vorliegenden Erfindung einen dritten Faseroptikwellenleiter zur Leitung von Licht zurück von der Probe und einen Photodetektor, der optisch sowohl mit dem Bezugsstrahlfaseroptikwellenleiter als auch dem dritten oder Probenrückführwellenleiter gekoppelt ist. Ein optischer Multiplexer ist auch einbezogen, um alternativ Licht zu dem Photodetektor entweder von dem Bezugswellenleiter oder dem Probenrückführwellenleiter zu übertragen. Faseroptikwellenleiter mit einzelnem Strang können in dem Spektrophotometer verwendet werden, und mehrere zusätzliche Einzelstrangwellenleiter sind derart eingeschlossen, daß Lichtintensitätsmessungen für mehrere verschiedene Proben während einer einzigen Monochromatorabtastung gemacht werden können. Ein getrennter Faseroptikwellenleiter mit einzelnem Strang leitet Licht von dem Monochromator zu jeder Probe, und ein weiterer Wellenleiter mit einzelnem Strang ist auch mit jedem der Probenwellenleiter verbunden, um einzelne Bezugsstrahlen für jeden Probenwellenleiter zu liefern. Die optischen Eingangsenden aller Proben- und Bezugsfaseroptikwellenleiter sind mit der Translationsvorrichtung in einer Weise verbunden, die die optischen Stirnflächen der Probenwellenleiter in einer einzelnen Säule mit den Bezugswellenleitern, die in einer benachbarten Säule ausgerichtet sind, derart auszurichten, daß entsprechende Proben- und Bezugswellenleiter nächst zueinander positioniert werden.
Bei einer alternativen Ausführungsform enthält das Spektrophotometer einen ersten Photodetektor, der optisch mit dem Bezugsstrahlfaseroptikwellenleiter gekoppelt ist, und einen zweiten getrennten Photodetektor, der mit einem Faseroptikwellenleiter gekoppelt ist, welcher von der Probe rückgeführtes Licht leitet. Diese Ausführungsform gestattet zusätzlich gleichzeitige Messung von Proben- und Bezugslichtintensitäten, um so auch kurzzeitige Fluktuationen der Lichtintensität an dem Monochromatorausgang zu kompensieren, die während der Zeit auftreten, die für eine Monochromatorabtastung erforderlich ist.
Ein geeigneter Multiplexer für alternatives Leiten von Licht von den Faseroptikwellenleitern umfaßt eine Basis mit mehreren Bohrungen, die sich durch die Basis hindurch erstrecken und einer Anzahl von Kanälen in dem Multiplexer entsprechen. Die entgegengesetzten Enden einer jeden Bohrung sind so gestaltet, daß sie das Ende eines Faseroptikwellenleiters aufnehmen, wobei die Wellenleiter in die Bohrungen derart hineinragen, daß sie einen Spalt in der Bohrung zwischen den Stirnflächen der Wellenleiter lassen. Ein opakes ferromagnetisches Element ist auch in dem Spalt angeordnet, und Elektromagnete sind mit der Multiplexerbasis verbunden, um so getrennte magnetische Felder umkehrbarer Polarität in jeder Bohrung zu bilden.
Versorgung der Elektromagnete mit Energie, um ein magnetisches Feld einer Polarität in der Bohrung zu bilden, positioniert das ferromagnetische Element in dem Spalt so, um die Lichtübertragung zwischen den Stirnflächen der ferromagnetischen Wellenleiter zu blockieren, während ein magnetisches Feld umgekehrter Polarität die Scheibe so verschiebt, daß eine Lichtübertragung gestattet wird. Wenn Faseroptikwellenleiter mit einzelnem Strang verwendet werden, enden die Wellenleiter vorzugsweise in Preßklemmen, die wenigstens teilweise in den Bohrungen der Multiplexerbasis angeordnet sind, wobei die Einzelstrangoptikfasern gegenüber einer einzelnen Längsachse der Bohrungen entlang einer Linie parallel zu den Magnetfeldern, die von den Elektromagneten gebildet werden, versetzt sind.
Ein geeigneter Monochromator für die Verwendung mit Ausführungsformen der Erfindung umfaßt ein drehbares Gitter und Schalttechnik zur Bestimmung der Winkelausrichtung des Gitters in bezug auf einen Ausgangsschlitz des Monochromators. Diese Schalttechnik schließt ein Präzisionslinearpotentiometer, welches ein Ausgangsspannungssignal proportional zur Winkelausrichtung des Gitters liefert, eine Steuervorrichtung, wie einen Computer, um ein Ausgangsspannungssignal entsprechend einer von einer Reihe vorbestimmter Gitterorientierungen zu liefern, einen Differentialverstärker mit hoher Ausbeute mit einem mit dem Potentiometer verbundenen Eingang und einem anderen mit der Steuervorrichtung verbundenen Eingang, der ein Ausgangssignal liefert, welches einen Spannungsunterschied zwischen den beiden Eingängen anzeigt, und einen Komparator mit einem mit dem Ausgang des Differentialverstärkers verbundenen Eingang, der ein Ausgangssignal liefert, wann immer das Ausgangsspannungssignal von dem Differentialverstärker Null ist, ein. Dieses Ausgangssignal von dem Komparator zeigt an, wann die Winkelausrichtung des Gitters gleich oder sehr nahe der vorbestimmten Gitterausrichtung entsprechend dem Ausgangspannungssignal von der Steuervorrichtung ist, und zeigt so die Winkelausrichtung des Monochromators mit hoher Präzision an.
Für eine Messung der Ausgangsspannungen eines Photodetektors, der Lichtintensität von den Bezugs- und Probenlichtstrahlen abfühlt, und zur Erzeugung eines für die Verwendung durch einen Kontrollcomputer geeigneten Ausgangssignals geeignete Schalttechnik schließt eine Proben- und Haltevorrichtung, die mit dem Ausgang des Photodetektors verbunden ist und die Ausgangsspannung von dem Detektor bei Empfang eines Befehlssignals hält, einen programmierbaren Verstärker, der mit dem Ausgang der Proben- und Haltevorrichtung verbunden ist, um eine Verstärkung variabler Größe für den Spannungsausgang der Probenund Haltereinrichtung zu liefern, und eine zweite Proben- und Haltereinrichtung, die mit dem Ausgang des programmierbaren Verstärkers verbunden ist, ein. Bei der Verwendung wird ein Befehlssignal zu der ersten Proben- und Halteeinrichtung geschickt, um den Spannungsausgang des Photodetektors zu speichern, wenn Licht einer erwünschten Wellenlänge durch das Spektrophotometer zu dem Photodetektor geleitet wird. Der programmierbare Verstärker liefert dann an die zweite Proben- und Halteeinrichtung eine verstärkte Form der in der ersten Proben- und Halteeinrichtung gespeicherten Spannung, wobei der Computer Zugriff zu der Spannung, die in der zweiten Proben- und Halteeinrichtung gespeichert ist, durch einen geeigneten Analog-in-digital-Wandler hat. Das Steuersignal zu der ersten Proben- und Halteeinrichtung kann von dem Computer oder stattdessen von dem Ausgang des oben diskutierten Monochromator-Komparator geliefert werden. Der Computer kann auch verwendet werden, um die Verstärkung des programmierbaren Verstärkers zu steuern, um so den in der zweiten Proben- und Halteeinrichtung gespeicherten Spannungsbereich in einen erwünschten dynamischen Bereich des Analog-in-digital-Wandlers zu optimieren, der maximale Genauigkeit ergibt.
Alternativ können mehrere Proben- und Halteeinrichtungen mit dem Ausgang des Photodetektors verbunden und ein elektrischer Multiplexer mit dem programmierbaren Verstärker derart kombiniert sein, daß die Ausgangsspannung des Photodetektors gleichzeitig in mehreren Proben- und Haltestromkreisen gespeichert und anschließend gemessen werden kann, was Veränderungen in der Signalintensität minimiert, die dem Photodetektor und der Spannungsmeßschalttechnik zuzuschreiben sind.
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung bekommt man eine spektrophotographische Methode unter Verwendung einer spektrophotographischen Vorrichtung mit einem Monochromator, einem ersten Faseroptikwellenleiter zum Richten von Licht von einem Ausgang des Monochromators zu einer Probe, einem zweiten Wellenleiter zum Richten von Licht von der Monochromator-Ausgangsdetektoreinrichtung zur Feststellung der Lichtintensität von der ersten Faseroptikeinrichtung mit Hilfe einer Probe und zur Feststellung von Bezugslicht von der zweiten Faseroptikeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Stufen einschließt, in denen man alternativ optische Zuführungen der ersten und zweiten Faseroptikwellenleiter in einer vorbestimmten Stellung in bezug auf den Monochromatorausgang positioniert,
die Wellenlänge des Lichtes von dem Monochromator abtastet, wenn sich der optische Eingang eines der Faseroptikwellenleiter in dieser vorbestimmten Stellung befindet, und
die Wellenlänge des Lichtes von dem Monochromator abtastet, wenn sich der optische Eingang des anderen der Faseroptikwellenleiter in der gleichen vorbestimmten Stellung befindet, wobei die Lichtintensitätsdaten von den getrennten Abtastungen für wenigstens teilanomale Kompensation verwendet werden können.
Kurz und allgemein gesagt, können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine neue Spektrophotometervorrichtung und -messungsmethodenlehre mit verbesserter Genauigkeit liefern, die zweckmäßig für die Verwendung auf Anwendungsgebieten ist, wo die Probe in gleichem Abstand von der spektrophotometrischen Vorrichtung angeordnet sein kann. Außerdem kann das Spektrophotometer der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um die optischen Eigenschaften mehrerer Proben gleichzeitig zu studieren, und kann über lange Zeitdauer mit einem hohen Grad an Wiederholungsgenauigkeit betrieben werden.
Für ein besseres Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie diese effektvoll durchgeführt werden kann, wird nun beispielhalber auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist eine repräsentative schematische Darstellung des Spektrophotometers der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung der Faseroptiktranslationseinrichtung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 ist eine Endansicht der optischen Eingänge für die Proben- und Bezugsfaseroptikkabel des Spektrophotometers der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des optischen Multiplexers der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 ist eine geschnittene Seitenansicht des optischen Multiplexers der vorliegenden Erfindung entlang der Linie V-V in Fig. 4.
Fig. 6 ist eine geschnittene Endansicht des optischen Multiplexers der vorliegenden Erfindung entlang der Linie VI-VI in Fig. 4.
Fig. 7 ist eine Endansicht des optischen Transmissionsspaltes in dem optischen Multiplexer der vorliegenden Erfindung unter Erläuterung eines offenen optischen Kanals.
Fig. 8 ist eine Endansicht des optischen Transmissionsspaltes in dem optischen Multiplexer der vorliegenden Erfindung unter Erläuterung eines geschlossenen optischen Kanals.
Fig. 9 ist eine schematische Darstellung eines verallgemeinerten Schaltungskreises der vorliegenden Erfindung zum Antrieb eines Monochromatorgitters und zur Messung der Winkelausrichtung des Gitters.
Fig. 10 ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform der elektronischen Schaltung zum Antrieb eines Gittermonochromators und zur Messung der Winkelausrichtung des Gitters.
Fig. 11 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer elektronischen Schaltung der vorliegenden Erfindung zur Messung der Ausgangsspannung eines Photodetektors, der die Lichtintensität abfühlt, die durch die Bezugs- und Probenfaseroptikwellenleiter der vorliegenden Erfindung geleitet wird.
Fig. 12 ist eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines Spektrophotometers nach der Erfindung mit einer geöffneten Frontdeckplatte aus Gründen einer bequemen Erläuterung.
Fig. 13 ist eine Seitendarstellung einer anderen Ausführungsform des optischen Multiplexers der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Unter Bezugnahme auf die Figuren und spezieller auf Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer erläuternden Ausführungsform des Spektrophotometers 10 der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Spektrophotometer 10 enthält einen Monochromator 13, der vorzerstreutes monochromatisches Licht an eine Ausgangsöffnung 15 liefert. Der Monochromator 13 enthält eine Lichtquelle 16, eine Fokussieroptik 19 und einen Eingangsschlitz 21, um einen polychromatischen Lichtstrahl auf ein Gitter 22 zu richten. Die Lichtquelle 16 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, wie eine Wolframlampe, und die Fokussieroptik 19 kann ähnlich von irgendeinem geeigneten Typ sein, der in der Technik bekannt ist, um eine minimale Veränderung des Brennpunktes bei unterschiedlichen Wellenlängen zu haben. Das Gitter 22 ist vorzugsweise ein konkaves holographisches Gitter, dessen Linien durch holographische Techniken gebildet wurden. Gitter dieses Typs haben typischerweise Abweichungskorrekturen, die einen hohen Lichtenergiedurchsatz liefern. Der Monochromator 13 enthält auch einen Gitterantrieb 25 zum Drehen des Gitters 22 und zur Messung der Winkelausrichtung des Gitters 22 in bezug auf die Ausgangsöffnung 15 sowie ein Filterrad 28 zum Modulieren des Ausgangs des Monochromators 13 und auch zum Kalibrieren des Gitterantriebs 25.
Das Spektrophotometer 10 enthält weiterhin zwei komplementäre Paare von lichtleitenden Faseroptikkabeln 34, 35 und 36, 37. Wie nachfolgend vollständiger diskutiert wird, sind die optischen Eingänge 40 der Faseroptikkabel 34 bis 37 miteinander und mit einer Translationsvorrichtung 43 verbunden, die die optischen Eingänge 40 der Faseroptikkabel 34 bis 37 derart wechselweise positioniert, daß die optischen Eingänge jedes der Faseroptikkabel 34 und 35 die gleiche Position in bezug auf die Monochromatorausgangsöffnung 15 einnehmen können und daß die optischen Eingänge jedes der Faseroptikkabel 36 und 37 gleichzeitig die gleiche Position in bezug auf die Ausgangsöffnung 15 einnehmen können. Bei der derzeit bevorzugten Ausführungsform sind die Faseroptikkabel 34 bis 37 vorzugsweise optische Faserwellenleiter mit Einzelstrang. Faseroptikkabel dieser Art sind in der Technik bekannt. Eine Quelle geeigneter Faseroptikkabel mit Einzelstrang ist Guided Wave, Inc. in Eldorado Hills, Kalifornien. Bei der bevorzugten Ausführungsform werden in dem Spektrophotometer 10 angeordnete Faseroptikkabel mit einem Polyamidüberzug versehen, während außerhalb des Spektrophotometers 10, wie nachfolgend weiter im einzelnen diskutiert, verwendete Faseroptikkabel weiter mit einer Siliconschicht ummantelt werden, auf die ein dichter Rohrstrangpreßling, eine Litze und schließlich ein stranggepreßter Mantelfolgen.
Das Spektrophotometer 10 enthält auch einen optischen Multiplexer mit vier Kanälen für alternative Übertragung von Licht, das durch die Faseroptikkabel 34 bis 37 zu einem Photodetektor 49 übertragen wird. Der Multiplexer 46 ist optisch mit dem Detektor 49 durch vier Faseroptikkabel 52 verbunden. Jedes Faseroptikkabel 52 ist an einem Ende mit einem getrennten Ausgang der optischen Kanäle des Multiplexers 46 und einzeln an einem anderen Ende mit einem aktiven Abschnitt des Detektors 49 verbunden. Konditionierelektronik 55 ist auch vorgesehen, um den Ausgang des Detektors 49 zu messen und geeignete digitalisierte Signale an einen Computer 58 zu liefern, der den Betrieb des Spektrophotometers 10 steuert.
Zu Erläuterungszwecken ist das in Fig. 1 gezeigte Spektrophotometer 10 ausgelegt, um die optischen Eigenschaften von zwei getrennten Proben zu studieren, die in Probenkammern 61 und 64 angeordnet sind. Die Probenkammern 61 und 64 können von irgendeiner herkömmlichen Form sein, die in der Spektrophotometrietechnik bekannt ist. Eine Probenkammertype, die für die Verwendung beim Analysieren der Zusammensetzung fließender Fluide besonders geeignet ist, ist in der US-Patentschrift 4 786 171 von LeFebre et al beschrieben. Es sollte jedoch ausdrücklich verstanden werden, daß zum Zwecke der vorliegenden Erfindung das Spektrophotometer 10 auch ausgelegt werden könnte, um mehrere zusätzliche Proben oder nur eine Probe zu untersuchen, einfach durch Veränderung der Anzahl der Paare von Faseroptikkabeln in dem Spektrophotometer 10 und der Anzahl von optischen Kanälen in dem Multiplexer 46. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde entwickelt, um die optischen Eigenschaften von bis zu vier getrennten Proben zu studieren.
Wie weiter unten vollständiger diskutiert werden wird, werden die Faseroptikkabel 34 und 36 der Faseroptikkabel 34, 35 und 36, 37 als Probenkabel verwendet und leiten Licht von dem Monochromator 13 zu den Probenkammern 61 und 64. Weitere Faseroptikkabel 67 und 68 führen Licht von den Probenkammern 61 und 64 zu dem Multiplexer 46 zurück. Die anderen Faseroptikkabel 35 und 37 werden als Bezugskabel verwendet und leiten Licht von dem Monochromator 13 direkt zu dem Multiplexer 46. In dieser erläuternden Ausführungsform werden die relativ beständigen und niedrigen optischen Dämpfungseigenschaften von Faseroptikkabeln auch vorteilhaft verwendet, um die Probenkammern 61 und 64 im Abstand von dem Spektrophotometer 10 anzuordnen. Optische Verbindungen 71 und 74, die die Übertragung von Licht zwischen getrennten Faseroptikkabeln erleichtern, sind vorgesehen, um jeweils die Probenfaseroptikkabel 34 und 36 und die Rückführkabel 67 und 68 in getrennte Sätze von Faseroptikkabeln 34a, 36a und 67a, 68a, die in dem Spektrophotometer 10 angeordnet sind, und in getrennte Sätze von Faseroptikkabeln 34b, 36b und 67b, 68b, die außerhalb des Spektrophotometers 10 angeordnet sind, zu teilen. Die Bezugsfaseroptikkabel 35 und 37 sind ähnlich vorzugsweise in Faseroptikkabel 35a und 37a geteilt, die sich von der Monochromatorausgangsöffnung 15 zu der optischen Verbindung 71, den Faseroptikkabeln 35b und 37b, die außerhalb des Spektrophotometers 10 angeordnet sind, und Faseroptikkabeln 35c und 37c in dem Spektrophotometer 10 zwischen den optischen Verbindungen 74 und dem Multiplexer 46 erstrecken.
Im Betrieb des Spektrophotometers 10 wird zunächst der Gitterantrieb 25 so kalibriert, daß Ausgangssignale von dem Gitterantrieb 25 in Korrelation zu der Wellenlänge des monochromatischen Lichtes gebracht werden können, das an der Ausgangsöffnung 15 des Monochromators 13 erzeugt wird. Dieses Korrelationsverfahren wird für jedes Paar von Bezugs- und Probenfaseroptikkabeln 34, 35 und 36, 37 durchgeführt. Das Filterrad 28 wird zunächst zu einem Kalibrierfilter gedreht, welches Licht mit zwei oder mehr bekannten Wellenlängen überträgt. Das Gitter wird dann über seinem Betriebsbereich von Winkelausrichtungen abgetastet, wobei die Wellenlänge von monochromatischem Licht abgetastet wird, das an der Ausgangsöffnung 15 erzeugt wird. Die Ausgänge des Detektors 49 und des Gitterantriebs 25 werden durch die Steuercomputer 58 während dieser Abtastung überwacht. Wenn Spitzensignale durch den Detektor 49 abgefühlt werden, die der Übertragung von Licht mit einer bekannten Wellenlänge durch das Kalibrierfilter des Rades 28 entsprechen und somit anzeigen, daß das Gitter 22 so ausgerichtet ist, daß es diese Wellenlänge zu der Monochromatorausgangsöffnung 15 reflektiert, wird das Ausgangssignal des Gitterantriebs 25 aufgezeichnet.
Unter Benutzung der Ausgangssignale von dem Gitterantrieb 25, die erzeugt werden, wenn wenigstens zwei bekannte Wellenlängen durch den Detektor 49 abgefühlt werden, kann eine Beziehung für den gesamten Betriebsbereich des Monochromators berechnet werden, die Signale von dem Gitterantrieb 25 mit den Wellenlängen des Lichtausgangs von dem Monochromator 13 in Korrelation bringt. Bei einer derzeit bevorzugten Ausführungsform wird der Bereich des Monochromators in mehr als 2000 Stufen geteilt, von denen jede eine einzelne Wellenlänge von Lichtausgang aus dem Monochromator 13 repräsentiert. Mit dem dynamischen Bereich der derzeit bevorzugten Ausführungsform des Monochromators 13 repräsentiert jede dieser Stufen eine Veränderung von weniger als 1 nm in der Wellenlänge des an der Ausgangsöffnung 15 erzeugten monochromatischen Lichtes.
Im Falle des erläuterten Spektrophotometers 10, das in Fig. 1 erläutert wird, werden vier Sätze von Anfangslichtintensitätsmessungen vorgenommen, nachdem der Gitterantrieb 25 kalibriert ist. Diese Lichtintensitätsmessungen entsprechen der Übertragung von Licht über jeden der verschiedenen optischen Wege durch die Faseroptikkabel 34 bis 37. So wird beispielsweise für jedes komplementäre Paar von Faseroptikkabeln 34, 35 und 36, 37 ein Satz von Lichtintensitätsmessungen Isr( ) und Irr( ) abgenommen. Der erste Index in jedem der Ausdrücke Isr und Irr bezeichnet den optischen Weg zu dem Detektor entweder durch das Proben- oder Bezugsfaseroptikkabel, während der zweite Index anzeigt, daß die Messungen während einer Anfangsbezugsabtastung aufgezeichnet wurden.
Um die anfänglichen Lichtintensitätsmessungen durchzuführen, richtet der Computer 58 den optischen Multiplexer 46 so aus, daß getrennt Licht durch einen seiner optischen Kanäle übertragen wird, mit denen die Faseroptikkabel 35c, 37c, 67b, und 68b verbunden sind, während der Lichtausgang des Monochromators über seinen erwünschten Betriebsbereich der Wellenlängen abgetastet wird. So wird für eine gesamte Abtastung Licht durch nur einen optischen Kanal geleitet. Während dieser Anfangsabtastungen sind die Probenkammern 61 und 64 leer. Außerdem positioniert die Translationseinrichtung 43 wechselweise die betreffenden optischen Eingänge der Faseroptikkabel 34 bis 37 derart, daß die einzelnen optischen Eingänge der Faseroptikkabel in den betreffenden komplementären Faseroptikpaaren 34, 35 und 36, 37 die gleiche Stellung in bezug auf die Monochromatorausgangsöffnung 15 während der betreffenden Abtastungen einnehmen. So würden während einer ersten Abtastung die Probenfasern 34 und 36 der komplementären Paare von Proben- und Bezugsfasern 34, 35 und 36, 37 eine spezielle Stellung in bezug auf die Monochromatorausgangsöffnung 15 einnehmen, während bei einer zweiten Abtastung die Bezugsfasern 35 und 37 jene gleiche Stellung einnehmen würden.
Wenn eine spektrophotometrische Analyse einer Probe durchzuführen ist, tastet der Lichtausgang des Monochromators wieder über seinen Wellenlängen bereich eine getrennte Zeit für jeden der optischen Wege durch die Faseroptikkabel 34 bis 37 und werden Lichtintensitätsmessungen abgenommen. Wie mit dem Anfangssatz von Bezugsabtastungen positioniert der Zuordner 43 die optischen Eingänge 40 der Faseroptikkabel 34 bis 37 derart, daß die optischen Eingänge der optischen Kabel mit Einzelfaser in den betreffenden komplementären Faseroptikkabelpaaren 34, 35 und 36, 37 die gleiche Stellung in bezug auf die Monochromatorausgangsöffnung 15 während ihrer betreffenden Abtastungen einnehmen. So erfolgen für lede Messung einer Probe zwei Abtastungen.
Erläuterungshalber, wenn eine Probe in der Kammer 61 untersucht werden soll, positioniert der Zuordner 43 den optischen Eingang 40 des Probenfaseroptikkabels 34 an der Monochromatorausgangsöffnung 15 und wird ein Satz von Lichtintensitätsmessung Iss( ) abgenommen, wenn der Lichtausgang des Monochromators abgetastet wird. Dabei zeigt Iss( ), der erste Index, eine Messung durch das Probenfaseroptikkabel 34, und der zweite Index zeigt, daß die Monochromatorabtastung während einer Probenperiode erfolgte. Der Zuordner 43 positioniert dann den optischen Eingang 40 des Bezugsfaseroptikkabels 35 an der gleichen physikalischen Stelle, die vorher von dem optischen Eingang des Probenfaseroptikkabels 34 eingenommen wurde, und es wird ein zweiter Satz von Lichtintensitätsmessungen Irs( ) durchgeführt. Ähnlich wird nun der optische Eingang des Bezugsfaseroptikkabels 37 die physikalische Stelle einnehmen, die vorher von dem optischen Eingang des Probenfaseroptikkabels 36 eingenommen wurde. ln dem Ausdruck Irs( ) bedeutet der erste Index r Messungen, die durch das Bezugsfaseroptikkabel aufgenommen wurden, und zeigt der zweite Index, daß die Abtastung während der Probenperiode vorgenommen wurde.
Langzeitkompensation einer Abweichung des Lichtintensitätsausgangs des Monochromators 13 kann dann erfolgen, indem man den Satz von Lichtintensitätsmessungen, der während der Probenabtastung abgenommen wird, durch die folgende Gleichung korrigiert:
Das obige Verfahren liefert einen stabilen Betrieb des Spektrophotometers 10 während einer Zeitdauer, die sich über zehn Tage erstrecken kann, mit unbedeutender Abweichung in den korrigierten Lichtintensitätsmessungen von weniger als 5 Mikro-AU von Peak zu Peak über einen breiten Spektralwellenlängenbereich.
Variationen in der Intensität des Lichtausgangs aus dem Monochromator, die während der Zeitdauer einer Abtastung auftreten, typischerweise 3 sec, können nicht auf diesem Weg kompensiert werden. Eine alternative erläuternde Ausführungsform des Spektrometers 10 der vorliegenden Erfindung ist daher mit gestrichelten Linien in Fig. 1 gezeigt, die verwendet werden kann, um jene Lichtintensitätsvariationen, die innerhalb des Verlaufes einer Abtastung auftreten, teilweise zu kompensieren. Allgemein gesprochen wird das oben diskutierte Verfahren durch gleichzeitige Messung von Lichtintensitäten modifiziert, die sowohl durch die Bezugs- als auch die Probenfasern eines jeden komplementären Faseroptikkabelpaares während des Verlaufs einer Abtastung einer einzigen Probe und einer Bezugsprobe durchgeführt werden. Demnach wird das Spektrophotometer 10 modifiert, indem man den optischen Weg durch die Bezugsfaseroptikkabel 35 und 37 zu einem getrennten optischen Multiplexer 76 führt, der optisch mit einem getrennten zusätzlichen Detektor 78 verbunden ist. Das oben diskutierte Probenverfahren wird dann modifiziert, indem man einen dritten zusätzlichen Satz von Lichtintensitätsmessungen abnimmt. Diese Messungen werden von dem Bezugsfaseroptikkabel während der gleichen Zeit aufgenommen, in welcher Lichtintensitätsmessungen von den Probenfaseroptikkabeln 34 und 36 genommen werden. Sowohl Langzeitals auch Kurzzeitveränderungen in dem Lichtintensitätsausgang des Monochromators werden dann durch die folgende Gleichung kompensiert:
Der dritte Index in dem neuen Ausdruck der obigen Gleichung wird verwendet, um anzuzeigen, daß diese Lichtintensitätsmessungen abgenommen werden, während das Bezugsfaseroptikkabel aus einer normalen Abtaststellung in bezug auf die Monochromatorausgangsöffnung 15 verschoben wird. Diese Verschiebung ist erforderlich, da jene Stellung während dieser Abtastung von dem optischen Eingang des optischen Probenfaserkabels eingenommen wird. Der Grad gleichzeitiger Kompensierung hängt von den Raumanomalien an der Monochromatorausgangsöffnung 15 ab und erreicht oder übersteigt etwa 80 % der Veränderung.
Bezieht man sich nun auf Fig. 2, so ist eine Ausführungsform der Translationseinrichtung 43 gezeigt, die schematisch in Fig. 1 erläutert ist. Der Zuordner 43 enthält eine Preßklemme 80, die die optischen Eingänge der Faseroptikkabel 34 bis 37 befestigt, welche in Fig. 1 gezeigt sind. Die Preßklemme 80 ist an einem Träger 82 befestigt, der seinerseits mit einer Transiationsstufe 84 verbunden ist. Die Stufe 84 enthält zwei Abschnitte 84a und 84b, die sich in bezug zueinander entlang einer einzigen Achse bewegen können. Geeignete Translationsstufen sind in der Technik bekannt und bei verschiedenen Herstellern optischer Einrichtungen erhältlich. Wie in Fig. 2 erläutert ist, ist ein Teil 84a der Translationsstufe 84 an einem Basisteil 86 befestigt, während der Träger 82, der die Preßklemme 80 hält, an dem anderen Teil 84b der Translationsstufe 80 befestigt ist.
Um eine Relativbewegung der Translationsstufenabschnitte 84a und 84b zu bewirken, sind zwei Elektromagnete 88 und 89 auf der Trägerplatte 110 befestigt, die ihrerseits mit der Basis 86 verschraubt ist. Die Elektromagnete 88, 89 ziehen alternativ ein Paar von Permanentmagneten 91 und 93 an, die mit den Innenoberflächen des Trägers 82 verbunden sind. So können bei der Verwendung die Elektromagneten 88 und 89 alternativ erregt werden, so daß beispielsweise der Elektromagnet 88 den Permanentmagneten 91 anzieht und so den Stufenabschnitt 86b zu dem Elektromagneten 88 bewegt. Alternativ kann der Elektromagnet 89 so erregt werden, daß er den Parmanentmagneten 93 anzieht und somit den Stufenabschnitt 84 zu dem Elektromagneten 89 verschiebt.
Der Laufabstand des Stufenabschnittes 86b ist durch eine Verstellschraube 95 begrenzt, die in die Basis 86 geschraubt ist und eine konische Spitze 96 hat, welche an die Kanten einer Öffnung 98 in dem Träger 82 angreift. Schrauben der Verstellschraube 95 in die Basis 86 und aus ihr verändert somit den Lauf der Stufe 84.
Bezieht man sich nun auf Fig. 3, so ist dort die Endstirnfläche der Preßklemme 80 gezeigt, die die optischen Eingänge 40 der Faseroptikkabel 34 bis 37 festhält. Zu Erläuterungszwecken jedoch sind vier zusätzliche Faseroptikkabelstirnflächen 104, 105, 106 und 107 gezeigt. Diese zusätzlichen Faseroptikkabel bilden zwei zusätzliche komplementäre Faseroptikkabelpaare 104, 105, 106 und 107, die in Verbindung mit zwei zusätzlichen Probenkammern (nicht gezeigt) verwendet werden könnten, wobei die Faseroptikkabel 104 und 106 als Probenfasern wirken und Licht zu den Probenkammern führen und die Faseroptikkabel 105 und 107 als Bezugsfasern dienen, die Probenzellen umgehen und Licht direkt zu dem optischen Multiplexer 46 führen.
Wie erläutert, sind die komplementären Faseroptikkabelpaare 34, 35, 36 und 37 sowie die komplementären Paare 104, 105, 106 und 107 in Nachbarschaft zueinander in der Preßklemme 80 so angeordnet, daß sie zwei parallele Säulen von Probenfaseroptikkabeln und Bezugsfaseroptikkabeln bilden. So bilden die Probenfaseroptikkabel 33, 36, 104 und 106 eine Probensäule, während die Bezugsfaseroptikkabel 35, 37, 105 und 107 eine Bezugssäule bilden.
Bei den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die Faseroptikkabel 34 bis 37 und 104 bis 107 Faseroptikwellenleiter mit einzelnem Strang. Die Preßklemme 80 wird durch Verbinden der einzelnen Einzelstrangfaseroptikkabel miteinander unter Druck und anschließende Bildung einer härtbaren Kunststoffstruktur um die Enden der verbundenen Faseroptikkabelsäulen gebildet. Fasern mit kleinerem Durchmesser 108 werden vorzugsweise in den Zwischenräumen zwischen den Proben- und Bezugssäulen angeordnet, um die Ausrichtung der Säulen während der Herstellung zu unterstützen. Die Stirnfläche der Preßklemme 80 wird dann ausreichend für optische Übertragung durch die Einstrangfaseroptikkabel poliert. Das Herstellungsverfahren ergibt, daß alle der Einzelstrangfaseroptikkabel fast identische Oberflächenbehandlungen und Polierwinkelneigungen haben.
Die Preßklemme 80 ist an dem Zuordnerträger 82 derart befestigt, daß die Längsachse 109 der Probensäule von Faseroptikkabeln 34, 36, 104 und 106 und der Bezugssäule von Faseroptikkabeln 35, 37, 105 und 107 senkrecht zu der Achse der Relativbewegung zwischen den Stufenabschnitten 84a und 84b ausgerichtet ist. Der Zuordner 43 wird dann in bezug auf die Monochromatorausgangsöffnung 15 derart befestigt, daß die Laufachse der Stufenabschnitte 84a, 84b parallel zu der Drehachse des Gitters ausgerichtet ist. Die Ausrichtung der Säule von Faseroptikkabeln 34, 36, 104 und 106 und der Säule von Faseroptikkabeln 35, 37, 105 und 107 erlaubt ein gleichzeitiges Abfühlen der Lichtintensitäten, die durch beide der Faseroptikkabel in jedem der komplementären Faserpaare während einer einzelnen Probenabtastung geleitet werden, und minimiert weiterhin Ungenauigkeiten zwischen den Abtastungen in einer einzelnen Probennahme.
Bezieht man sich nun auf die Fig. 4 bis 8, so ist dort ein optischer Multiplexer 114 mit langer Lebensdauer, hohem Durchsatz und schnellem Ansprechen gezeigt, der für die Verwendung als der optische Multiplexer 6 des in Fig. 1 erläuterten Spektrophotometers 10 geeignet ist. Der Multiplexer 114 enthält eine Basis 117 mit einer Reihe von Bohrungen 118, die sich durch die Basis 117 erstrecken, um Licht durch den Multiplexer 114 zu leiten. Jede der Bohrungen 118 repräsentiert einen getrennten optischen Kanal des Multiplexers 114. Bei dieser Ausführungsform ist die Basis 117 mit einer Reihe von Vertiefungen 123 versehen, die allgemein um die Bohrungen 118 herum angeordnet sind. Sowohl die Bohrungen 118 als auch die Vertiefungen 123 sind so gestaltet, daß sie eng Preßklemmen 126, die das Ende der Eingangsfaseroptikkabel 127 bilden, und Preßklemmen 128, die das Ende der Ausgangsfaseroptikkabel 129 bilden, aufnehmen. Die Preßklemmen 126 und 128 enthalten jeweils zylindrische Abschnitte 126a und 128a, die so gestaltet sind, daß sie in die gegenüberliegenden Enden der Bohrungen 118 vorspringen, um einen schmalen Spalt zwischen den Stirnflächen der entgegengesetzten Preßklemmen zu belassen. Ein kleines opakes ferromagnetisches Element 132 ist in dem Spalt in jeder Bohrung 118 angeordnet. Optische Schaltung erfolgt in jedem Kanal des Multiplexers 114 durch Verschieben des Elementes 132 mit magnetischen Feldern, die durch Elektromagnete 134 erzeugt werden, welche in Hohlräumen 136 angeordnet sind, die in entgegengesetzten Seiten der Basis 117 senkrecht und in Nachbarschaft zu jeder der Bohrungen 118 ausgebildet sind.
Bei der Verwendung werden die um eine spezielle Bohrung 118 herum angeordneten Elektromagnete 134 so angeregt, daß sie ein Magnetfeld in der Bohrung bilden und auf diese Weise das Element 132 an einer Kante der Bohrung 118 positionieren. Wie in Fig. 5 erläutert ist, werden die Eingangs- und Ausgangsfaseroptikkabel 127 und 129 jeweils von den Mittellängsachsen der Preßklemmen 126 und 128 aus verschoben. So würde, wie in den Fig. 7 und 8 erläutert ist, eine Erregung der Elektromagnete 134 unter Bildung eines Feldes in einer abwärts gerichteten Ausrichtung das Element 132 so positionieren, daß es den optischen Weg zwischen den Stirnflächen der Eingangs- und Ausgangsfaseroptikkabel 127 und 129 blockiert. Eine Erregung der Elektromagnete 134, die ein Feld von umgekehrter Polarität, nach oben ausgerichtet, bildet, würde das Element 132 zu der entgegengesetzten Seite der Bohrung 118 verschieben und so einen Durchgang von Licht von dem Eingangsfaseroptikkabel 127 zu dem Ausgangsfaseroptikkabel 129 erlauben.
Bei einer bevorzugten Ausführungsforrn des optischen Multiplexers 114 sind die Eingangsund Ausgangsfaseroptikkabel 127 und 129 Einzelstrangfaseroptikwellenleiter. Um Verluste der Lichtintensität durch die optischen Multiplexer 114 zu minimieren, hat das Ausgangsfaseroptikkabel 129 vorzugsweise einen etwas größeren Durchmesser als das Eingangsfaseroptikkabel 127, um den Effekt einer Divergenz an der Stirnfläche des Eingangsfaseroptikkabels 127 teilweise zu negieren. Nur beispielhalber könnte das Eingangsfaseroptikkabel mit einem Kerndurchmesser von 500 u versehen werden, während das Ausgangsfaseroptikkabel 129 vorzugsweise einen Kerndurchmesser von 560 u hätte. Außerdem können die Eingangsfaseroptikkabel 127 mit einem kleineren Kerndurchmesser als die Faseroptikkabel versehen werden, die verwendet werden, um Licht zu dem Multiplexer 114 zu leiten. Der reduzierte Durchmesser kann hell verbundene Lichtarten höherer Ordnung daran hindern, durch den Multiplexer 114 zu wandern, so daß der Rauschpegel des Spektrophotometers 10 reduziert wird. Bezieht man sich beispielsweise auf Fig. 1, so könnten die Faseroptikkabel 35c, 37c und 67b, 68b einen kleineren Kerndurchmesser als die Faseroptikkabel 35b, 37b und 67a, 68a haben.
Die Elektromagnete 134 sind vorzugsweise mit magnetisch leitenden Rückläufen 138 versehen, die an den Enden 134a der Elektromagneten 134 im Abstand von den Multiplexerbohrungen 118 befestigt ist. Die Rückläufe 138 erstrecken sich entlang den Seiten der Elektromagneten 134 zu den Elektromagnetenden 134b, die nahe den Bohrungen 118 angeordnet sind. Die in den Bohrungen 118 angeordneten Elemente 132 haben vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, einen ellipsoiden Querschnitt. Diese Form kann erhalten werden, indem man zwei kreisförmige Stücke 132a und 132b miteinander verbindet, wie in Fig. 13A erläutert ist. Die Elemente 132 können aus irgendeinem geeigneten ferromagnetischen Material, vorzugsweise einem harten Material, wie amorphem Kobalt-Eisen, aufgebaut sein. Man fand, daß diese Zusammensetzung ihre Form über mehrere Millionen optische Zyklen zwischen geöffnetem, lichtübertragendem und geschlossenem, nicht übertragendem Zustand der Multiplexeroptikkanäle behält. Bei der in den Fig. 4 bis 6 erläuterten Ausführungsform sind die Preßklemmen 126 und 128 typischerweise irgendeine Art von hitzegehärteter Verbindung. Vorzugsweise sind die Stirnflächen der Eingangs- und Ausgangspreßklemmen 127 und 128 poliert, um eine optimale Lichtleitung durch die Strirnflächen der Faseroptikkabel 127 und 129 zu erhalten.
Eine alternative Preßklemmenstruktur ist in Fig. 13 erläutert. Diese Preßklemme 140 enthält ein Bohrsilikatrohr 142, das in den Bohrungen 118 der Multiplexerbasis 117 angeordnet ist. Die Eingangs- und Ausgangsfaseroptikkabel 127 und 129 enden jeweils in Stopfen 144 und 145, die in dem Rohr 142 angeordnet sind. Die Stopfen 144 und 145 haben einen Abstand voneinander, um so einen Spalt 148 zu bilden, in welchem das ferromagnetische Element 132 angeordnet ist, und sind mit dem Rohr 142 verschmolzen, um eine starre und staubfreie Dichtung zu liefern. Vorzugsweise ist irgendeine Form von Epoxyharz 150 in das Rohr 142 eingefüllt, um die Faseroptikkabel 127 und 129 in den betreffenden Stopfen 144 und 145 zu befestigen.
Diese Ausführungsform erfreut sich bestimmter Vorteile, da die Stopfen 144 und 145 in bezug auf das Rohr 142 gut befestigt sind, was gewährleistet, daß Veränderungen des Abstandes des Spaltes 148 minimiert werden, so daß eine mögliche Quelle für optisches Rauschen vermindert wird, d. h. Veränderungen in dem Lichtintensitätsdurchsatz des Multiplexers 114.
Bezieht man sich auf Fig. 9, so ist dort eine Ausführungsform eines für die Verwendung als der Gitterantrieb 25 des Spektrophotometers 10, welches in Fig. 1 erläutert ist, geeigneter Elektronikstromkreis gezeigt. Wie in Fig. 9 gezeigt ist, ist das optische Gitter 22 mit einem bürstenlosen Motor 160 verbunden. Der bürstenlose Motor 160 wird durch den Spektrometersteuercomputer 58 angetrieben. Befehle werden von dem Computer 58 zu dem bürstenlosen Motor 160 durch einen Digital-in-analog-Wandler 162 geschickt, der seinen digitalen Signaleingang mit dem Computer 158 verbunden hat und einen analogen Ausgang zu einem Integratorstromkreis 164 liefert. Der Ausgang des Integrators 164 ist mit einem Eingang eines Summierungsnetzes 166 verbunden, welches einen Ausgang zu einem Servoverstärker 168 liefert, der den Motor 160 unter Energie setzt. Der entgegengesetzte Eingang zu dem Summierungsnetz 166 ist mit einem Spannungsnachlauf 173 verbunden, der einem Ausgang entsprechend dem Ausgang eines Winkelsensors 171 entspricht. Dieser Winkelsensor 171 liefert seinerseits ein Signal entsprechend der Winkelausrichtung des Gitters.
Im Betrieb liefert der Computer 58 ein Signal an den Integrator 164 über den Digital-in- analog-Wandler 162, welches einer Winkelausrichtungsrate für die Gitterveränderung entspricht. Der Ausgang des Integrators 164 erzeugt eine Spannungssteigung von konstanter Neigung. Man bekommt so eine Schleife zwischen dem Ausgang des Spannungsnachlaufs 173, der dem Ausgang des Gitterwinkelausrichtungssensors 171 folgt, und dem Integrator 164, der den Servoverstärker 168 dazu bringt, den Motor 160 mit einer allgemein konstanten Geschwindigkeit anzutreiben.
Der in Fig. 10 gezeigte Gitterantriebsstromkreis erläutert weiter eine Ausführungsform eines elektronischen Kreises, der zum Abfühlen der genauen Winkelausrichtung des Gitters 22 geeignet ist. In diesem Stromkreis ist der Ausgang aus dem Winkelausrichtungssensor 171 über einen Spannungsnachlauf 173 mit einem Eingang eines Hochleistungsdifferentialverstärkers 176 verbunden. Der Computer 58 ist mit dem zweiten Eingang des Hochleistungsdifferentialverstärkers 176 über einen Digital-in-analog-Wandler 178 verbunden. Der Ausgang aus dem Differentialverstärker 176 ist dann mit einem Komparator 180 verbunden, der einen Ausgang liefert, welcher ein Anzeichen für eine spezielle Gitterwinkelausrichtung ist.
Bei der Verwendung werden die Daten, die in dem Computer gespeichert oder durch den Computer aus der Kalibrierung des Gitterantriebs berechnet werden und die irgendeine spezielle Winkelausrichtung des Gitters 22 anzeigen, durch den Analog-digital-Wandler 178 zu einem Eingang des Differentialverstärkers 176 geschickt. Wenn der Gitterwinkelausrichtungssensor 171 diese Ausrichtung des Gitters abfühlt, nähert sich der Ausgang des Differentialverstärkers 176 einem Minimumwert und erreicht diesen und löst so den Komparator 138 aus. Wenn das Gitter von dem Motor 160 über einen Betriebsbereich der Winkelausrichtungen abgetastet wird, verändern sich die Steuersignale von dem Computer periodisch, um eine neue Winkelausrichtung anzuzeigen, die das Gitter 22 erreicht. Auf diese Weise zeigt der Ausgang des Komparators 180 in hohem Genauigkeitsgrad, wann das konkave Gitter 22 eine spezielle Winkelausrichtung erreicht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Spektrophotometers der vorliegenden Erfindung ist der Sensor 171 für die Winkelausrichtung ein Linearpotentiometer mit einem hochlinearen leitenden plastischen Potentiometer, das direkt mit einer Welle verbunden ist, die das Gitter 22 mit dem Motor 160 verbindet. Dieser Sensor liefert ein Signal mit einer sehr genauen linearen Beziehung zu der Winkelausrichtung des Gitters, die gut reproduzierbar ist.
Ein alternativer Winkelabfühl- und Antriebsstromkreis, der für die Verwendung mit dem Spektrophotometer 10 geeignet ist, ist weiterhin in Fig. 11 erläutert. In diesem Stromkreis sind der Differentialverstärker 176, der Digital-in-analog-Wandler 178 und der Komparator 180 durch einen Hochgeschwindigkeits-analog-in-digital-Wandler 184 ersetzt, der einen mit dem Spannungsnachlauf 173 verbundenen analogen Eingang hat und ein digitalisiertes Signal an den Computer 58 liefert. Bei Verwendung aufeinanderfolgender Messungen aus dem Hochgeschwindigkeits-analog-in-digital-Wandler 184 vergleicht der Computer 58 intern Daten aus der Kalibrierabtastung mit Gitterantriebsdaten aus dem Wandler 184, um abzuschätzen, wann Lichtintensitätssignale von dem Photodetektor 49 gespeichert werden sollen.
Bezieht man sich auf Fig. 11, so ist dort ein elektronischer Kreis gezeigt, der für das Erzeugen, Konditionieren und Formatieren der Spannungssignale aus den Detektoren 49 und 78 des in Fig. 1 erläuterten Spektrophotometers 10 geeignet ist. Wie gezeigt, enthält der Konditionierkreis einen Transimpedanzverstärker 200 integriert in den Detektor 49 und mit einem Ausgang zu einem nachfolgenden äußeren Verstärker 203, welcher vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, etwas von dem elektronischen Rauschen von dem Transimpedanzverstärker 200 und Detektor 49 herausfiltert. Der Ausgang aus dem äußeren Verstärker 203 ist dann mit einem oder mehreren Proben- und Haltekreisen 206 und 207 verbunden, die ihre Ausgänge mit einem elektronischen Multiplexer und programmierbaren Verstärker 209 verbunden haben. Der Ausgang aus dem Multiplexer und programmierbaren Verstärker 209 ist seinerseits mit einem zweiten Proben- und Haltekreis 212 mit einem Ausgang verbunden, der mit einem Analog-in-digital-Wandler 214 mit einem digitalisierten Ausgang zu einem Grenzflächenverteiler, der als Teil des Computers 58 angesehen werden kann, verbunden ist.
Im Betrieb fühlen die Proben- und Haltekreise 206 und 207 kontinuierlich den Ausgang aus dem äußeren Verstärkerfilter 203 bis zum Empfang eines Haltebefehls ab. Dieser Befehl kann entweder von dem Komparatorkreis 180 von dem in Fig. 9 erläuterten Gitterausrichtungsabfühlkreis oder stattdessen von dem Empfang eines Signals von dem Computer 58 stammen, wenn der Computer verwendet wird, um die Winkelausrichtung des Gitters zu schätzen, wie in dem in Fig. 10 erläuterten Stromkreis.
Während die Proben- und Haltekreise 206 und 207 noch ein Haltesignal empfangen, liefert der Computer 58 ein Befehlssignal an den Multiplexer und programmierbaren Verstärker 209, das bestimmt, welches Spannungssignal von den Proben- und Haltekreisen 206 und 207 zu dem zweiten Proben- und Haltekreis 212 übertragen wird, und auch die Verstärkungsgröße bestimmt, die von dem Verstärker 209 hervorgerufen wird. Der Haltebefehl wird dann zu dem zweiten Proben- und Haltekreis 212 geschickt, wobei ein Ausgangssignal aus dem zweiten Proben- und Haltekreis 212 mit konstantem Wert für ausreichende Zeit gehalten wird, um zu gestatten, daß der Analog-in-digital-Wandler 214 den analogen Ausgang des zweiten Probenund Haltekreises 212 digitalisiert und es gestattet, daß der Computer zu diesen Informationen Zugang erhält und sie speichert. Nachdem die verstärkte und digitalisierte Form des Ausgangs aus einem der Proben- und Haltekreise 206 und 207 von dem Computer 58 gespeichert wurde, wird das Haltesignal zu dem zweiten Proben- und Haltekreis 212 unterbrochen und ein neues Befehlssignal zu dem Multiplexer und programmierbaren Verstärker 209 geschickt, welches den anderen der Proben- und Haltekreise 207 für eine Übertragung über den programmierbaren Verstärker mit geeigneter Verstärkung bestimmt. Ein anderes Haltesignal wird dann zu dem zweiten Proben- und Haltekreis 212 ausreichend lange geschickt, um anschließende Digitalisierung dieses letzteren Ausganges zu gestatten.
ln Übereinstimmung mit einer Methodenlehre der vorliegenden Erfindung kann, um einen Eingang zu dem Analog-in-digital-Wandler 214 zu bekommen, der in einem bevorzugten Teil des dynamischen Bereiches des Wandlers 214 liegt, der Computer 58 so programmiert werden, daß er den programmierbaren Verstärker 209 dazu bringt, genau die gleiche Zunahme des Spannungsausgangs der Proben- und Haltekreise 206 und 207 zu liefern, wie sie alternativ durch den Verstärker 209 übertragen werden. Die anschließenden digitalisierten Daten aus den alternativen Proben- und Halte kreisen 206 und 207 werden dann so gemittelt, daß das elektronische Rauschen, das durch den Konditionierkreis und die ersten Proben- und Haltekreise 206 und 207 erzeugt wird, vorteilhaft minimiert wird. Stattdessen können jedoch die Daten aus den Proben- und Haltekreisen 206 und 207 verwendet werden, um die Genauigkeit des digitalisierten Ausgangs aus dem Analog-in-digital-Wandler 214 zu optimieren, indem eine selektive Verstärkung von dem programmierbaren Verstärker 209 befohlen wird.
Eine derzeit bevorzugte physikalische Ausführungsform des oben diskutierten Spektrophotometers ist in Fig. 12 erläutert. Bei dieser Ausführungsform sind alle Teile des Spektrophotometers in einem einzelnen Gehäuse 250 untergebracht, während die Probenkammern 61 und 64 in einigem Abstand davon angeordnet sind. Die Kammer 250 enthält eine Frontplatte 252, die gleitbar auf Schienen 254 so befestigt ist, daß es ermöglicht wird, daß die Frontplatte 252 aus dem Inneren der Kammer 250 vorspringt. Bei dieser Erläuterung sind verschiedene elektrische Schaltungen 256 des Computers 58 zusammen mit der Monochromatorlichtquelle 258, dem Filterrad 260 und dem Gitterantrieb 262 erläutert. Die optischen Verbindungen 264 und 266 zwischen Faseroptikkabeln, die in dem Spektrophotometer enthalten sind, und Faseroptikkabeln, die außerhalb des Spektrophotometers angeordnet sind, und die zu den Probenkammern und von den Probenkammern führen, sind auch auf der Frontplatte 252 der Kammer 250 befestigt.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können ein äußerst genaues Spektrophotometer liefern, das für einen weiten Bereich von Anwendungen geeignet ist, die Langzeitstabilität und bekannte Genauigkeit erfordern. Obwohl nur wenige derzeit bevorzugte Ausführungsformen im Detail beschrieben wurden, liegt es für den Fachmann auf der Hand, daß Abwandlungen der derzeit bevorzugten Ausführungsformen der Spektrophotometer und spektrophotometrischen Methodenlehre, die oben diskutiert wurde, ohne Verlassen des Erfindungsgedankens vorgenommen werden können. Beispielsweise könnte eine zusätzliche Säule von Bezugsfaseroptikkabeln in der in Fig. 3 erläuterten optischen Eingangspreßklemme 80 verwendet werden, um zwei Säulen von Bezugsfaseroptikkabeln auf jeder Seite der Probensäule von Faseroptikkabeln zu bekommen. Diese Konstruktion würde eine zusätzliche Konditionierung für kurzzeitige Fluktuationen in der Intensität des Lichtausgangs des Monochromators liefern. Ähnlich kann die Anzahl der Probenkammern variiert werden, um eine wesentlich größere Anzahl von Kammern oder stattdessen so wenig Kammern wie eine einzuschließen. Die Bezugsfaseroptikkabel, wie Kabel 35 und 37, könnten auch von einheitlicher Konstruktion und völlig im Gestell des Spektrophotometers angeordnet sein.

Claims

1. Spektrophotometer (10) mit geringem Rauschen mit

einer Monochromatoreinrichtung (13) zur Erzeugung eines Lichtstrahles variabler Wellenlänge,

einer ersten Faseroptikeinrichtung (34, 36) zum Leiten von Licht von der Monochromatoreinrichtung zu einer oder mehreren Proben (61, 64),

einer zweiten Bezugsfaseroptikeinrichtung (35, 37) zum Leiten von Licht von der Monochromatoreinrichtung und

einer Detektoreinrichtung (49, 78), um mit Hilfe einer Probe die Lichtintensität von der ersten Faseroptikeinrichtung festzustellen und Bezugslicht von der zweiten Faseroptikeinrichtung festzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Translationseinrichtung (43) zur alternativen Positionierung der Eingangsenden (40) der ersten und zweiten Faseroptikeinrichtung in einer vorbestimmten Stellung in bezug auf den Ausgang der Monochromatoreinrichtung vorgesehen ist, so daß die erste und zweite Faseroptikeinrichtung alternativ Licht von jener vorbestimmten Stellung aus leiten.

2. Spektrophotometer nach Anspruch 1, bei dem die zweite Faseroptikeinrichtung (35, 37) mehrere Einzelstrangfaseroptikwellenleiter umfaßt und die optischen Eingangsenden der ersten und zweiten Faseroptikeinrichtung so angeordnet sind, daß die Einzelstrangfaseroptikwellenleiter der zweiten Faseroptikeinrichtung um das optische Eingangsende der ersten Faseroptikeinrichtung herum angeordnet sind.

3. Spektrophotometer nach Anspruch 1, bei dem die erste und zweite Faseroptikeinrichtung jeweils mehrere Einzelstrangfaseroptikwellenleiter umfaßt und die optischen Eingänge (40) der ersten und zweiten Faseroptikeinrichtung so angeordnet sind, daß die betreffenden Einzelstrangfaseroptikwellenleiter der ersten und zweiten Faseroptikeinrichtung zueinander benachbart angeordnete Säulen bilden.

4. Spektrophotometer nach Anspruch 3, bei dem mehrere Einzelstrangfaseroptikwellenleiter (108) mit kleinerem Durchmesser als die Durchmesser der Einzelstrangfaseroptikwellenleiter der ersten und zweiten Faseroptikeinrichtung in Zwischenräumen angeordnet sind, die zwischen den benachbarten Säulen der Einzelstrangfaseroptikwellenleiter der ersten und zweiten Faseroptikeinrichtung gebildet sind.

5. Spektrophotometer nach einem der vorausgehenden Ansprüche und mit einer dritten Faseroptikeinrichtung (67, 68) zum Leiten von Licht, das von der oder jeder Probe empfangen wurde, und

einer Multiplexereinrichtung (46), die optisch mit Ausgangsenden der zweiten und dritten Faseroptikeinrichtung (35, 67) verbunden ist, um alternativ Licht von der zweiten und dritten Faseroptikeinrichtung aus zu leiten.

6. Spektrophotometer nach Anspruch 5, bei dem die Detektoreinrichtung (49) optisch mit einem Ausgang der Multiplexereinrichtung (46) verbunden ist, um ein elektrisches Signal proportional zu einer abgefühlten Lichtintensität zu erzeugen.

7. Spektrophotometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und mit

einer ersten Detektoreinrichtung (78), die optisch mit der zweiten Faseroptikeinrichtung verbunden ist, um ein elektrisches Signal proportional zu einer abgefühlten Lichtintensität zu erzeugen,

einer dritten Faseroptikeinrichtung (67, 68), um von der oder jeder Probe empfangenes Licht zu leiten, und

einer zweiten Detektoreinrichtung (49), die optisch mit der dritten Faseroptikeinrichtung (67, 68) verbunden ist, um ein elektrisches Signal proportional zu einer abgefühlten Lichtintensität zu erzeugen.

8. Spektrophotometer nach Anspruch 7 und mit einer ersten Multiplexereinrichtung (76) zur intermittierenden Übertragung von Licht von der zweiten Faseroptikeinrichtung (35, 37) zu der ersten Detektoreinrichtung (98).

9. Spektrophotometer nach Anspruch 8 und mit einer zweiten Multiplexereinrichtung (46) zur intermittierenden Übertragung von Licht von der dritten Faseroptikeinrichtung (67, 68) zu der zweiten Detektoreinrichtung (49).

10. Spektrophotometer nach einem der Ansprüche 5 bis 9 und mit einer vierten Faseroptikeinrichtung (52) zum Leiten von Licht von der oder wenigstens einer Multiplexereinrichtung (46) zu einer Detektoreinrichtung (49), wobei die vierte Faseroptikeinrichtung (52) mehrere optische Eingang senden hat.

11. Spektrophotometer nach Anspruch 10, bei dem die Multiplexereinrichtung oder wenigstens eine der Multiplexereinrichtungen (46, 76) umfaßt

eine Basis mit einer ersten Bohrung (118), die sich durch die Basis (117) erstreckt, wobei ein Ende der Bohrung so gestaltet ist, daß es ein optisches Ausgangsende der dritten Faseroptikeinrichtung (67) aufnimmt, und das entgegengesetzte Ende so gestaltet ist, daß es eines der optischen Eingangsenden der vierten Faseroptikeinrichtung (52) aufnimmt, um so einen Spalt in der Bohrung zu bilden, wobei die Basis weiterhin eine zweite Bohrung (118) hat, die sich durch die Basis erstreckt, wobei ein Ende der zweiten Bohrung so gestaltet ist, daß es ein optisches Ausgangsende der zweiten Faseroptikeinrichtung (35) aufnimmt, und das entgegengesetzte Ende so gestaltet ist, daß es ein anderes der optischen Eingangsenden der vierten Faseroptikeinrichtung (52) aufnimmt, um so einen Spalt in der zweiten Bohrung zu bilden,

erste und zweite ferromagnetische Elemente (132), die jeweils in dem Spalt in der ersten und zweiten Bohrung angeordnet sind, und

erste und zweite elektromagnetische Einrichtungen zur jeweiligen Bildung von Magnetfeldern in den Spalten in der ersten und zweiten Bohrung, wobei Magnetfelder einer Polarität in den Spalten in der ersten bzw. zweiten Bohrung die ersten und zweiten ferromagnetischen Elemente so positionieren, daß sie Lichtdurchgang von der zweiten und dritten Faseroptikeinrichtung zu der vierten Faseroptikeinrichtung blockieren, und Magnetfelder von entgegengesetzter Polarität die ersten und zweiten ferromagnetischen Elemente so positionieren, daß sie Lichtdurchgang erlauben.

12. Spektrophotometer nach Anspruch 11, bei dem die ersten und zweiten ferromagnetischen Elemente aus amorphem Kobalt-Eisen aufgebaut sind.

13. Spektrophotometer nach Anspruch 11 oder 12, bei dem die optischen Ausgangsenden der zweiten und dritten Faseroptikeinrichtung Preßklemmen (126, 128) mit Endabschnitten einschließen, die jeweils so gestaltet sind, daß sie in die erste und zweite Bohrung (118) der Multiplexerbasis (117) passen, wobei lichtleitende Endstirnflächen der zweiten und dritten Faseroptikeinrichtung jeweils von den Mittellängsachsen der ersten und zweiten Bohrungen ersetzt sind.

14. Spektrophotometer nach Anspruch 11, 12 oder 13, bei dem die ersten bzw. zweiten elektromagnetischen Einrichtungen Elektromagnete (134) einschließen, die an entgegengesetzten Stellen der ersten und zweiten Multiplexerbohrungen (118) angeordnet sind.

15. Spektrophotometer nach Anspruch 14, bei dem die Elektromagneten (134) der ersten bzw. zweiten elektromagnetischen Einrichtungen ferromagnetische Träger (138) einschließen, die an den ersten Enden der Elektromagneten befestigt und so gestaltet sind, daß sie sich bis nahe zu entgegengesetzten zweiten Enden der Elektromagneten erstrecken und dort enden.

16. Spektrophotometer nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei dem die ersten und zweiten ferromagnetischen Elemente eine allgemein ellipsoide Gestalt haben.

17. Spektrophotometer nach einem der Ansprüche 5 bis 16, bei dem die dritte Faseroptikeinrichtung (67, 68) mehrere unabhängige Einzelstrangfaseroptikwellenleiter umfaßt.

18. Spektrophotometer nach einem der Ansprüche 5 bis 17, bei dem die dritte Faseroptikeinrichtung (67, 68) umfaßt:

ein oder mehrere Einzelstrangfaseroptikwellenleiter mit optischen Eingangsenden, die Licht von der oder jeder Probe (61, 64) empfangen, und

opitische Verbindungseinrichtungen zum Leiten von Licht von dem oder jedem Einzelstrangfaseroptikwellenleiter der dritten Faseroptikeinrichtung zu einem oder mehreren anderen entsprechenden Faseroptikwellenleitern.

19. Spektrophotometer nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem die erste Faseroptikeinrichtung (34, 36) umfaßt:

ein oder mehrere Einzelstrangfaseroptikwellenleiter mit Eingangsenden, die mit der Translationseinrichtung (43) verbunden sind, und

optische Verbindungseinrichtungen (71), die mit einem Ausgangsende des oder jedes Einzelstrangfaseroptikwellenleiters verbunden sind, um Licht von der oder jeder Einzelstrangfaseroptik zu einer oder mehreren anderen entsprechenden Faseroptiken zu leiten.

20. Spektrophotometer nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem die zweite Faseroptikeinrichtung (35, 37) eine Einzelstrangfaseroptik mit einem mit der Translationseinrichtung (43) verbundenen Eingangsende umfaßt.

21. Spektrophotometer nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem die Translationseinrichtung (43) umfaßt:

eine Basis (86),

einen Träger (82), der mit den optischen Eingängen der ersten und zweiten Faseroptikeinrichtung (34, 35) verbunden ist,

Gleiteinrichtungen (84) mit einem ersten Abschnitt (84a), der mit der Basis verbunden ist, und einem zweiten Abschnitt (84b), der mit dem Träger verbunden ist, um eine hin- und hergehende Bewegung zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt entlang einer einzigen Achse zu gestatten, und

eine Verschiebungseinrichtung zum Bewegen der Gleiteinrichtungen (84).

22. Spektrophotometer nach Anspruch 21, bei dem die Verschiebungseinrichtung einen Elektromagneten (88, 89), der mit der Basis verbunden ist, und ein ferromagnetisches Element (91, 93), das mit dem Träger (82) verbunden ist, umfaßt und bei dem der Träger eine Öffnung (98) bildet und worin die Verschiebungseinrichtung eine Schraube (95) einschließt, die ein kegelförmiges Ende (96) hat, in Schraubverbindung in die Basis (86) eingreift, so daß das kegelförmige Ende in die Trägeröffnung eingreift, und so angeordnet ist, daß eine Verschiebung der Schraube in bezug auf die Basis einen Laufabstand des Trägers und der Gleiteinrichtungen des zweiten Abschnittes verändern.

23. Spektrophotometer nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem die Monochromatoreinrichtung (13) umfaßt:

ein Gitter (22),

Einrichtungen (171), die mit dem Gitter verbunden sind, um ein Ausgangsspannungssignal zu liefern, das ein Anzeichen für die Winkelausrichtung des Gitters ist,

Kontrolleinrichtungen (58), um selektiv Ausgangsspannungssignale entsprechend den Ausgangssignalen der ausgangsliefernden Einrichtung zu ergeben,

eine Differentialverstärkereinrichtung (176) mit einem ersten Eingang, der mit einem Ausgang der ausgangsliefernden Einrichtung verbunden ist, und einem zweiten Eingang, der mit einem Ausgang der Steuereinrichtung verbunden ist, um ein Ausgangsspannungssignal zu liefern, das ein Anzeichen für einen Spannungsunterschied zwischen dem ersten und zweiten Eingang ist, und

eine Komparatoreinrichtung (18) mit einem mit einem Ausgang der Differentialverstärkereinrichtung (176) verbundenen Eingang, um ein Ausgangssignal zu liefern, wenn der Ausgang der Differentialverstärkereinrichtung null ist, wobei die Komparatoreinrichtung einen Ausgang liefert, wann immer die Winkeleinstellung des Gitters zu einem Winkel entsprechend einem Ausgangssignal paßt, das von der Steuereinrichtung (58) selektiv vorgesehen wird.

24. Spektrophotometer nach einem der vorausgehenden Ansprüche und mit elektronischen Abfühleinrichtungen zum Abfühlen des Ausgangs der Detektoreinrichtung (49), wobei die elektronische Abfühleinrichtung umfaßt

eine erste Proben- und Halteeinrichtung (206) zur Probenahme der Ausgangsspannung der Detektoreinrichtung und zum Halten der Ausgangsspannung bei Empfang eines Befehlssignales,

eine programmierte Verstärkereinrichtung (209) zum Bereitstellen eines Ausgangssignals entsprechend einer variablen Verstärkung eines Ausgangs der ersten Probe- und Halteeinrichtung bei Empfang eines Befehlssignals,

eine zweite Probe- und Halteeinrichtung (21 2) zur Probennahme des Ausgangs der programmierten Verstärktereinrichtung und zum Halten dieses Ausgangs bei Empfang eines Befehlssignals und

eine Steuereinrichtung (58) zur Lieferung eines Befehlssignals an die erste und zweite Probe- und Halteeinrichtung und die programmierte Verstärkereinrichtung, wobei der Ausgang der Detektoreinrichtung in der ersten Probe- und Halteeinrichtung gespeichert wird, wenn der Monochromator (13) Licht mit einer erwünschten Wellenlänge emittiert, und der Ausgang der programmierten Verstärkereinrichtung in der zweiten Probe- und Halteeinrichtung für anschließende Speicherung und Verarbeitung gespeichert wird.

25. Spektrophotometer nach Anspruch 24 und mit mehreren dritten Probe- und Halteeinrichtungen (207), die elektrisch mit der Detektoreinrichtung (49) für eine Probenahme des Ausgangs der Detektoreinrichtung und eine Speicherung dieses Ausgangs bei Empfang eines Befehlssignals verbunden sind, und worin die programmierte Verstärkereinrichtung (209) weiterhin eine Multiplexereinrichtung umfaßt, um die mehreren dritten Probe- und Halteeinrichtungen selektiv mit der programmierten Verstärkereinrichtung zu verbinden.

26. Spektrophotometrisches Verfahren unter Verwendung einer spektrophotometrischen Apparatur mit einem Monochromator (13), einem ersten Faseroptikwellenleiter (34) zur Leitung von Licht von einem Ausgang (15) des Monochromators zu einer Probe (61), einem zweiten Wellenleiter (35) zum Leiten von Licht von dem Monochromatorausgang sowie einer Detektoreinrichtung (49, 78), um mit Hilfe der Probe die Lichtintensität von der ersten Faseroptikeinrichtung festzustellen und um Bezugslicht von der zweiten Faseroptikeinrichtung festzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Stufen einschließt, in denen man alternativ optische Eingänge der ersten und zweiten Faseroptikwellenleiter in einer vorbestimmten Stellung in bezug auf den Monochromatorausgang positioniert,

die Wellenlänge des Lichtes von dem Monochromator abtastet, wenn sich der optische Eingang eines der Faseroptikwellenleiter in dieser vorbestimmten Stellung befindet, und

die Wellenlänge des Lichtes von dem Monochromator abtastet, wenn sich der optische Eingang des anderen der Faseroptikwellenleiter in der gleichen vorbestimmten Stellung befindet, wobei Lichtintensitätsdaten aus den getrennten Abtastungen für wenigstens teilweise Kompensation von Anomalie verwendet werden können.

27. Verfahren nach Anspruch 26 und mit der Stufe einer Überwachung des Ausgangs des zweiten Faseroptikwellenleiters (35), während die Lichtwellenlänge aus dem Monochromator abgetastet wird und der optische Eingang des ersten Faseroptikwellenleiters (34) in der vorbestimmten Stellung positioniert wird.