HU212355B - Optical arrangement first of all for portable reflection spectrophotometer - Google Patents
Optical arrangement first of all for portable reflection spectrophotometer Download PDFInfo
- Publication number
- HU212355B HU212355B HU9203037A HU9203037A HU212355B HU 212355 B HU212355 B HU 212355B HU 9203037 A HU9203037 A HU 9203037A HU 9203037 A HU9203037 A HU 9203037A HU 212355 B HU212355 B HU 212355B
- Authority
- HU
- Hungary
- Prior art keywords
- light
- sample
- mirror
- detector
- measured
- Prior art date
Links
Abstract
A találmány tárgya elsősorban hordozható reflexiós spektrofotométerben használható optikai elrendezés, amely fényforrást, annak fénysugarát különböző hullámhosszúságú monokromatikus mérő fénynyalábokká és referencia fénynyalábokká alakító optikai elemeket, elektronikus mérő- és feldolgozó egységhez csatlakozó detektort, és a mérő fénynyalábot mérendő minta felületének közbeiktatásával és a referencia fénynyalábot a mérendő minta felületének kihagyásával a detektorra juttató fényterelő elemeket tartalmaz. A fényterelő elemek között a mérendő minta felületéről (12) visszavert fénynyalábot az optikai tengelyében elhelyezkedő detektorra (14) vetítő olyan homorú tükör (15) van elrendezve, amelynek középtartománya (16) síktükörként van kiképezve, továbbá a fényterelő elemek között a minta felületét (12) meghaladó felületű síktükör (13) a minta felületére (12) 45 ± 10° tartományba eső szögét bezáróan van elrendezve, és a mérő fénynyalábot a síktükörre (13) vetítő tükör (6) a fénynyalábot a síktükör (13) merőlegeséhez képest 17 ± 3' szögtartományban beesően a minta felülete (12) felé továbbító helyzetben és a referencia fénynyalábot a síktükörre (13) vetítő tükör (11) a fénynyalábot a síktükör (13) merőlegeséhez képest 35 ± 5° szögtartományban beesően a detektor (14) felé továbbító helyzetben van elrendezve. A javasolt optikai elrendezés különösen hordozható, közel infravörös hullámhossz tartományban működő minőségellenőrző és elemző készülékekben alkalmazható előnyösen. 1. ábra HU 212 355 B A leírás terjedelme: 6 oldal (ezen belül 2 lap ábra)The present invention relates in particular to an optical arrangement for use in a portable reflection spectrophotometer comprising a light source, its light beam, optical elements that convert monochromatic measuring beams of different wavelengths and reference light beams, a detector connected to an electronic measuring and processing unit, and a surface of the sample to be measured and a reference light beam. By omitting the surface of the sample to be measured, it contains light-diffusing elements for the detector. A concave mirror (15) projecting a light beam reflected from the surface of the sample to be measured (12) between the light scattering elements on the surface of the sample to be measured (12) having a central region (16) formed as a plane mirror and the surface of the sample between the light scattering elements (12). ), a surface mirror (13) with a surface of more than 45 ± 10 ° is arranged on the surface of the sample (12) and the mirror (6) projecting the beam of light to the plane mirror (13) has a beam of 17 ± 3 relative to the perpendicular to the plane mirror (13). in a position that extends in an angular range towards the surface (12) of the sample and the mirror (11) projecting the reference light to the plane mirror (13) is in the position of the light beam at an angle of 35 ± 5 ° to the perpendicular to the plane mirror (13) arranged. The preferred optical arrangement is particularly suitable for use in portable, near-infrared wavelength quality control and analyzers. Figure 1 EN 212 355 B Scope of the description: 6 pages (including 2 sheets)
Description
A találmány tárgya elsősorban hordozható reflexiós spektrofotométerben használható optikai elrendezés, amely fényforrást, annak fénysugarát különböző hullámhosszúságú monokromatikus mérő fénynyalábokká és referencia fénynyalábokká alakító optikai elemeket, elektronikus mérő- és feldolgozó egységhez csatlakozó detektort, és a mérő fénynyalábot mérendő minta felületének közbeiktatásával és a referencia fénynyalábot a mérendő minta felületének kihagyásával a detektorra juttató fényterelő elemeket tartalmaz.The present invention relates in particular to an optical arrangement for use in a portable reflection spectrophotometer comprising optical elements for converting a light source, its beam into monochromatic measuring beams and reference beams of different wavelengths, a detector to be connected to an electronic measuring and processing unit, and omitting light guides to the detector, omitting the surface of the sample to be measured.
A fényterelő elemek között a mérendő minta felületéről (12) visszavert fénynyalábot az optikai tengelyében elhelyezkedő detektorra (14) vetítő olyan homorú tükör (15) van elrendezve, amelynek középtartománya (16) síktükörként van kiképezve, továbbá a fényterelő elemek között a minta felületét (12) meghaladó felületű síktükör (13) a minta felületére (12) 45 ± 10° tartományba eső szögét bezáróan van elrendezve, és a mérő fénynyalábot a síktükörre (13) vetítő tükör (6) a fénynyalábot a síktükör (13) merőlegeséhez képest 17 ± 3' szögtartományban beesően a minta felülete (12) felé továbbító helyzetben és a referencia fénynyalábot a síktükörre (13) vetítő tükör (11) a fénynyalábot a síktükör (13) merőlegeséhez képest 35 ± 5° szögtartományban beesően a detektor (14) felé továbbító helyzetben van elrendezve.A concave mirror (15) projecting a beam of light reflected from the surface (12) of the sample to be measured onto a detector (14) in its optical axis having a central region (16) as a planar mirror is arranged between the light deflectors and the surface (12) a planar mirror (13) having an excess surface area is disposed at an angle of 45 ± 10 ° to the surface of the sample (12) and the mirror (6) projecting the measuring beam onto the plane mirror (13) is perpendicular to the plane (13). in a position extending transversely to the sample surface (12) and positioning the reference beam on the plane mirror (13) at an angle of 35 ± 5 ° to the detector (14) perpendicular to the plane mirror (13); arranged.
A javasolt optikai elrendezés különösen hordozható, közel infravörös hullámhossz tartományban működő minőségellenőrző és elemző készülékekben alkalmazható előnyösen.The proposed optical arrangement is particularly useful in portable quality control and analysis apparatus operating in the near infrared wavelength range.
1. ábraFigure 1
HU 212 355 BHU 212 355 B
A leírás terjedelme: 6 oldal (ezen belül 2 lap ábra)Description: 6 pages (including 2 pages)
HU 212 355 BHU 212 355 B
A találmány tárgya elsősorban hordozható reflexiós spektrofotométerben használható optikai elrendezés, amely fényforrást, annak fénysugarát különböző hullámhosszúságú monokromatikus mérő fénynyalábokká és referencia fénynyalábokká alakító optikai elemeket, elektronikus mérő- és feldolgozó egységhez csatlakozó detektort, és a mérő fénynyalábot mérendő minta felületének közbeiktatásával és a referencia fénynyalábot a mérendő minta felületének kihagyásával a detektorra juttató fényterelő elemeket tartalmaz. A javasolt optikai elendezés különösen hordozható, közel infravörös hullámhossz-tartományban működő minőségellenőrző és elemző készülékekben alkalmazható előnyösen.The present invention relates in particular to an optical arrangement for use in a portable reflection spectrophotometer comprising optical elements for converting a light source, its beam into monochromatic measuring beams and reference beams of different wavelengths, a detector to be connected to an electronic measuring and processing unit, and omitting light guides to the detector, omitting the surface of the sample to be measured. The proposed optical arrangement is particularly suitable for use in portable, near-infrared quality control and analysis equipment.
Az alkalmazott reflexiós spektroszkópiában a vizsgált anyagot ismert hullámhosszúságú fénynyalábbal megvilágítva és a mintáról visszavert fénynyaláb-hányadot detektorral megmérve a vizsgált minta összetétele meghatározható. A reflexiós spektrofotométerek többnyire laboratóriumi műszerek vagy on-line érzékelő egységek. Az előbbieket viszonylag kicsi, 10-30 mm átmérőjű, az utóbbiakat pedig nagyobb, 40-80 mm átmérőjű detektor mérőfelület jellemzi. Nagyobb mérőfelületek esetén szinte kizárólag szűrős monokromátorokat alkalmaznak a kisebb méretek és költségek miatt. Méréstechnikailag a nagyobb felület előnyös, mivel a minta inhomogenitása kevésbé zavaró tényező, illetve nagyobb felülettel durvább szemcsézetű anyagok is mérhetők. A gyakorlatban a laboratóriumi mérésekhez a mintákat keveréssel, illetve őrléssel homogenizálják, ezért itt elegendő a kisebb detektor mérőfelület. Az ipari érzékelőknél a nagy mérőfelület, valamint a minta mozgása miatt, például szállítószalag feletti mérésnél, keverésre vagy őrlésre nincs szükség.In the applied reflection spectroscopy, the composition of the test sample can be determined by illuminating the test substance with a light beam of known wavelength and measuring the reflected light portion of the sample with a detector. Reflection spectrophotometers are mostly laboratory instruments or on-line detection units. The former is characterized by a relatively small detector measuring surface of 10-30 mm in diameter and the latter by a larger detector measuring surface of 40-80 mm in diameter. For larger measuring surfaces, filter monochromators are almost exclusively used because of their smaller size and cost. The larger surface area is technically advantageous because the inhomogeneity of the sample is less disturbing and the coarse-grained materials can be measured with a larger surface. In practice, for laboratory measurements, samples are homogenized by mixing or grinding, so a smaller detector measuring surface is sufficient here. Industrial sensors do not require mixing or grinding due to the large measuring surface and the movement of the sample, such as over the conveyor belt.
A reflexiós méréseknél a különböző hullámhosszúságú fénynyalábbal megvilágított mintafelületről 2030 mm mintaátmérő felett különböző fényterelő elemekkel, így például parabolikus, ellipszoid, gömb, stb. tükrökkel gyűjtik a visszavert fénynyalábot az igen kis felületű, általában 1 cm2-nél kisebb felületű detektorra. A gyakorlatban a minta felülete és az alkalmazható detektor mérete megszabja a szükséges nagyítás illetve kicsinyítés mértékét. A tükör legnagyobb átmérőjét a műszer célszerű méretei szabják meg. A jó hatásfokú érzékelés pedig meghatározza a detektorra eső fénynyaláb maximális beesési szögét. Mindezen adatokból és összefüggésekből kellő szakismerettel könnyen kiszámíthatók a szükséges minta-detektor-tükör távolságok. így például 60-80 mm átmérőjű minta és még gazdaságosan alkalmazható 1 cm2 felületű detektorfelület esetén a tükörminta távolság kb. 250-300 mm-re adódik. Durva közelítéssel tehát azt mondhatjuk, hogy napjainkban a műszer legnagyobb méretét adó mintatükör távolság a mintafelület átmérőjének 3-4-szeresére adódik. Ez a követelmény a telepített ipari érzékelőknél könnyen teljesíthető, mivel az érzékelő a mintától tetszőleges távolságban és helyzetben telepíthető. Laboratóriumi vagy különösen hordozható műszereknél a leírt megfelelő optikai elrendezés előnytelenül nagy méretekkel jár.For reflection measurements, different light deflectors, such as parabolic, ellipsoidal, spherical, etc., from a sample surface illuminated by a beam of light of different wavelengths over a sample diameter of 2030 mm. mirrors are used to collect the reflected light beam onto a very small detector, usually less than 1 cm 2 . In practice, the size of the sample and the size of the detector used will determine the magnification or reduction required. The maximum diameter of the mirror is determined by the practical dimensions of the instrument. And high-efficiency detection determines the maximum incident angle of the light beam incident on the detector. From all these data and relationships, the required sample-detector-mirror distances can be easily calculated with the necessary expertise. For example, for a sample having a diameter of 60-80 mm and a detector surface of 1 cm 2 which is still economically usable, the mirror sample distance is approx. From 250 to 300 mm. Thus, roughly speaking, nowadays, the sample mirror distance, which gives the largest size of the instrument, is 3-4 times the diameter of the sample surface. This requirement can be easily met with installed industrial sensors, as the sensor can be installed at any distance and position from the sample. For laboratory or especially portable instruments, the appropriate optical arrangement described is disadvantageously large.
Hordozható, telepes vagy akkumulátoros műszereknél további problémát jelent a fényforrás - többnyire halogén izzó - fényerejének változása a telep vagy akkumulátor feszültségének függvényében. Az egyenletes megvilágítás biztosítása akár a tápfeszültség, akár a fényáram szabályozásával olyan hatásfokcsökkenéssel jár, amely telepes vagy akkumulátoros üzemben nemigen fogadható el. A hordozható kézi műszereknél fellépő széles környezeti hőmérséklettartomány miatt hasonló módon nagymértékben változik a detektorérzékenység is, a viszonylag nagy méretű detektor termosztálása akkumulátoros üzem esetén pedig nem célszerű.Another problem with portable, battery-powered or battery-powered instruments is the change in the brightness of the light source, usually a halogen lamp, as a function of the battery or battery voltage. Providing consistent illumination by controlling either the power supply or the luminous flux results in efficiency reductions that are unacceptable in battery or battery operation. Similarly, due to the wide ambient temperature range of handheld portable instruments, the sensitivity of the detector changes greatly, and thermostatization of a relatively large detector is not advisable in battery operation.
A közelmúltban számos olyan műszer vált ismertté, melyek különböző hullámhossztartományban, más-más optikai elrendezésben alkalmasak különböző halmazállapotú anyagok egy vagy több jellemzőjének, például szín, víztartalom, olajtartalom, fehérjetartalom, stb. mérésére, és ezeket a megoldásokat ma már széles körben alkalmazzák a mezőgazdaságtól kezdve a gyógyszeriparig, az élelmiszeripartól a műanyagiparig. E műszerek közös jellemzője, hogy olyan optikai elrendezést tartalmaznak, amelynek legalább két különböző hullámhosszúságú fénynyalábot kibocsátó fényforrása - monokromátora és legalább egy fotoelektromos átalakítója - detektora van, viszont nagy különbségek találhatók a vizsgálati anyag - minta - megvilágítási módjában, illetve a megvilágított mintafelületről visszavert fény detektorra gyűjtésének a megvalósításában.Recently, many instruments have been known which are capable of one or more characteristics of materials of different states, such as color, water content, oil content, protein content, etc., in different wavelength ranges and in different optical arrangements. and these solutions are widely used today, from agriculture to the pharmaceutical industry, from the food industry to the plastics industry. A common feature of these instruments is that they contain an optical arrangement having at least two light sources emitting different wavelengths - a monochromator and at least one photoelectric converter - detector, but there are large differences in the illumination pattern of the test substance sample and illuminated sample vector collection.
Az US 4 082 464 számú szabadalmi leírás olyan „klasszikus” optikai elrendezést ismertet, amelynél a mintafelület megvilágítása a felületre merőlegesen történik, és a felületről diffúzán visszaverődő fényt a mintafelület síkjára 45°-os szöget bezáró módon elhelyezett egy, két vagy négy detektor érzékeli. Az US 4 236 076 számú szabadalmi leírás olyan megoldást ismertet, amelyben a megvilágított mintafelületről visszaverődő fényt integráló gömb gyűjti a detektorra. Olyan megoldás is ismert, ahol a mérés érintésmentesen, a műszerablaktól távolabb elhelyezkedő minta megvilágításával történik. Ezekben az eszközökben a mintáról visszaverődő fényt parabolatükör vagy elliptikus tükörszegmens gyűjti, illetve tereli a detektorra. Az első példára a GB 1 380 725 számú szabadalmi leírás, a másik példára például a HU 198 792 számú szabadalmi leírás ad kitanítást.U.S. Patent 4,082,464 discloses a "classic" optical arrangement in which the sample surface is illuminated perpendicular to the surface and the light reflected diffusively from the surface is detected by one, two, or four detectors positioned at an angle of 45 ° to the surface of the sample surface. U.S. Pat. No. 4,236,076 discloses a solution in which light is reflected from the illuminated sample surface and is collected by an integrating sphere on the detector. There is also a known solution where the measurement is made by touching a sample away from the instrument window. In these devices, the light reflected from the sample is collected or directed to the detector by a parabolic mirror or an elliptical mirror segment. The first example is taught in GB 1 380 725 and the second example is given in HU 198 792.
A gyakorlatban használt reflexiós spektrofotométereknek eddig három családja alakult ki, mégpedig a tudományos, a laboratóriumi valamint az ipari on-line műszercsalád. Ezek közös jellemzője, hogy helyhez kötöttek, bonyolult optikai és elektronikai felépítésük miatt általában robusztus kivitelűek és meglehetősen drágák. Bár a piaci oldalról igen erős igény érezhető hordozható kivitelű, megbízható működésű és az eddigiéknél lényegesen olcsóbb készülékekre, ilyen készülékek csak elvétve találhatók és többnyire szerény műszaki specifikáció és szűk felhasználási terület jellemzi őket. Ilyen hordozható reflexiós összetételmérő készüléket ismertet a T. Hyvarinnen és társai: „The Proceedings of an International Conference on Spectroscopy Across the Spectrum” című, 1987. július 12-15-én Norvichban, Nagy-Britanniában tartott előadásáról ké2To date, three families of reflection spectrophotometers have been developed, namely the scientific, laboratory and industrial on-line instruments. The common feature of these is that they are stationary, because of their complex optical and electronic structure, they are generally robust and quite expensive. Although there is a very strong demand from the market for portable, reliable and significantly cheaper devices, such devices are only rarely found and are mostly characterized by low technical specifications and a narrow field of use. Such a portable reflection composition instrument is described by T. Hyvarinnen et al. In "The Proceedings of an International Conference on Spectroscopy Across the Spectrum", July 12-15, 1987 in Norwich, UK.
HU 212 355 Β szült beszámoló. Az ismertetett készülék rendkívül egyszerű felépítésű és csak víztartalom meghatározására képes. Az EP 0 125 340 számú szabadalmi leírás olyan egyszerű felépítésű készüléket ismertet, amelynek felhasználhatósági köre szintén szűk, valójában csak egyszerű színmérési feladatokban alkalmazható. Mind a két hordozható készülék korlátái jórészt a nem megfelelő felépítésű optikai elrendezésnek tulajdoníthatók.EN 212 355 Β birth report. The device described is extremely simple in design and can only determine water content. EP 0 125 340 describes a device of simple construction, which also has a narrow scope of use, in fact it can be used only for simple color measurement tasks. The limitations of both handheld devices are largely attributable to the inadequate optical arrangement.
A találmánnyal célunk az ismert megoldások felsorolt hiányosságainak kiküszöbölésével olyan, elsősorban hordozható reflexiós spektrofotométerekben alkalmazható optikai elrendezés létrehozása, amely kis térfogatban egyesíti a szűrős, nagymértékben kompenzált monokromátort és a megfelelő minta-detektor távolságot biztosító érzékelő rendszert. Célunk továbbá, hogy az optikai elrendezés kis méretekben, olcsón előállítható legyen és viszonylag karbantartás- és kezelésmentes, megbízható üzemet biztosítson hosszú időn keresztül.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to overcome the shortcomings of the prior art by providing an optical arrangement primarily used in portable reflection spectrophotometers that combines a low volume, filtered, highly compensated monochromator with an appropriate sample detector distance sensing system. It is also our goal to provide low-cost, low-cost optical layouts and to provide relatively maintenance-free, reliable operation over a long period of time.
Találmányunk azon a felismerésen alapul, hogy a szükséges minta-tükör-detektor távolságok csökkentése helyeit a mért mintafelületről visszavert fénynyalábot kell viszonylag kis térfogaton belül úgy terelni, hogy összességében a szükséges úthossz alakuljon ki, és mindehhez biztosítani kell, hogy a viszonylag kis helyen húzódó mérő, visszavert, illetve referencia fénynyalábok ne befolyásolják a mérés eredményét.The present invention is based on the recognition that the locations for reducing the required sample-mirror-detector distances should be deflected in a relatively small volume of reflected light beam from the measured sample surface so as to ensure that the meter at a relatively small location , reflected or reference light beams shall not affect the result of the measurement.
A kitűzött feladat megoldása során elsősorban hordozható reflexiós spektrométerhez használható optikai elrendezést vettünk alapul, amely fényforrást, annak fénysugarát különböző hullámhosszúságú monokromatikus mérő fénynyalábokká és referencia fénynyalábokká alakító optikai elemeket, elektronikus mérő- és feldolgozó egységhez csatlakozó detektort, és a mérő fénynyalábot mérendő minta felületének közbeiktatásával és a referencia fénynyalábot a mérendő minta felületének kihagyásával a detektorra juttató fényterelő elemeket tartalmaz. Ezt a találmány értelmében úgy fejlesztettük tovább, hogy a fényterelő elemek között a mérendő minta felületéről visszavert fénynyalábot az optikai tengelyében elhelyezett detektorra vetítő olyan homorú tükör van elrendezve, amelynek középtartománya síktükörként van kiképezve, továbbá a fényterelő elemek között a minta felületét meghaladó felületű síktükör a minta felületére 45 ± 10° tártományba eső szöget bezáróan van elrendezve, és a mérő fénynyalábot a síktükörre vetítő tükör a fénynyalábot a síktükör merőlegeséhez képest 17 ±3“ szögtartományban beesően a minta felülete felé továbbító helyzetben és a referencia fénynyalábot a síktükörre vétítő tükör a fénynyalábot a síktükör merőlegeséhez képest 35 ± 5° szögtartományban beesően a detektor felé továbbító helyzetben van elrendezve. Ennek a megoldásnak köszönhetően a kiszámított minta-detektor távolságot biztosító érzékelő rendszer alakult ki. Biztosítottuk egyben, hogy a síktükörről nem kerülhet közvetlenül a detektorra a mintafelületet megvilágítani hivatott mérő fénynyaláb fénye.In the solution of the present problem, we mainly based on optical arrangement for portable reflection spectrometer, which transforms light source, its light beam into monochromatic measuring light beams and reference light beams, their measuring surface, and the measuring surface connected to the electronic measuring and processing unit. comprising a deflection element directing the reference beam to the detector, omitting the sample surface to be measured. This is further developed in accordance with the present invention by providing a concave mirror projecting a beam of light reflected from the surface of the sample to the detector disposed in its optical axis, having a central region formed as a planar mirror, and a planar mirror having a surface above the sample surface. is inclined at an angle of 45 ± 10 ° to its surface, and the reflector is inclined at an angle of 17 ± 3 'to the plane of the sample, and the reflector is inclined at an angle of 17 ± 3' to the plane of the sample; is inclined at an angle of 35 ± 5 ° to the perpendicular to the perpendicular to the detector. Thanks to this solution, a detection system providing a calculated sample-detector distance has been developed. At the same time, it was ensured that the light from the measuring light beam, which is intended to illuminate the sample surface, cannot be directly transmitted from the flat mirror to the detector.
A találmány szerinti optikai elrendezést alkalmazó hordozható reflexiós spektrofotométerek elsősorban szilárd és viszkózus anyagok összetevőinek mérésére használhatók, de esetenként folyadékok összetétele is meghatározható. Főleg fehérje, víz, és zsír/olaj tartalom mérésére alkalmazható, emellett felhasználható alkohol, nikotin, karbamid vagy egyéb, a közel infravörös tartományú technikával mérhető molekulák százalékos mennyiségének meghatározására is. A’spektrofotométer elsősorban terményátvételi pontokon vagy terepi méréseknél, például betakarításkor használható eredményesen, de előnyös eszköze lehet a gyártás közbeni ellenőrzéseknek, illetve rutinszerű sorozatméréseknek is. A hasonló elven működő, azonban más, ismert optikai elrendezést tartalmazó készülékektől eltérően nem igényli a mérendő minta gondos előkészítését, ugyanis a nagy, körülbelül 70 mm átmérőjű mintafelületről vett optikai kép kiátlagolja a szemcseegyenetlenségekből fakadó különbségeket, így lehetővé válik durva őrlemények, esetenként egész magvak pontos mérése is.Portable reflection spectrophotometers employing the optical arrangement of the present invention are primarily used to measure the components of solids and viscous materials, but in some cases the composition of liquids can also be determined. It is used primarily for protein, water, and fat / oil content, and can also be used to determine the percentage of alcohol, nicotine, urea, or other molecules that can be measured by near-infrared technology. The Spectrophotometer can be used primarily at crop pick-up points or field measurements such as harvesting, but can also be a useful tool for on-the-spot checks or routine serial measurements. Unlike other devices with a similar principle but with known optical arrangements, it does not require careful preparation of the sample to be measured, since the large optical image taken from a large sample area of about 70 mm in diameter averages the differences due to grain irregularities. measurement.
A találmányt az alábbiakban a csatolt rajz ségítségével ismertetjük részletesebben, amelyen a javasolt optikai elrendezés példakénti kiviteli alakját tüntettük fel. A rajzon azThe invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which an exemplary embodiment of the proposed optical arrangement is shown. In the drawing it is
1. ábra a találmány szerinti optikai elrendezés egy lehetséges kiviteli alakjának optikai vázlata, és aFigure 1 is an optical diagram of an embodiment of the optical arrangement according to the invention, and a
2. ábra az 1. ábra szerinti optikai elrendezés hordozható reflexiós spektrofotométerbe való beépítésére mutat példát.Figure 2 shows an example of incorporating the optical arrangement of Figure 1 into a portable reflection spectrophotometer.
A javasolt optikai elrendezés csupán előnyös példaként bemutatott kiviteli alakja 1 fényforrást tartalmaz, amelyet egy 10 W teljesítményű izzó valósít meg, és amelynek szomszédságában 2 féligáteresztő tükör helyezkedik el. Ennek másik oldalán síkdomború 3 gyűjtőlencse van elhelyezve, amelyhez M motorral forgathatóan beállítható 4 szűrőn keresztül további 5 gyűjtőlencse van hozzárendelve. Az 5 gyűjtőlencse után a fény útjában 6 tükör helyezkedik el, amely mögött további 7 gyűjtőlencse van elrendezve. A 2 féligáteresztő tükör, a 3, 5, 7 gyűjtőlencsék, a 4 szűrő és a 6 tükör monokromatikus mérő fénynyalábot előállító optikai elemként, illetve fényterelő elemként szolgálnak. A 2 féligáteresztő tükörrel párhuzamosan, attól távolabb további 8 tükör helyezkedik el, amelyet síkdomború 9 gyűjtőlencse követ, és a 9 gyűjtőlencse után a fény haladási irányában 10, 11 tükrök vannak elhelyezve. A 8, 10, 11 tükrök és a 9 gyűjtőlencse referencia fénynyalábot előállító optikai elemként, illetve fényterelő elemként szolgálnak. Az optikai elrendezés részét képezi még a mérendő minta 12 felülete, arra jelen esetben 45°-os szögben húzódó 13 síktükör, ismert felépítésű és működésű elektronikus mérő- és feldolgo: zó egységhez csatlakozó 14 detektor, valamint a 14 detektor mögött elrendezett 15 homorú tükör, amelynek 16 központi tartománya síktükörként van kialakítva. A 14 detektorból és a 15 homorú tükörből álló egységre a 13 síktükör ugyancsak hozzávetőlegesen 45°-os szöget bezáróan húzódik. A bemutatott esetben a 15 homorú tükör átmérője 100 mm, a 16 központi tartomány 20 mm átmérőjű. Attól 35 mm távolságban helyezkedik el az 1 cm2 felületű 14 detektor.The only preferred embodiment of the proposed optical arrangement comprises a light source 1, which is implemented by a 10 W lamp and adjacent to it is a semi-transparent mirror 2. On the other side, a flat-convex collecting lens 3 is arranged, to which an additional collecting lens 5 is attached via a filter 4 which can be rotatably adjusted by a motor M. After the collecting lens 5 there is a mirror 6 in the path of light, behind which a further collecting lens 7 is arranged. The semipermeable mirror 2, the collecting lenses 3, 5, 7, the filter 4 and the mirror 6 serve as optical elements or light deflectors for producing a monochromatic measuring beam. Further to the semipermeable mirror 2, a further mirror 8 is located further away, followed by a flat convex lens 9, and mirrors 10, 11 are disposed after the lens 9 in the direction of travel of light. The mirrors 8, 10, 11 and the collecting lens 9 serve as an optical element or a light deflector for producing a reference light beam. Forms part of the optical arrangement 12 even surface of the sample to be measured, that in this case extending in 45 ° angle planar mirror 13, known structure and operation electronic measuring and processing: Zo connector arranged detector unit 14 and the detector 14 behind the concave mirror 15, having a central region 16 formed as a plane mirror. The plane mirror 13 also extends to a unit consisting of a detector 14 and a concave mirror 15 at an angle of approximately 45 °. In the case shown, the concave mirror 15 has a diameter of 100 mm and the central region 16 has a diameter of 20 mm. At a distance of 35 mm there is a detector 14 with a surface of 1 cm 2 .
HU 212 355 ΒHU 212 355 Β
A leírt kialakítású elrendezés működése során az 1 fényforrás fényét a 2 féligáteresztő tükör megosztja és részben a 3 gyűjtőlencsére, részben a 8 tükörre továbbítja. Az 1 fényforrás fényét a 3 gyűjtőlencse párhuzamos fénynyalábbá alakítja. Ez a párhuzamos fénynyaláb a 4 szűrőn áthaladva az 5 gyűjtőlencsére kerül, amely a fényt a 6 tükrön megtörve az objektívként működő 7 gyűjtőlencsébe továbbítja. Utóbbi a fénynyalábot rávetíti a 13 síktükörre úgy, hogy a fénynyaláb a 13 síktükör síkjára merőlegessel a 12 felület felé továbbhaladóan 17°-os szöget bezárva esik be és a 13 síktükörről ráverődik mérendő minta 12 felületére, amelyen ezzel éles körvonalú homogén fényfolt alakul ki. A 12 felületről visszaverődő fény újból ráesik a 13 síktükörre, amely azt rávetíti a 15 homorú tükörre és utóbbi a ráeső fényt a gyújtópontjában elhelyezett 14 detektorra gyűjti. Az 1 fényforrás által kibocsátott fény legfeljebb 15%-a jut a 2 féligáteresztő tükrön keresztül a 8 tükörre és onnan a 9 gyűjtőlencsére, majd az immár párhuzamos referencia fénynyalábot a 10, 11 tükrök rávétítik a 13 síktükörre úgy, hogy a fénynyaláb a 13 síktükör síkjára merőlegessel a 14 detektor felé továbbhaladóan 35“-os szöget bezárva esik be, majd a 15 homorú tükörre, annak központi tartományára esik, amely ezt a fénynyalábot ugyancsak a 14 detektorra vetíti. A 4 szűrő ismert kialakítású és úgy van felépítve, hogy több. különböző hullámhosszúságú 4 szűrő egyetlen szűrőkerékben van M motorral beállíthatóan elrendezve. A szűrőkerék egyes 4 szűrők közötti szakasza fényt át nem eresztő kiképzésű, így az optikai elrendezés működése során az egyes 4 szűrők mérő fénynyalábba és referencia fénynyalábba történő befordulását olyan sötét állapot előzi meg, amikor egyik fény úton keresztül sem juthat fény a 14 detektorra. Mindkét fényúton mért jelből valamennyi 4 szűrő esetében levonjuk az azt közvetlenül megelőző „sötét értéket. A minta 12 felületének mértjeiét a 12 felületről visszavert jel és a referencia fénynyaláb mért jelének hányadosát tekintjük, így az időben leginkább változó elemek, tehát az 1 fényfonás, a 4 szűrő, a 14 detektor a mérési eredményt nem vagy csupán elhanyagolható mértékben befolyásolják. Ez a két különálló fényút alkalmazásának értelme, illetve az optikai elrendezésben alkalmazott kompenzáció elve. Az optikai elemek változása magának az elemnek, illetve az elemek helyzetének változásából adódhat. Az elemek helyzetének hatása az egymástól való távolságokkal nő. A javasolt optikai elrendezésnél a mérő fénynyaláb és a referencia fénynyaláb sugármenete nagy mértékben hasonló, továbbá az egymástól távoli optikai elemek, azaz az 1 fényforrás, a 2 féligáteresztő tükör, a 3, 5, 7, 9 gyűjtőlencsék, a 6, 8. 10, 11 tükrök, a 4 szűrő alkotta monok romátor és a 13 síktükör valamint a 13 síktükör és a 14 detektor - 15 homorú tükör egység mind a mérő fénynyaláb, mind a referencia fénynyaláb közösnek tekinthető elemei. Ennek eredményeképpen mindezen elemek, mind pedig ezen elemek helyzetváltozásának hatása elhanyagolhatóvá válik. Ez a tulajdonság a javasolt optikai elrendezést alkalmassá teszi olcsó, kézi műszerekben történő alkalmazásra, mivel nagymértékben kiküszöböli mind az 1 fényforrás fényerejének, mind a 14 detektor érzékenységének változásait és igénytelenebb, így olcsóbb mechanikai kivitelt tesz lehetővé. A különböző hullámhosszúságú interferencia 4 szűrők úgy vannak az említett szűrőkerékben elrendezve, hogy forgásuk során felváltva hol a mérő fénynyaláb, hol a referencia fénynyaláb útjába kerülnek. így egyszerre csak az egyik fénynyaláb juthat tovább.During the operation of the arrangement described, the light from the light source 1 is divided by the semipermeable mirror 2 and transmitted partly to the collecting lens 3 and partly to the mirror 8. The light from the light source 1 is converted by the acquisition lens 3 into a parallel beam. This parallel beam of light passes through the filter 4 to the collecting lens 5, which breaks the light through the mirror 6 and transmits it to the objective collecting lens 7. The latter projects the light beam onto the plane mirror 13 so that the light beam is inclined at an angle of 17 ° to the surface 12 perpendicular to the plane of the plane mirror 13 and is flattened on the surface 12 of the sample to be measured. The light reflected from the surface 12 again falls on the flat mirror 13, which projects it onto the concave mirror 15 and collects the incident light on the detector 14 at its focal point. Up to 15% of the light emitted by the light source 1 passes through the semipermeable mirror 2 to the mirror 8 and then to the retaining lens 9, and then the parallel reference light beam is mirrored to the plane mirror 13 by the mirrors 10, 11. perpendicular to the detector 14 and inclined at a 35 "angle, and then inclined to the concave mirror 15 in its central region, which also projects this beam of light onto the detector 14. The filter 4 is of known design and is constructed in such a way that more. filters of different wavelengths 4 are arranged in a single filter wheel adjustable by an M motor. The portion of the filter wheel between the filters 4 is opaque so that during operation of the optical arrangement each filter 4 is turned into a measuring beam and a reference beam so that no light can pass through the detector 14 through any of the light paths. For each of the 4 filters, the "dark value" immediately before it is subtracted from the signals from both luminaries. The dimensions of the surface of the sample 12 are considered as the ratio of the reflected signal of the surface 12 and the measured signal of the reference beam, so that the most variable time elements, such as lattice 1, filter 4, detector 14, do not influence the measurement result. This is the sense of using two separate light paths and the principle of compensation in the optical arrangement. The change in optical elements may be due to the change of the element itself or the position of the elements. The effect of the position of the elements increases with the distances between them. In the proposed optical arrangement, the beam path of the measuring light beam and the reference light beam are very similar, and the optical elements distant from one another, i.e., light source 1, semipermeable mirror 2, collector lenses 3, 5, 7, 9, The mirrors 11, the monocrometer formed by the filter 4 and the plane mirror 13, and the plane mirror 13 and the detector 15 concave mirror unit are considered as common elements of both the measuring light beam and the reference light beam. As a result, the effect of all these elements and the change in the position of these elements becomes negligible. This property makes the proposed optical arrangement suitable for use in low-cost, handheld instruments, since it largely eliminates changes in both the brightness of the light source 1 and the sensitivity of the detector 14 and allows for less expensive mechanical design. The interference filters 4 of different wavelengths are arranged in said filter wheel so that they alternate between the measuring beam and the reference beam. so that only one beam can pass at a time.
A 2. ábrán a találmány szerinti optikai elrendezés tényleges elhelyezésére mutatunk csupán egy lehetséges példát F fogantyúval hordozható kézi műszerhez. Látható, hogy a találmányi felismerésnek megfelelően kialakított optikai elrendezés olyan kompakt felépítést biztosít, amely lehetővé teszi a teljes E elektronika, A tápegység, T kezelőmező (tasztatura) zsúfolásmentes elrendezését, és ezzel kis kéziműszer méretek megvalósítását. Azáltal, hogy a mérendő minta 12 felülete alul, a készülék nyílásánál helyezkedik el, nagy szabadságot biztosítunk az optikai elrendezéssel megvalósított anyag állagában, halmazállapotában, méretében, így például mintavevő lapáttal gabonák, magvak, őrlemények mérhetők, üvegedényben viszkózus anyagok, paszták, folyadékok keresett paramétere határozható meg, vagy közvetlenül a mérendő anyagra helyezve ömlesztett anyagok, bálák, halmok mérhetők ismételhető jó eredménnyel.Figure 2 shows only one possible example of an actual arrangement of the optical arrangement according to the invention for a handheld portable instrument F. It will be appreciated that the optical arrangement constructed in accordance with the present invention provides a compact design that allows for the clutter-free arrangement of the entire electronics, power supply A, control panel T (keypad), thereby achieving small handpiece dimensions. By placing the sample 12 to be measured below the aperture of the apparatus, a great deal of freedom is obtained in the texture, state, size of the optical arrangement material, such as a scoop with grains, seeds, meals, viscous materials, pastes, liquids. or placed directly on the material to be measured, bulk materials, bales, piles can be measured with repeatable good results.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| HU9203037A HU212355B (en) | 1992-09-24 | 1992-09-24 | Optical arrangement first of all for portable reflection spectrophotometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| HU9203037A HU212355B (en) | 1992-09-24 | 1992-09-24 | Optical arrangement first of all for portable reflection spectrophotometer |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| HU9203037D0 HU9203037D0 (en) | 1992-12-28 |
| HUT66211A HUT66211A (en) | 1994-10-28 |
| HU212355B true HU212355B (en) | 1996-06-28 |
Family
ID=10982358
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| HU9203037A HU212355B (en) | 1992-09-24 | 1992-09-24 | Optical arrangement first of all for portable reflection spectrophotometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| HU (1) | HU212355B (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| HU226833B1 (en) * | 2005-07-27 | 2009-12-28 | Gabor Takacs | Method and apparatus for quantitative measuring based on light intensity measurement |
-
1992
- 1992-09-24 HU HU9203037A patent/HU212355B/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| HU9203037D0 (en) | 1992-12-28 |
| HUT66211A (en) | 1994-10-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6424416B1 (en) | Integrated optics probe for spectral analysis | |
| US6100526A (en) | Grain quality monitor | |
| AU2001240121B2 (en) | Optical probes and methods for spectral analysis | |
| US3874799A (en) | Method and apparatus for color spectrophotometry | |
| CN101802573B (en) | Spectrometer for measuring moving sample material and the method | |
| US4264205A (en) | Rapid scan spectral analysis system utilizing higher order spectral reflections of holographic diffraction gratings | |
| US4565444A (en) | Electronically scanned spectrometer color, brightness and opacity measurement and control system | |
| AU777591B2 (en) | Integrated optics block for spectroscopy | |
| US5880845A (en) | Apparatus for measuring the photometric and colorimetrics characteristics of an object | |
| US4575244A (en) | Detector system for measuring the intensity of a radiation scattered at a predetermined angle from a sample irradiated at a specified angle of incidence | |
| US4936684A (en) | Spectrometer with photodetector array detecting uniform bandwidth intervals | |
| EP1914529A1 (en) | Device and method for analyzing the apparent colour and the gonio reflectance of an object | |
| CN1357753A (en) | Device and method for measuring culture spectral characteristics using digital camera | |
| HU212355B (en) | Optical arrangement first of all for portable reflection spectrophotometer | |
| JP3402524B2 (en) | 3D spectrophotometer | |
| CN110346041A (en) | A kind of spectrometer | |
| RU1770850C (en) | Method of determining spectral directional - hemispheric refraction coefficients of specimens | |
| JPH07103826A (en) | Multiangle reflection photometer | |
| Strawa | Photometer for tracking a moving light source | |
| MXPA00007642A (en) | Grain quality monitor | |
| WO2007012903A1 (en) | Procedure and equipment for determining grain characteristics by optical measurements |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HMM4 | Cancellation of final prot. due to non-payment of fee |