SE469701B - Spektrofotometrisk metod och spektrofotometer foer att utfoera metoden - Google Patents

Description

469 701 10 15 20 25 30 35 2 av strålningskälla, m.m. Den normerade mätsignalen beror endast av den eftersökta koncentrationen som därvid kan beräknas.

Strálningskällan i den kända spektrofotometern pulserar med en frekvens på företrädesvis 1 - 30 Hz. Pulsningen av stràlnings- källan medför att påverkan av mätresultatet från störningar såsom läckage av strålning från andra källor mot detektorerna m m, kan undvikas. strålningen kommer härvid bestå av en alternerande intensitetskomponent som är överlagrad en fast intensitetskompo- nent och detektorerna genererar härvid en växelspänningskomponent och en likspänningskomponent. Likspänningskomponenten filtreras bort i kondensatorn, men eftersom båda komponenterna i mätsignalen beror av koncentrationen av det specifika ämnet i samma utsträck- ning, kan snabba ändringar av koncentrationen medföra att likspän- ningskomponenten passerar kondensatorn, varvid ett felaktigt värde av koncentrationen erhålles. Vidare är det så att responstiden för förändringar i koncentrationen är beroende av den frekvens som används. För den kända spektrofotometern ges den snabbaste respon- sen vid 30 Hz. En ökning av frekvensen skulle medföra, för den kända och därmed vilket medför att växelspänningskomponenten blir mindre. Detta i sin tur spektrofotometern, att modulationen av, intensitetsvariationen i strålningskällan blir mindre, medför att fel som orsakas av att likspänningskomponenten vid förändringar av koncentrationen passerar kondensatorn blir större och att signal-brusförhållandet för växelspänningskomponenten försämras eftersom växelspänningskomponenten minskar vid högre frekvenser.

Uppfinningen avser att frambringa en spektrofotometrisk metod som med hög säkerhet kan bestämma koncentrationen av det specifika ämnet, som har ett högt signal-brusförhållande och som har en kort responstid.

Uppfinningen avser också att frambringa en spektrofotometer för att utföra metoden.

En sådan spektrofotometrisk metod erhålles i enlighet med upp- finningen genom att metoden enligt ingressen utföras så att den, utgående från att mätsignalen och referenssignalen består av tre signalkomponenter - en mörkersignalkomponent, som motsvarar den signal detektorerna generar då ingen strålning träffar dem, en likspänningskomponent och en växelspänningskomponent som motsvarar 10 15 20 25 30 35 469 701 3 de signaler detektorerna genererar då den modulerade strålningen träffar dem - och att förhållandet mellan växelspänningskomponen- ten och likspänningskomponenten är oberoende av koncentrationen och känt genom strålningens modulationsgrad, vidare omfattar stegen att mätsignalens växelspänningskomponent filtreras ut i att likspänningskomponenten bestäms utifrån växelspänningskomponenten och det kända förhållandet, att likspänningskomponenten normeras med referenssignalen och att kon- centrationen av det specifika ämnet bestäms utifrån den normerade signalanalysatorn, likspänningskomponenten.

Genom att utnyttja likspänningskomponenten.kan höga frekvenser, jämfört med de frekvenser som anges vid den kända spektrofoto- metern, användas för att bestämma koncentrationen av det specifika ämnet. Likspänningskomponenten är vid högre frekvenser större än växelspänningskomponenten, eftersom moduleringen minskat. För en specifik stràlningskälla kan exempelvis likspänningskomponenten vid 200 Hz vara 10 gånger större än växelspänningskomponenten.

Detta ger ett bättre signal-brusförhållande för likspänningskompo- nenten än för växelspänningskomponenten. För att kunna filtrera ut likspänningskomponenten bestäms först växelspänningskomponenten.

Utgående från det kända förhållandet som ges av modulationsgraden kan sedan likspänningskomponenten bestämmas.

Ett fördelaktigt sätt att bestämma likspänningskomponenten erhålles i enlighet med uppfinningen genom att ett värde för lik- spänningskomponenten beräknas utifrån växelspänningskomponenten och det kända förhållandet, att ett värde för mörkersignalkompo- nenten bestäms genom att subtrahera det beräknade värdet för lik- spänningskomponenten från den från växelspänningskomponenten be- friade mätsignalen, att mätsignalens likspänningskomponent filt- reras ut genom att subtrahera det bestämda värdet för mörker- signalkomponenten och filtrera bort växelspänningskomponenten från mätsignalen.

Genom att bestämma mörkersignalkomponenten kan likspännings- komponenten filtreras ut från mätsignalen. Eftersom mörkersignal- komponenten bland annat beror av detektorernas temperatur är det en fördel att kontinuerligt bestämma mörkersignalkomponenten för att filtrera bort den från mätsignalen då likspänningskomponenten skall filtreras ut. Bestämningstiden för mörkersignalkomponenten 469 701 10 15 20 25 30 35 4 bör vara kort i förhållande till variationstider av detektorernas temperatur. Hörkersignalkomponenten bestäms genom att växelspän- Eftersom förhållandet mellan växelspänningskomponenten och likspänningskomponenten vid ningskomponentens storlek först bestäms. en given tidpunkt, för en given strålningskälla och modulations- frekvens, âr känt, kan ett värde för likspänningskomponenten beräknas. Med två kända signalkomponenter är det sedan möjligt att bestämma den tredje det beräknade värdet för mörkersignalkomponenten för att bestämma likspänningskomponenten direkt ur mätsignalen. Det beräknade vär- -mörkersignalkomponenten. Därefter utnyttjas det för likspänningskomponenten utnyttjas inte för att bestämma koncentrationen, eftersom det relativt höga bruset i växelspän- ningskomponenten förstärkts lika mycket som själva signalen.

Dessutom kan signalspikar i växelspänningskomponenten uppstå vid snabba koncentrationsvâxlingar och dessa bör undvikas. Jämfört med teknikens ståndpunkt kan vid föreliggande uppfinning snabbare kon- centrationsväxlingar tolereras utan fel i mätresultatet eftersom responstiden är kortare.

En vidareutveckling av metoden erhålles i enlighet med upp- finningen genom att referenssignalens växelspänningskomponent filtreras ut och att normeringen av mätsignalens likspänningskom- ponent genomförs med växelspänningskomponenten.

Referenssignalen påverkas ej av koncentrationsförändringar och används därför för att normera.mätsignalens likspänningskomponent.

Den kan därför filtreras hårdare för att erhålla vâxelspännings- komponenten med ett bättre signal-brusförhållande än mâtsignalens växelspänningskomponent. Vid analoga kretsar är ett AC-filter enklare att åstadkomma.

Alternativt kan metoden utföras så att referenssignalens likspänningskomponent bestäms genom att växelspänningskomponenten filtreras ut, att ett värde för likspänningskomponenten bestäms utifrån växelspänningskomponenten och det kända förhållandet, att ett värde för mörkersignalkomponenten bestäms genom att subtrahera det bestämda värdet för likspänningskomponenten från den från att att och växelspânningskomponenten befriade referenssignalen, och referenssignalens likspänningskomponent filtreras ut genom subtrahera det bestämda värdet för mörkersignalkomponenten filtrera.bort växelspänningskomponenten från referenssignalen, och 10 15 20 25 30 35 469 701 5 att normeringen av mätsignalens likspånningskomponent genomförs med referenssignalens likspänningskomponent.

Det gäller även för referenssignalen att likspänningskompo- nenten har det bästa signal-brusförhállandet och det kan i vissa fall krävas att även referenssignalen har ett bra signal-brusför- hållande, samtidigt som man har en kort responstid. Dessutom ger detta tillgång till referenssignalens mörkersignalkomponent. Genom att jämföra mätsignalens mörkersignalkomponent med referenssigna- lens erhålles en extra övervakning över strålgången och detek- torernas funktion. Om t ex endast den ena detektorn skulle ändra temperatur, skulle förhållandet mellan mörkersignalkomponenterna förändras och indikera ett fel. Detsamma gäller om smuts, eller imma, blockerar en del av strålgàngen mellan strâlningskällan och en av detektorerna. Mörkersignalkomponenterna skulle också kunna användas för att reglera detektorernas temperatur.

En vidareutveckling av metoden erhålles i enlighet med uppfin- ningen genom att den aktuella modulationsgraden beräknas i en kon- trollanordning och att den beräknade aktuella modulationsgraden används av signalanalysatorn för att bestämma värdet på likspän- ningskomponenten utifrân växelspänningskomponenten och det kända förhållandet mellan växelspänningskomponenten och likspännings- komponenten.

Härigenom kan signalanalysatorn automatiskt korrigera beräk- ningen av koncentrationen vid förändringar i modulationsgraden.

Förändringar kan exempelvis uppstå då strålningskâllan är en glödlampa, vars glödtråd har en termisk tidskonstant som förändras när glödtråden åldras p g a att trâdmaterial ångar bort från glöd- tråden. För en konstant modulatiönsfrekvens blir den aktuella modulationsgraden hos en glödlampa huvudsakligen beroende av den termiska tidskonstanten.

Ett fördelaktigt sätt att beräkna den aktuella modulations- graden sker' genom att kurvformen, på växelspänningskomponenten analyseras. Referenssignalen är oberoende av koncentrationenen av det specifika ämnet och därför lämpligare att utnyttja än mät- signalen.

Växelspänningskomponenten utgörs av upp- och nedgående expo- nentialkurvor som beror av den termiska tidskonstanten i strål- ningskällan. Ur dessa exponentialkurvor kan tidskonstanten 469 701 10 15 20 25 30 35 6 bestämmas och det exakta förhållandet mellan växelspånningskompo- nenten och likspänningskomponenten beräknas.

Ett alternativt sätt att beräkna den aktuella modulationsgraden erhålles i enlighet med uppfinningen genom att strålningskällan matas med en modulerad ström från en strömkälla, att strömmen från strömkällan till strålningskällan avbryts under minst en modula- tionsperiod, att referenssignalens växelspänningskomponent registreras för de efterföljande modulationsperioderna och att kontrollanordningen analyserar förändringen av växelspänningskom- ponenten och utifrån denna förändring beräknar den aktuella modu- lationsgraden.

Genom att spärra strömmen till strålningskällan under minst en modulationsperiod svalnar'denna något och då stràlningskällan åter matas med ström tar det en viss tid innan temperaturen återgått till den normala. Genom att under denna tid, då temperaturen avviker från den normala, registrera hur vâxelspänningskomponenten uppför sig och därigenom bestämma hur snabbt strålningskällan återgår till normal temperatur, kan man beräkna den termiska tidskonstanten och därigenom den aktuella modulationsgraden.

Ett ytterligare alternativt sätt erhålles genom att strålningen från strålningskällan detekteras med en ytterligare referensdetek- tor, vars mörkersignalkomponent är försumbar och som genererar en signal som består av en likspänningskomponent och en växelspän- níngskomponent, att de två spânningskomponenterna separeras från varandra och att den aktuella modulationsgraden bestäms genom att förhållandet mellan dem bestäms.

Det finns flera typer av fotodetektorer. Vid bestämning av kon- centrationen av ett specifikt ämne är det väsentligt att signal- brusförhållandet. är' bra och att detektorn är avsedd för ett spektralområde inom vilket en absorptionsvåglängd för det speci- fika ämnet existerar. Fotomotstånd, till exempel, generar signaler bestående av tre komponenter då strålningen är modulerad. Mörker- signalkomponenten år här dominant. En annan typ av fotodetektor är fotodioden som, till skillnad från fotomotståndet, ger upphov till en mindre mörkersignalkomponent, i synnerhet då den kopplas som en strömgenerator. Vid modulerad strålning erhålles då väsentligen endast två signalkomponenter. För att bestämma den aktuella modulationsgraden kan strålningen detekteras vid andra våglängder (I 10 15 20 25 30 35 469 701 7 än de där mätningen av koncentrationen utförs. En fotodiod kan till exempel vara obrukbar för att mäta det specifika ämnets koncentration, beroende på dess absorptionsvåglängd, men fullt tillräcklig för att generera en signal ur vilken modulationsgraden vid en annan våglängd kan bestämmas. Utifrån Plancks strålningslag kan sedan :modulationsgraden vid absorptionsvåglängden för det specifika ämnet beräknas och användas. Ännu ett alternativt sätt att erhålla den aktuella tionsgraden erhålles genom att en glödtråd används som stràlnings- källa, att resistansvariationer i glödtråden under modulations- perioden mäts och att den aktuella modulationsgraden bestäms utifrån de uppmätta resistansvariationerna.

Det är glödtrådens temperatur som bestämmer spektralfördelning och intensitet på strålningen. När glödtråden matas med en modulerad ström, kommer trådens temperatur att variera mellan två nivåer, vilket ger den pulserade strålningen. Temperaturskillnaden mellan de två nivåerna avgör modulationsgraden i intensitet.

Eftersom resistiviteten och därmed också resistansen i glödtråden är temperaturberoende, kan resistansen utnyttjas för att bestämma modulationsgraden. Resistansvariationerna kan mätas genom att.mäta modula- strömmen igenom och spänningen över glödtråden.

En spektrofotometer för att utföra metoden erhålles i enlighet med uppfinningen med en spektrofotometer som framgår av kraven 11 och 12.

En vidareutveckling av spektrofotometern erhålles i enlighet med uppfinningen genom att den första signalbehandlingsanordningen omfattar en första. mätsignalkanal med bland annat en signal- förstärkare som förstärker mätsignalen med en första förbestämd förstärkning, en första differensförstärkare, i vilken mörker- signalkomponenten med den första förbestämda subtraheras från den förstärkta mätsignalen, integrator, i vilken växelspänningskomponenten filtreras bort, och en andra mätsignalkanal med bland annat ett första signalfilter för att filtrera ut växelspänningskomponenten, en förstärkare som förstärker växelspänningskomponenten med en förbestämd andra förstärkningen och en första förstärkning, en andra differensförstärkare till vilken den första integratorn och förstärkaren är anslutna och en integrator som integrerar utsignalen från den andra differensförstärkaren, och 469 701 10 15 20 25 30 35 8 att den första förbestämda förstärkningen och den andra förbe- stämda förstärkningen är valda på ett sådant sätt att lik- spänningskomponenten med den första förbestämda förstärkningen är identisk med storleken av växelspänningskomponenten med den andra förbestämda förstärkningen, varvid utsignalen från integratorn är lika med mörkersignalkomponenten med den första förbestämda förstärkningen och är ansluten till den första differens- förstärkaren.

Med en analog kretskoppling enligt det beskrivna utförandet erhålles ett servo som automatiskt eftersträvar att hela tiden bestämma mörkersignalkomponenten och subtrahera den från mätsigna- len för att likspänningskomponenten skall kunna filtreras ut. Sam- tidigt medför servot att även om de förbestämda förstärkningarna inte är korrekta på grund av att förhållandet mellan växelspän- ningskomponenten och likspänningskomponenten har förändrats, vil- ket exempelvis kan ske på grund av åldring i strålningskällan eller ett fel i bestämningen av modulationsgraden, kommer servot ändå att kompensera detta fel så att likspänningskomponenten anpassas till växelspänningskomponenten. Detta på grund av att en liten differens mellan likspänningskomponenten och växelspännings- komponenten, med respektive förbestämd förstärkning, medför att integratorn beräknar ett, exempelvis, högre värde för mörker- signalkomponenten än den egentliga mörkersignalkomponenten, vilket medför att en något större signal subtraheras från mätsignalen, varvid likspänningskomponenten minskar och åter anpassas mot växelspänningskomponenten. Integratorn har en tidskonstant som är stor i förhållande till modulationsfrekvensen, men liten i för- hållande till temperaturförändringar hos detektorerna. Integratorn beräknar alltså mörkersignalkomponenten med en viss eftersläpning, men med tillräcklig noggrannhet.

En vidareutveckling av spektrofotometern erhålles i enlighet med uppfinningen genom att signalanalysatorn vidare omfattar en första medelvärdesbildare för att sekvensiellt bilda medelvärdet av' mätsignalens likspänningskomponent för en 'kort tidsperiod, företrädesvis en modulationsperiod, och en andra medelvärdesbil- dare för att sekvensiellt bilda amplitudmedelvärdet av referens- för tidsperioden, varvid signalens växelspänningskomponent kontrollanordningen sekvensiellt beräknar koncentrationen av det 10 15 20 25 30 35 469 701 9 specifika ämnet utifrån medelvärdet av likspänningskomponenten och amplitudmedelvärdet av referenssignalen.

Medelvârdesbildningen för varje period av signalen medför att normeringen av likspänningskomponenten med växelspänningskomponen- ten och beräkningen av koncentrationen underlättas.

Det är för spektrofotometern enligt föreliggande uppfinning en fördel att den av strålningskällan modulerade strålningen har en frekvens som ligger mellan 50 och 1000 Hz.

Den undre frekvensgränsen beror av hur stor responstid som kan accepteras och vid vilken frekvens moduleringen är sådan att växelspänningskomponenten blir större än likspänningskomponenten och därför lämpligare att använda. Den övre frekvensgränsen kan vara avsevärt högre än 1000 H2 och beror dels på strâlningskällans förmåga att pulsera strålningen med tillräcklig modulationsgrad för att växelspänningskomponenten skall kunna urskiljas och dels vilken frekvens detektorerna klarar av. D En vidareutveckling av spektrofotometern erhålles i enlighet med uppfinningen genom att signalanalysatorn omfattar en mät- signalkanal med ett skyddsfilter som avkânner mâtsignalens växel- spänningskomponent och som filtrerar bort avsnitt av vâxelspän- ningskomponenten som innehåller avvikelser från det normala kurv- utseendet.

Genom att filtrera bort störningar i växelspänníngskomponenten hindras dessa från att påverka bestämningarna av de olika kompo- nenterna och därmed kan fel i beräkningen av likspänningskompo- nenten och koncentrationen av det specifika ämnet förhindras.

Dessa signalfel kan exempelvis uppstå då koncentrationen föränd- ras mycket snabbt, dvs då likspänningskomponenten inte filtreras bort när växelspänningskomponenten filtreras ut.

Det är härvid en fördel att utforma skyddsfiltret så att det omfattar en integrator, en komparator och en brytare, anordnad att då den är öppen hindra avvikelserna i växelspänningskom- ponenten från att påverka bestâmningen av likspänningskomponenten, varvid integratorn integrerar växelspänningskomponenten för varje modulationsperiod och komparatorn jämför absolutbeloppet av det integrerade värdet»för varje period med ett föregivet gränsvärde och om gränsvärdet överskrids öppnas brytaren åtminstone under den tid gränsvärdet överskrids. 469 701 10 15 20 25 30 35 10 Integreringen av växelspänningskomponenten över en modulations- period ger normalt sett, med undantag för brus, en nollsignal eftersom växelspänningskomponenten har en positiv andel som är lika stor som den negativa. Dä signalstörningar, t ex signal- spikar, uppkommer, avviker resultatet av integrationen från noll och om avvikelsen är tillräckligt stor öppnas brytaren för att hindra signalstörningen från att fortplantas till resterande del av signalanalysatorn. Den tillåtna avvikelsen kan sättas så nära noll att alla avvikelser som överstiger normalt brus leder till att brytaren öppnas. Det sistnämnda kan vara lämpligt då ett servo används för att filtrera ut likspânningskomponenten. Servots in- tegrator, som bestämmer mörkersignalkomponenten, påverkas då inte av signalstörningarna.

I anslutning till fyra figurer skall uppfinningen beskrivas närmare, varvid: Fig 1 visar ett utföringsexempel av spektrofotometern i enlighet med uppfinningen, Fig 2 visar schematiskt tre signalkomponenter av en mätsignal som genereras i spektrofotometern, Fig 3 visar schematiskt hur mätsignalen behandlas och Fig 4 visar ett alternativt utföringsexempel av en del av spektrofotometern för att bestämma en modulationsgrad.

Spektrofotometern 1 som visas i figur 1 omfattar en signalgene- rator 2 och en signalanalysator 3. I det följande kommer spektro- fotometern 1 beskrivas som en C02-analysator i en icke visad res- pirator/ventilator för att dess funktion och uppbyggnad skall framgå klart. Spektrofotometern 1 är dock inte begränsad till denna användning utan kan, med samma principiella uppbyggnad, användas för alla typer av ämnesanalyser med ett specifikt ämne i en blandning av fler ämnen, under förutsättning att det specifika ämnet absorberar strålning vid åtminstone en våglängd där övriga ämnen i blandningen inte absorberar strålning, för såvida inte detta kan kompenseras genom att mäta de andra ämnena vid vågläng- der där endast de absorberar och justera koncentrationsberäkningen utifrån detta.

Signalgeneratorn 2 har en glödlampa 4 med en glödtrâd 35 som matas med en pulserande ström från en strömgenerator 34. Pulse- ringsfrekvensen är relativt hög, företrädesvis över 50 Hz. I det 10 15 20 25 30 35 -469 701 11 följande exemplet är frekvensen 200 Hz. Den höga frekvensen inne- bär att intensiteten i strålningen från glödlampan 4 är huvud- sakligen triangelvågformig. Strålningen passerar igenom en prov- kyvett 5 i vilken en del av den gas som skall analyseras leds igenom. I strålgången efter provkyvetten 5 är en första strålningskänslig detektor 6 och en andra strålningskänslig detektor 7 anordnade. Detektorerna 6 och 7 omfattar i detta fall, då C02 skall mätas, fotoresistorer tillverkade av PbSe. En förbestämd ström skickas igenom respektive fotoresistor och den uppkomna spänningen utgör en signal som utvärderas i signal- analysatorn 3. Då ingen strålning träffar detektorerna 6, 7 erhålles en mörkersignal, som endast beror av detektorernas 6, 7 temperatur.

För att mörkersignalerna från detektorerna 6, 7 skall vara så lika som möjligt är detektorerna 6, 7 placerade nära varandra och i termisk kontakt, men utan att strålning som infaller mot den ena detektorn skall kunna träffa den andra. Ett icke visat temperatur- regleringssystem reglerar detektorernas 6, 7 temperatur och håller den konstant vid företrädesvis 40° C för att undvika immbildning på provkyvetten 5 och minska mörkersignalens drift. Då strålning träffar detektorerna 6, 7 minskar deras resistans och spänningen över detektorerna 6, 7 förändras. Eftersom strålningen som sagt år triangelvågformig kommer, som framgår av fig 2, spänningssignalen U bestå av en likspänningskomponent UDC och en våxelspännings- komponent UAC, som överlagrar mörkersignalen UD. Dessa tre signa- lkomponenters relativa storleksförhållande beror bl a på detektorernas 6, 7 arbetstemperatur, glödlampans 4 intensitet och glödtrådens 35 tidskonstant. I detta fall är växelspänningskompo- nenten UAC ca. 1/10 så stor som likspänningskomponenten UDC, som i sin tur är ca. 1/100 så stor som mörkersignalkomponenten U0.

Framför den första detektorn 6 är ett första filter 8 placerat.

Detta första filter 8 är genomsläppligt för strålningsvåglängder där C02 absorberar strålning, i detta fall 4,26 pm. På motsvarande sätt är ett andra filter 9 placerat framför den andra detektorn 7.

Det andra filtret 9 år genomsläppligt för strålningsvåglångder där C02 inte absorberar, exempelvis 3,40 pm. Det andra filtret 9 kan även väljas så att det är genomsläppligt för bredare intervall av våglängder. Detta medför att spänningssignalen U som erhålles från 469 701 10 15 20 25 30 35 12 den första detektorn 6 beror av mängden C02 i gasen i provkyvetten 5 och vidare används som mätsignal Umât, medan spänningssignalen U från den andra detektorn 7 är oberoende av mängden C02 och därmed utgör en referenssignal Uref. Alla övriga yttre faktorer, såsom exempelvis temperaturvariationer, smuts eller imma i provkyvetten 5, variationer i glödlampans 4 intensitet och strålning utifrân, kommer att påverka mätsignalen Umät och referenssignalen U lika mycket. En förutsättning är dock att ref detektorerna 6, 7 pâverkas av de yttre faktorerna i samma utsträckning. Genom att normera mätsignalen Uàät med hjälp av referenssignalen U kan alltså koncentrationen av C02 i gasen beräknas. Detta utïššrs i signalanalysatorn 3 som omfattar två referenssignalkanaler R1 och R2 samt tre mätsignalkanaler S1, S2 och S3.

I referenssignalkanalen R1 förstärks först referenssignalen i en första förförstärkare 10 med en förstärkning Aor och deriveras sedan i en första deriveringskrets 11. Deriveringen filtrerar bort mörkersignalkomponententh)och.likspänningskomponentenIJ från den förstärkta referenssignalen A°¿Uref. stärkta växelspänningskomponenten AorUrefAc integreras under en triangelvägperiod, 5 ms, i en första differentialintegrator 12.

Den första positivt tecken då signalen är positiv och med negativt tecken då refDC Den återstående för- signalen är negativ. Detta innebär att utsignalen från den första differentialintegratorn 12 blir medelvärdet av amplituden för den förstärkta växelspänningskomponenten Aáñ under en period. I slutet av perioden samplas utsignalen fš::Aâen första differen- tialintegratorn 12 in i en första samplings- och hâllkrets 13 som under påföljande period avger den förstärkta signalen som utsignal. Då den första samplings- och hållkretsen 13 samplat in signalen nollställs den första differentialintegratorn 12 för att under påföljande integrera växelspânningskomponenten UrefAC triangelvågperiod. Signalen vid utgången av samplings- och hållkretsen 13 utgörs härvid av medelvärdet av amplituden av växelspänningskomponenten AzïrefAc med en förbestämd förstärkning.

Denna signal digitaliseras i en första A/D-omvandlare 14 och matas in i en mikroprocessor 15 för att normera mätsignalen Umât från detektorn 6. differentialintegratorn 12 integrerar signalen medw 10 15 20 25 30 35 469 701 13 I det följande beskrivs signalbehandlingen av mätsignalen Umât.

Som nämnts ovan är växelspänningskomponenten UmätAc 1/10 så stor som likspänningskomponenten Umätnc. Detta förhållande är beroende av glödlampans 4 glödtråd 35 och förändras då glödtráden 35 åldras, vilket beskrivs närmare nedan. Eftersom både likspän- ningskomponenten Umätnc och växelspänningskomponenten UmätAC beror av C02-koncentrationen är det svårt att vid snabba växlingar av C02-koncentrationen filtrera bort likspänningskomponenten Umåtbc.

Snabba växlingar av C02-koncentrationen sker i varje övergång från inandning till utandning och vice versa. Att signalbehandla mät- signalen på samma sätt som referenssignalen U skulle därför medföra att den 10 gånger så starka likspänningskššponenten Umätnc stör bestämningen av växelspänningskomponentens UmätAC storlek och därigenom.beräkningen av C02-koncentrationen vid snabba koncentra- tionsväxlingar. Dessutom är det så att växelspänningskomponenten UmätAc har ett sämre signal-brusförhållande än likspänningskom- ponenten Umätnc. Signal-brusförhâllandet kan förbättras för växel- spânningskomponenten UhätAC genom att exempelvis öka strömmen genom glödlampan 4, men detta skulle samtidigt påskynda åldringen av glödlampan 4. Alternativt kan pulseringsfrekvensen av strömmen från strömgeneratorn 34 till glödlampan 4 minskas så att inten- siteten moduleras mer, men detta minskar mätarens responstid och dessutom är det känt att detektorer av PbSe har ett frekvensknä och för frekvenser under knäfrekvensen är bruset omvänt beroende av frekvensen, t ex med en faktor 1/f där f motsvarar frekvensen.

För PbSe-detektorer ligger frekvensknät i allmänhet under 50 Hz.

För att komma förbi dessa problem filtreras istället likspän- ningskomponenten Umätnc ut ur mätsignalen Umåt och anpassas till växelspänningskomponenten UmätAc på ett sätt som beskrivs nedan.

Mätsignalen Umät förstärks först i en andra förförstärkare 16 med förstärkningen Aom, varefter den förstärkta mätsignalen A°mUmät leds genom två mätsignalkanaler S1 och S2. I den första mätsignalkanalen S1 förstärks mätsignalen A°mUm¿t ytterligare i en variabel förstärkare 17 och den förstärkta mätsignalen AlUmât matas till den negativa ingången i en första differensförstärkare 18. Till den positiva ingången skall mörkersignalkomponenten Uo, med samma förstärkning A1 som mätsignalen Umät, anslutas så att endast lik- och växelspänningskomponenterna AlUmätDc, AlUmätAC 469 701 10 15 20 25 30 35 14 kvarstår efter den första differensförstärkaren 18. Nedan angives mer detaljerat hur mörkersignalkomponenten Uo erhålles.

Efter den första differensförstärkaren 18 integreras den återstående mätsignalen A1(UmâtAc + Umâtnc) under varje triangel- vàgperiod i en första integrator 19 för att filtrera bort växelspänningskomponenten UàâtAc och för att reducera bruset.

Integreringen följs av en sampling i slutet av varje period av en andra samplings- och hàllkrets 20. Signalen ut från den andra samplings- och hållkretsen 20 utgörs alltså av medelvärdet av likspänningskomponenten Aífiàâtnc, med en förbestâmd förstärkning, för varje triangelvågperiod. Denna signal leds till en andra A/D- omvandlare 21 för att digitaliseras och går sedan in i mikro- processorn 15. I mikroprocessorn 15 normeras varje nytt signal- värde A1-àâtnc från den andra A/D-omvandlaren 21 med motsvarande insignal A2Ü¥efAc från den första A/D-omvandlaren 14 och en rent koncentrationsberoende C02-signal erhålles. Utgående från. hur kan ett förhållande fastställas ur vilket koncentrationen av C02 kan beräknas för varje C02-signalvärde. Det erhållna värdet på C02- denna C02-signal påverkas av kända koncentrationer av C02, koncentrationen kan sedan presenteras i realtid på en display 31, som kan utgöras av LCD-display, en bargraph, en skrivare, eller något liknande. Vârdena kan även lagras i ett minne i mikropro- cessorn 15 eller i en extern datorenhet för att exempelvis mer noggrant studera en specifik patients C02-halt för en längre tidsperiod.

För att mätningen skall fungera krävs, som nämnts ovan, att den förstärkta mörkersignalkomponenten A1U° subtraheras från den för- stärkta mätsignalen AlUmät i den första differensförstärkaren 18.

En möjlighet att göra detta vore att blockera detektorn 6 från yttre strálningskällor, mäta.mörkersignalkomponenten Uo vid drift- temperaturen och sedan mata den positiva ingången i den första med en spänning motsvarar differensförstärkaren 18 som mörkersignalkomponenten Uo med den förstärkning A1 mätsignalen Umät erhåller i förförstärkaren 16 och den varierbara förstärkaren 17. Mätningen skulle dock hârigenom bli beroende av temperaturen.

I spektrofotometern 1 beräknas därför mörkersignalkomponenten Uo kontinuerligt.

I fig 3 visas schematiskt hur mörkersignalkomponenten Uo be- 10 15 20 25 30 35 469 701 15 stäms ur mätsignalen Umät. Hela mätsignalen Umät består av de tre signalkomponenterna växelspänningskomponenten UmätAc, likspân- ningskomponenten UmätDc och mörkersignalkomponenten Uo. Växelspän- ningskomponenten UmâtAc filtreras ut från de övriga och utifrån det kända förhållande som råder mellan växelspänningskomponenten UmätAC och likspänningskomponenten Umätnc och som bestäms av modu- lationsgraden av strålningen från glödlampan 4, kan en virtuell likspänningskomponent Uålätnc beräknas. Den virtuella likspännings- komponenten Uåâtnc subtraheras från de återstående två signal- komponenterna UmâtDC + Uo och ger en virtuell mörkersignalkompo- nent Uê. Om förhållandet mellan växelspänningskomponenten UmätAc och likspänningskomponenten Umâtnc är noggrant bestämt, kommer den virtuella mörkersignalkomponenten Uá ha samma värde som mörker- signalkomponenten Uo. Anledningen till att den virtuella likspän- ningskomponenten Ulílätnc inte utnyttjas direkt som signal för att bestämma C02-koncentrationen är att signal-brusförhållandet för växelspänningskomponenten UmåtAC är sämre och därigenom får också den virtuella likspänningskomponenten Ußätnc ett sämre signal- brusförhållande än den egentliga likspänningskomponenten Umâtnc.

Spektrofotometern 1 är uppbyggd på följande sätt för att be- stämma mörkersignalkomponenten Uo.

Ovan beskrevs att den förstärkta mätsignalen.AomUmât två mätsignalkanaler S1 och S2 efter förförstärkaren 16. Den andra mätsignalkanalen S2 är i princip identisk med referenssignalkana- len R1. Mätsignalen A°mUmät deriveras i en andra deriveringskrets 22 för att filtrera ut växelspänningskomponenten A°mUmätAC som därefter integreras under varje triangelvågperiod i en andra dif- som integrerar signalen med positivt leds genom ferentialintegrator 23, tecken då signalen är positiv och med negativt tecken då signalen är negativ. Detta innebär att utsignalen från den andra differen- tialintegratorn 23 blir medelvärdet av amplituden för den för- stärkta växelspänningskomponenten A3UmätAC under en period. I slutet av varje period samplas signalen från den andra differen- tialintegratorn 23 in i en tredje samplings- och hållkrets 24, varefter den andra differentialintegratorn 23 nollställs och börjar integrera påföljande triangelvågperiod. Utsignalen från den tredje samplings- och hållkretsen 24 utgörs därmed av medelvärdet av amplituden för varje period av växelspänningskomponenten 469 701 10 15 20 25 30 35 16 A3ñmätAc till den positiva ingången i en andra differensförstärkare 25. med en förbestämd förstärkning, och denna utgör insignal Till den negativa ingången i den andra differensförstârkaren 25 är signalen från den andra samplings- och hållkretsen 20 ansluten, dvs medelvärdet för varje period av likspänningskomponenten med en förbestämd förstärkning. Utsignalen från den A1UmätDc' andra differensförstârkaren 25 är en felsignal som anger skill- naden mellan den virtuella likspänningskomponenten Uåätnc och den verkliga likspänningskomponenten Umâtnc.

En brytare 26, som normalt är sluten och vars funktion beskrivs nedan, följer den andra differensförstârkaren 25 och därefter en reglerande integrator 27 vars tidskonstant är betydligt större än periodtiden, t ex 1 s, och som integrerar felsignalen. Så länge felsignalen är noll förblir integratorns 27 utsignal konstant.

Utsignalen från den reglerande integratorn 27 är kopplad till den positiva ingången i den första differensförstârkaren 18. Då mätsignalen Umât initiellt genereras i systemet kommer utsignalen från den reglerande integratorn 27 att vara noll och hela den förstärkta mätsignalen Alümât passerar den första differens- förstärkaren 18. I den första integratorn 19 filtreras växelspän- ningskomponenten UmâtAC bort och utsignalen från den efterföljande andra samplings- och hållkretsen 20 utgörs av det förstärkta medelvärdet för varje period av mörkersignalkomponenten Aífiš och likspänningskomponenten A1UmâtDC. Den första integratorn 19 reducerar också det brus som finns på insignalen. Denna signal v- återleds till den negativa ingången i den andra differensför- stârkaren 25. Till den positiva ingången ansluts, som nämnts ovan, utsignalen från den tredje samplings- och hållkretsen 24, vilken utgörs av det förstärkta. medelvärdet. av' amplituden för 'varje period av växelspânningskomponenten AáÜmätAc. Differensen mellan de två signalerna, dvs felsignalen, matas in i den reglerande integratorn 27 som därigenom avger en utsignal som snabbt ökar.

Denna ökning' medför' att signalen efter' den första differens- förstärkaren 18 minskar, vilket i sin tur medför att felsignalen efter den andra differensförstârkaren 25 minskar. Genom att välja de förbestämda förstärkningarna A1 och A3 så att medelvärdet av den förstärkta likspänningskomponenten.Aíñmätnc och medelvärdet av amplituden för den förstärkta växelspänningskomponenten AšÜm¿tAc I) 10 15 20 25 30 35 469 701 17 blir lika stora, kommer signalen efter den reglerande integratorn 27 att bli lika med mörkersignalkomponenten Uo med den förstärk- ning A1 mätsignalen Ufiät erhållit i förförstärkaren 16 och den variabla förstärkaren 17. Tidskonstanten för den reglerande integratorn 27 är lång jämfört med modulationsperioden, t ex 1 sekund. Detta innebär att den mörkersignalkomponent UC som bestäms utgörs av nórkersignalkomponenter från tidigare tidpunkter i realtid. Eftersom detektorerna 6, 7 är tempererade kan dock inte mörkersignalkomponenten Uo ändra värde snabbt och det bestämda värdet blir därmed noggrant. Förstärkningarna A1 och A3 väljs utifrån det kända förhållandet, dvs modulationsgraden. I detta läge består nu signalen efter den första differensförstärkaren 18 endast av lik- och växelspänningskomponenterna AlUmätDC, A1UmätAC och felsignalen efter den andra differensförstärkaren 25 blir lika varför den reglerande integratorn 27 bibehåller På grund av små förluster i de ingående krets- med noll, utsignalen AIUO. komponenterna kommer de olika signalerna pendla omkring de men så fort felsignalen efter den andra avviker från noll korrigerar den eftersträvade värdena, differensförstärkaren 25 reglerande integratorn 27 sin utsignal så att felsignalen åter blir noll. Återkopplingarna ger alltså ett servo som hela tiden eftersträvar att som utsignal hålla mörkersignalkomponenten'Uo med dess förbestämda förstärkning A1.

Den signalbehandlingen mörkersignalkomponentenIk)och filtrera ut likspänningskomponenten Umätnc, skulle kunna göras i en krets utan återkoppling. Servo- återkopplingen medför dock att den virtuella likspänningskom- ponenten Uåâtnc, vars signal-brusförhållande är lågt, återkopplas via den reglerande integratorn 27 och den första integratorn 29, vilket reducerar bruset som annars kunde överlagra likspännings- ovan beskrivna för att bestämma komponenten Umätnc.

Om den variabla förstärkaren 17 är felaktigt inställd, vilket kan ske på grund av att förhållandet mellan lik- och växelspän- ningskomponenterna Umätnc, UmâtAc i strålningen från glödlampan 4 förändrats då glödlampans 4 glödtrád 35 åldrats, kommer felsigna- len efter den andra differensförstärkaren 25 att avvika från noll efter en förändring av koncentrationen. Den reglerande integratorn 27 integrerar då fram ett felaktigt värde på mörkersignalkompo- 469 701 10 15 20 25 30 35 18 nenten UC, men eftersom integrering sker tills felsignalen åter blir noll, kommer medelvärdet av likspänningskomponenten Alfifiätnc sUmätAc och ge ett korrekt mätvärde för koncentrationen av C02. Då anpassas till medelvärdet av växelspänningskomponenten A koncentrationen av C02 vid övergång från in- till utandning och vice versa ändras i det närmaste stegvis, kommer dock stegsvaret att bli felaktigt. Även om den variabla förstärkaren 17 är korrekt inställd, kan störningar uppkomma på mätsignalen Umât. Som beskrivits ovan kan t ex likspänningskomponenten Umätnc vid mycket snabba koncentra- tionsväxlingar inte utan vidare separeras från växelspännings- komponenten UmätAc. Hedelvärdet av växelspänningskomponenten UmätAc blir då felaktigt och för att förhindra att detta fel passerar den andra differensförstärkaren 25 och påverkar integreringen i den reglerande integratorn_27, har brytaren 26 placerats mellan dessa två kretsar. För att styra brytaren 26 har signalen efter den andra deriveringskretsen 22 avletts till en tredje mätsignalkanal S3. Denna signal utgörs av den förstärkta AoUmätAC' varje triangelvàgperiod i en andra integrator 28 och i slutet av växelspânningskomponenten Signalen integreras dunder varje period samplas utsignalerna från den andra integratorn 28 till en fjärde samplings- och hållkrets 29. störningar förekommer på mätsignalen blir utsignalen från den fjärde samplings- och hållkretsen 29 i princip lika med noll.

Huvudsakligen brus förekommer som utsignal. Då en störning, t ex Sá länge som inga i form av en signalspik i växelspänningskomponenten UmâtAc, upp- träder blir utsignalen från den andra integratorn 28 i slutet av perioden skild från noll och denna signal blir under påföljande period utsignal från den fjärde samplings- och hållkretsen 29.

Denna signal gär till en fönsterkomparator 30 som öppnar brytaren 26 då signalen från den_fjärde samplings- och hållkretsen 29 avviker från ett grânsintervall omkring noll. Felsignalen från den andra differensförstârkaren 25 kommer då inte att nä den reglerande integratorn 27 och störningarna kommer inte att påverka utsignalen från denna. Brytaren 26 hålls öppen så länge som stör- ningen består. Lämpligtvis avger fönsterkomparatorn 30 en puls som håller brytaren 26 öppen under en förbestämd minimitid. Den första och mätsignalkanalens S1 utsignal, från den andra samplings- 10 15 20 25 30 35 469 701 19 hâllkretsen 20, medelvärdet av likspänningskomponenten AlUmätDC, kommer däremot att uppvisa de snabba växlingarna i signalen och ge ett korrekt mätvärde.

För att förhindra att fel uppkommer i den variabla förstärkaren 17 då glödlampan 4 åldras är signalanalysatorn 3 försedd med en självkalibrerande funktion för inställningen av den variabla för- stärkarens 17 förstärkning. Efter den första förförstärkaren 10 är referenssignalkanalen R1 avdelas den andra referenssignalkanalen R2. I den andra referenssignalkanalen R2 tas den förstärkta referenssignalen AoUref in i en tredje A/D-omvandlare 32 och den digitaliserade referenssignalen A U tas in till mikroprocessorn 15. I mikroprocessorn 15 analyoselrâ: växelspänningskomponenten UrefAc, som består av omväxlande stigande och fallande exponen- tialkurvor. Dessa exponentialkurvor beror av tidskonstanten för glödlampans 4 glödtråd 35. Genom att medelvärdesbilda ett större antal kurvor kan tidskonstanten beräknas. Härigenom erhålles också modulationsgraden, som vid konstant pulseringsfrekvens endast beror av tidskonstanten. Då en förändring av tidkonstanten sker, exempelvis på grund av att glödtrådens 35 material successivt kokar bort från glödtrâden 35, kan mikroprocessorn 15 utifrân förändringen av tidskonstanten beräkna hur mycket den variabla skall förändras och via en förstärkarens 17 förstärkning styrledning 33 utföra förändringen.

I ovan har ett utföringsexempel beskrivits där uppfinningen utformats som en analog krets. Det är även fullt möjligt att direkt efter detektorerna 6, 7 låta mätsignalen Umåt och referens- signalen Uref passera en respektive A/D-omvandlare och digitalise- ras för att sedan i en mikroprocessor eller annan datorenhet analyseras och behandlas på motsvarande sätt som ovan beskrivits.

Beräkningen av tidskonstanten för att bestämma förhållandet mellan växelspänningskomponenten UAC och likspänningskomponenten UDC kan även utföras pä andra sätt. I fig 1 har en annan metod antytts genom en kontrolledning 36 från mikroprocessorn 15 till genom vilken mikroprocessorn 15 kan styra Genom att avbryta strömmen från strömgene- strömgeneratorn 34 , strömgeneratorn 30. ratorn 30 under minst en pulseringsperiod kommer glödtrâden 35 att avkylas något. Dä strömpulserna åter påförs glödtrâden 35 kommer dess temperatur att stiga mot den temperatur den höll innan glöd- 469 701 10 15 20 25 30 35 20 lampan 4 släcktes. Genom att via den tredje A/D-omvandlaren 32 och mikroprocessorn 15 mäta referenssignalens växelspännings- komponents UrefAc förändring under ätergången till arbetstempera- turen kan tidskonstanten i glödtráden 35 bestämmas.

Inställningen av den variabla förstärkaren 17 kan även kontrol- leras genom att under en mycket kort tid, en eller några modula- tionsperioder, hindra strålningen från strålningskällan 4 att nâ den första detektorn 6. Signalen till mikroprocessorn 15 skall då vara noll om en korrekt förstärkning är inställd.

I fig 4 anges ett tredje sätt att bestämma tidskonstanten, eller modulationsgraden. Fig 4 visar endast de nödvändiga elemen- ten från figur 1. Spektrofotometern är i övrigt identisk med den i fig 1 beskrivna. Glödlampan 4 med glödtráden 35 matas med ström- pulser från strömgeneratorn 34. Strålning passerar provkyvetten 5 och filterna 8, 9 för att träffa detektorerna 6, 7. Från detek- torerna 6,:7 går signalerna till signalanalysatorn 3. En foto- detektor 37 är placerad vid glödlampan 4, utanför stràlgángen från glödlampan 4 mot detektorerna 6, 7. Fotodetektorn 37 har en mör- kersignalkomponent Uo som är försumbar och utgörs t ex av en foto- diod 37, kopplad som en strömgenerator och känslig för strålning vid glödtrådens 35 intensitetsmaximum. Vid denna våglängd är glödtrådens 35 intensitet tillräcklig för att fotodiodens 37 förstärkning skall ge en signal med tillräckligt signal-brus- förhållande. Fotodioden 37 genererar på grund av den modulerade strålningen en signal bestående av en växelspänningskomponent och en likspänningskomponent. I en fjärde A/D-omvandlare 38 digita- liseras signalen och matas in i mikroprocessorn 15 där signalen delas upp i respektive komponent och förhållandet mellan växel- spänningskomponenten och likspänningskomponenten kan bestämmas.

Därefter kan mikroprocessorn 15, utifrån Plancks stràlningslag, beräkna förhållandet vid de våglängder där koncentrationsmätningen sker.

(I

Claims (16)

10 15 20 25 30 35 469 701 21 Patentkrav

1. Spektrofotometrisk metod för att bestämma koncentrationen av ett specifikt ämne, varvid en strålning vars intensitet är modulerad med en bestämd modulationsgrad genereras i en strål- ningskälla, det specifika ämnet genomstràlas av strålningen, en mätsignal Umät för en strålningsväglängd vid vilken det specifika ämnet absorberar strålningen genereras i en första detektor (6), en referenssignal Uref för en stràlningsvåglängd som är skild från det specifika ämnets absorptionsváglängd genereras i. en andra detektor (7) och koncentrationen av det specifika ämnet bestäms utifrån mätsignalen och referenssignalen medelst en signalanaly- sator (3), k ä n n e t e c k n a d a v att metoden, utgående frán att mätsignalen Umät och referenssignalen Uref består av tre signalkomponenter - en mörkersignalkomponent UC, som motsvarar den signal detektorerna (6, 7) genererar då ingen strålning träffar dem, en likspânningskomponent UDC och en våxelspänningskomponent UAC, som motsvarar de signaler detektorerna (6, 7) genererar då den modulerade strålningen träffar dem - och att förhållandet mellan växelspänningskomponenten UAC och likspänningskomponenten UDC är oberoende av koncentrationen och känt genom strålningens modulationsgrad, vidare omfattar stegen att átsignalens Umät våxelspänningskomponent U¿ätAC filtreras ut i signalanalysatorn (3), att likspänningskomponenten Umätnc bestäms utifrån våxelspän- ningskomponenten UmätAC och det kända förhållandet, att likspän- ningskomponenten Umätnc normeras med referenssignalen Uref och att koncentrationen av det specifika ämnet bestäms utifrån den normerade likspänningskomponenten Umâtnc.

2. Metod enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att mätsignalens Umät likspänningskomponent Umätnc bestäms genom att ett värde för likspänningskomponenten Umâtnc beräknas utifrån växelspänningskomponenten UmätAC och det kända förhållandet, att ett värde för mörkersignalkomponenten Uo bestäms genom att subtrahera det beräknade värdet för likspänningskomponenten Umätnc från den från växelspänningskomponenten UmâtAc befriade mätsigna- len Umät och att mätsignalens likspänningskomponent Umätnc filtre- ras ut genom att subtrahera det bestämda värdet för mörkersignal- 469 701 10 15 20 25 30 35 22 komponenten Uš och filtrera bort växelspânningskomponenten Um¿tAc från mätsignalen Umät.

3. Metod enligt något av kraven 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a d komponent UrefAc filtreras ut och att normeringen av mätsignalens a v att referenssignalens Uref våxelspännings- Umât likspânningskomponent Uñâtnc genomförs med vâxelspännings- komponenten UrefAC.

4. Metod enligt något av kraven 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a d a v att referenssignalens Uref likspänningskompo- nent Urefnc bestäms genom att växelspänningskomponenten UrefAc att ett värde för likspänningskomponenten Urefnc bestäms utifrån vâxelspänningskomponenten UrefAc och det kända förhållandet, lfefo bestäms genom att subtrahera det bestämda värdet för likspännings- filtreras ut, att ett värde för mörkersignalkomponenten U komponenten Uéefnc från den från växelspänningskomponenten UrefAC ref, och att referenssignalens Uref likspänningskomponent Urefnc filtreras ut genom att subtrahera det befriade referenssignalen U bestämda värdet för mörkersignalkomponenten U, och filtrera refo bort växelspânningskomponenten UrefAC från referenssignalen Uref, och att normeringen av mätsignalens Uàät likspänningskomponent Umätnc genomförs med referenssignalens Uref likspänningskomponent UrefDC'

5. Metod enligt något av ovanstående krav, k ä n n e - t e c k n a d a v att den aktuella modulatíonsgraden beräknas i en kontrollanordning (15) och att den beräknade aktuella modula- tíonsgraden används av signalanalysatorn (3) för att bestämma värdet på likspänningskomponenten Umâtbc utifrån växelspännings- komponenten UmâtAc och det kända förhållandet mellan växelspän- ningskomponenten UAC och likspänningskomponenten UDC. att den aktuella modulatíonsgraden beräknas genom att kurvformen på

6. Metod enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d a,v växelspänningskomponenten UAC analyseras.

7. Metod enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d. a v att 1? 10 15 20 25 30 35 469 701 23 strálningskällan (4) matas med en modulerad ström från en ström- källa (34), att strömmen från strömkällan (34) till stràlnings- källan (4) avbryts under minst en modulationsperiod, att refe- renssignalens Uref växelspänningskomponent UrefAc registreras för de efterföljande:modulationsperioderna och att.kontrollanordningen (15) analyserar förändringen av växelspänningskomponenten UrefAC och utifrån denna förändring beräknar den aktuella modulations- graden.

8. Metodenligtkravâ,kännetecknad av att strålningen från stràlningskällan (4) detekteras med en ytter- ligare referensdetektor (37), vars mörkersignalkomponent Uo är försumbar och som genererar en signal som består av en växel- spänningskomponent och en likspänningskomponent, att de två spänningskomponenterna separeras från varandra och att den ak- tuella modulationsgraden beräknas genom att förhållandet mellan dem bestäms.

9. Metod enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d a v att en glödtråd (35) används som stràlningskâlla (4), att resistans- variationer i glödtråden (35) under'modulationsperioderna mäts och att den aktuella modulationsgraden bestäms utifrån de uppmätta resistansvariationerna.

10. Spektrofotometer (1) för'mätning av koncentrationen av ett specifikt ämne, omfattande en stràlningskâlla (4) som avger en strålning vars intensitet är modulerad med en bestämd modulations- grad och vilken strålning genomstrâlar det specifika ämnet, en första detektor (6) för att detektera strålningen vid en våglängd vid vilken det specifika ämnet absorberar strålningen och generera en mätsignal Umät, en andra detektor (7) för att detektera stràl- ningen vid en våglängd som är skild från det specifika ämnets absorptionsvåglängd och generera en referenssignal Uref och en signalanalysator (3) för att bestämma koncentrationen av det spe- cifika ämnet utifrân mätsignalen Umät och referenssignalen Uref, k ä n n e t e c k n a d a v att, utgående från att mätsignalen Umät och referenssignalen Uref bestar av tre signalkomponenter - en mörkersignalkomponent Uo, som motsvarar den signal detektorerna 1469 701 10 15 20 25 30 35 24 (6, 7) ningskomponent UDC genererar då ingen strålning träffar dem, en likspän- och en växelspânningskomponent som U motsvarar de signaler detektorerna (6, 7) genererar lä; den modulerade strålningen träffar dem - och att förhållandet mellan växelspänningskomponenten UAC och likspänningskomponenten UDC är oberoende av koncentrationen och känt genom strålningens modula- tionsgrad, signalanalysatorn (3) omfattar en första signalbehand- lingsanordning (16-25,27) för att filtrera ut mätsignalens Umåt UmätAC komponenten Uàätnc utifrån växelspänningskomponenten UmätAc och växelspânningskomponent och bestämma likspännings- det kända förhâllandet, en andra signalbehandlingsanordning (10- 13) för att bestämma en normeringsfaktor utifrån referenssignalen Uref och en kontrollanordning (15) för att normera likspännings- komponenten U med normeringsfaktorn och beräkna koncentra- mätDC tionen av det specifika ämnet utifrân den normerade likspännings- komponenten Umätnc.

11. ll. Spektrofotometer enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a d a v att kontrollanordningen (15) omfattar ett medel för att be- räkna den aktuella modulationsgraden och att den första signal- behandlingsanordningen (16-25,27) utifrån komponenten UàätAc och den beräknade aktuella modulationsgraden växelspännings- bestämmer likspänningskomponenten Umâtnc.

12. Spektrofotometer enligt något av' kraven 10 eller 11, k ä n n e t e c k n a d a v att den första signalbehandlings- anordningen (16-25,27) omfattar en första mätsignalkanal (S1) med bland annat en signalförstärkare (17) som förstärker mätsignalen Umät ferensförstärkare (18), i vilken mörkersignalkomponenten UC med den första förbestämda förstârkningen (A1) subtraheras från den med en första förbestâmd förstärkning (A1), en första dif- förstärkta mätsignalen A1U och en första integrator (19), i mät vilken växelspänningskomponenten UàâtAc filtreras bort, och en andra mätsignalkanal (S2) med bland annat ett första signalfilter (22), för att filtrera ut växelspänningskomponenten UmätAc, en (23,24) som förstärker växelspänningskomponenten UmâtAc med en (förbestâmd andra förstärkning (A3), differensförstärkare (25) till vilken den första integratorn (19) förstärkare en andra IL? 10 15 20 25 30 35 469 701 25 och förstärkaren (23,24) är anslutna och en integrator (27) som integrerar utsignalen från den andra differensförstärkaren (25), och att den första förbestämda förstärkningen (A1) och den andra förbestämda förstärkningen (A3) är valda på ett sådant sätt att likspänningskomponenten Uàâtnc med den första förbestämda för- stärkningen (A1) är identisk med storleken av växelspännings- komponenten UmätAC med den andra förbeståmda förstärkningen (A3), varvid utsignalen från integratorn (27) är lika med mörkersignal- komponenten Uo med den första förbestämda förstärkningen (A1) och är ansluten till den första differensförstârkaren (18).

13. Spektrofotometer enligt något av kraven 10 - 12, k ä n - n e t e c k n a d a v att signalanalysatorn (3) vidare omfattar en första medelvârdesbildare (19) för att sekvensiellt bilda me- delvärdet av mätsignalens Umât likspänningskomponent Umätnc för en kort tidsperiod, företrädesvis en modulationsperiod, och en andra medelvärdesbildare (12) att sekvensiellt bilda amp- litudmedelvârdet av referenssignalens U för ref'växelspänningskomponent UrefAc för tidsperioden, varvid kontrollanordningen (15) sekven- siellt beräknar koncentrationen av det specifika ämnet utifrån medelvärdet av likspänningskomponenten Umätnc och amplitudmedel- värdet U av referenssignalen Uref. refAC

14. Spektrofotometer enligt något av kraven 10 - 13, k ä n - n e t e c k n a d a v att den av stràlningskällan (4) modulerade strålningen har en frekvens som ligger mellan 50 och 1000 Hz. Spektrofotometer enligt något av kraven 10 - 14, k ä n - att signalanalysatorn (3) omfattar en

15. n e t e c k n a d a v mätsignalkanal (S3) med ett skyddsfílter (26, 28 - 30) som av- känner mätsignalens Umät våxelspänningskomponent UmätAC och som filtrerar bort avsnitt av växelspänningkomponenten UmätAc som innehåller avvikelser från det normala kurvutseendet.

16. Spektrofotometer enligt krav 15, k ä n n e t e c k n a d a v att skyddsfiltret (26, 28 - 30) omfattar en integrator (28, 29), en komparator (30) och en brytare (26) anordnad att då den år 0 öppen hindra avvikelserna 1 växelspänningskomponenten UmätAC från 469 701 26 att påverka bestämningen av likspänningskomponenten Umâtnc, varvid integratorn (28, 29) integrerar växelspänningskomponenten UmätAC för varje modulationsperiod och komparatorn (30) jämför absolutbeloppet av det integrerade värdet för varje period med ett 5 förbestämt gränsvärde och om gränsvärdet överskrids öppnas brytaren (26) under åtminstone den tid gränsvärdet överskrids. 17»-