DE1682194U - Einrichtung zur lichtelektrischen bestimmung des verhaeltnisses zweier lichtstroeme. - Google Patents

Description

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Einrichtung zur licht elektrischen Bestimmung des Verhältnisses zweier Lichtströme

In der objektiven Photometrie liegt häufig die Aufgabe vor, zwei Lichtströme, von denen der eine die auf Absorption zu messende Probe durchsetzt, während der andere als Bezugsgröße dient, miteinander zu vergleichen und daraus die Absorption der Probe zu bestimmen. In der Regel wird die zu bestimmende Absorption durch das Verhältnis der beiden Lichtströme zueinander festgelegt» Zur Durchführung einer solchen Messung sind verschiedene Verfahren bekannt. Eines derselben - das sogenannte Einstrahlverfahren - besteht darin, ein und denselben Lichtstrom nacheinander einmal durch die zu messende Probe hindurch und das andere Mal ohne die Probe auf einen Strahlungsempfänger, beispielsweise eine Photozelle einwirken zu lassen, so daß man die Stärke der beiden Photoströme _} gegebenenfalls nach entsprechender Verstärkung, in einem Anzeigegerät ablesen kann« Das Verfahren ist verhältnismässig einfach, erfordert jedoch für jede zu messende Probe zwei Ablesungen. Außerdem muß man bei diesem Verfahren Vorkehrungen treffen, daß sowohl die Lichtquelle, wie auch die Zelle und der etwa benutzte Verstärker während der zwei Messungen unverändert bleiben, was praktisch nur schwer zu erreichen ist. Bei einem andern Verfahren arbeitet man aus diesem Grunde gleich-

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zeitig- mit zwei Lichtströmen,, die,- mn den. Einfluß von ITetzsehwankungen auszuschalten, vielfach von derselben lichtquelle abgeleitet sind und von denen der eine die zu messende !robe durchsetzt und der andere als Vergleichsgröße dient. Die beiden Photoströme werden durch mechanische oder optische Lichtschwächungsmittel oder auch durch elektrische Kompensationseinrichtungen auf gleiche Größe gebracht, d.h. die Einstellung erfolgt in der Regel nach einer Fulimethode. Die Messung erfordert hier also nur eine einmalige Einstellung, sie stellt jedoch hohe Anforderungen an die Genauigkeit der mechanischen oder optischen Lichtschwächungsmittel, bzw. der elektrischen Compensations einrichtungen.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, die Vorteile der bisher bekannten Verfahren auszuwerten, ohne dabei jedoch die geschilderten Fachteile in Kauf nehmen zu müssen. Es wird zu diesem Zwecke eine gemeinsame Lichtquelle vorgesehen, von der die beiden Lichtströme, der Vergleichsiichtstrom und der die Probe durchsetzende Lichtstrom, abgeleitet sind, und es wird für beide Lichtströme -dieselbe Zelle und gegebenenfalls derselbe Verstärker benutzt;, so daß Veränderungen der Lichtquelle, der Empfindlichkeit der Photozelle und des Verstärkers für beide Lichtwege sich stets in gleicher Weise auswirken. BsTS~-S3^3r--*e2?~§ü?#K^ ■ --—a

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Man kann, auf diese Weise jede Absorptionsbestinmiung : miir einer einzigen Messung durchführen, unabhängig von. einer etwa eintretenden Veränderung der Lichtquelle, der Photozelle tider des 7erstärkers, und kann bei entspreehender Einstellung des Quotientenmessers ohne irgend eine äußere Abgleichung unmittelbar den gesuchten Absorptionswert ablesen*

Bei der praktischen Verwirklichung der Erfindung wird man in den meisten fällen die von der Photozelle gelieferten Ströme über einen gemeinsamen Verstärker dem. Quotientenmesser zuführen» Es ist also notwendig, die von den beiden Lichtwegen kommenden Photoströme so voneinander unterscheidbar zu machen, daß sie am Ausgang des Verstärkers getrennt werden können. Hierzu gibt es verschiedene Möglichkeiten= Ein einfacher Weg besteht^: "darin _r den einen Lichtstrom dauernd auf die Photozelle einwirken zu lassen und damit einen Gleichstrom zu erzeugen/ während man dem anderen Lichtstrom durch geeignete Unterbrechereinrichtungen, z.B. durch eine Sektorenblende, eine bestimmte Frequenz erteilt •und damit einen Wechselstrom mit der betreffenden Frequenz hervorruft. Am Verstärkerausgang werden Gleich- und Wechselstrom getrennt und die beiden Ströme nach Gleichrichtung des Wechselstroms dem Quotientenmesser zugeführt. Man kann aber auch beiden Lichtströmen mit Hilfe von Sektorenblenden oder dgl. je eine bestimmte unterschiedliche !Frequenz erteilen, so daß man am Verstärker ausgang mit bekannten Mitteln die beiden Frequenzen voneinander trennen und die erzeugten

Ströme nach Gleichrichtung dem Quotientenmesser zuleiten kann. Ferner kann man auch, beiden Lichtströmen die gleiche Frequenz, aber mit verschiedener Phase erteilen, zweckmäßig mit um 90° versetzter Phase, so daß man am 7erstärkerausgang ebenfalls mit bekannten Mitteln, z.B. phasenabhängiger Gleichrichtung, eine Tren*- nung der beiden Photoströme vornehmen kann.

Die infolge UetzSchwankungen oder aus sonstigen Gründen unvermeidlichen Veränderungen der beiden Lichtstrb'me, sowie Schwankungen der Zellenempfindlichkeit und des Verstärkers sind bei Verwendung eines Quotientenmessers bedeutungslos, da das Verhältnis der beiden lichtströme zueinander dadurch nicht beeinflußt wird. Man kann aber auch den Vergleichsphotostrom mit den "bekannten Mitteln der automatischen Verstärkerregelung auf einem gleichbleibenden Wert halten und hat dann nur dafür zu sorgen, daß der von der Meßprobe kommende Photostrom genau in gleicher Weise beeinflußt wird, so daß ebenfalls das Verhältnis der beiden Photoströme zueinander unverändert bleibt. Es genügt in diesem Falle, am Verstärkerausgang ein einfaches Anzeigeinstrument für den von der Messprobe kommenden Photostrom anzuschließen., Ferner kann man auch die von einem automatischen Verstärkerregler gelieferten Impulse unmittelbar auf die lichtquelle einwirken lassen, beispielsweise indem man die Impulse dazu benützt, die Spaltbreite eines Monochromators entsprechend einzustellen. Darüber hinaus kann es in den beiden zuletzt genannten Fällen auch zweckmäßig sein,;, unabhängig von

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der automatischen Verstärkerregelung die beiden Photo— ströme einem Quotientenmesser zuzuführen. Da auf diese Weise beide Korrektionsweisen sich überlagern, ist es möglich, eine noch höhere Genauigkeit zu erreichen oder einen größeren Bereich von Schwankungen einwandfrei zu überbrücken.

Auf der Zeichnung ist die Erfindung durch fünf Ausführungsbeispiele veranschaulicht. Jedes Beispiel ist durch eine schematische Skizze dargestellt, wobei die wesentlichen Teile der Einrichtungen durch symbolische Zeichen kenntlich gemacht sind. Die Figuren 1, 2 und 3 zeigen Anordnungen mit Quotientenmessern, und zwar erzeugt bei Fig. 1 der eine Lichtstrom einen Gleichstrom, der zweite einen Wechselstrom, bei Fig. 2 erzeugen beide Lichtströme je einen Wechselstrom, jedoch mit unterschiedlicher Frequenz und beim dritten Beispiel erzeugen die beiden Lichtströme Wechselströme gleicher Frequenz, jedoch mit im 90 versetzter Phase. Die Figuren 4- und 5 zeigen Ausführungsarten mit automatischer Verstärkerregelung und einem einfachen Anzeigeinstrument; dabei sorgt in Fig. 4. der Verstärkerregler für eine gleichbleibende Höhe dss Vergleichsphotostroms, während in Fig. 5 der Verstärkerregler mit Hilfe eines Motors unmittelbar auf die zugeführte Lichtmenge einwirkt. Die in den verschiedenen Beispielen wiederkehrenden Teile sind einheitlich mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

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Das toil einer GrlüMaEpe a ausgehende Licht wird äurch einen Monochromator b hindurch, einem Spiegelsystem c zugeführt, das das ankommende Licht durch eine geometrische oder physikalische Strahlenteilung in zwei etwa gleiche Lichtströme aufspaltet. Mit Hil fe von üinlenkspiegeln c.j und C₂ werden die beiden Lichtströme ungefähr parallel zueinander weitergeleitet und über weitere Umlenkspiegel d- und dg einem Spiegelsystem d zugeführt, das die "beiden Lichtströme wieder vereinigt und auf eine gemeinsame Photozelle e leitet. Auf dem Wege von c, zu d- durchsetzt das obere Lichfbüschel eine su messende Probe f. Hinter der Photozelle ist in allen Fällen ein Verstärker g angeschlossen.

Die weiteren Einzelheiten sind nun in den einzelnen Beispielen verschieden. Bei Fig. 1 befindet sich zwischen den Umlenkspiegoln Cp und d« eine Sektorenblende hj dadurch entsteht in der Photozelle i neben dem durch den oberen Lichtstrom erzeugten Gleichstrom ein Wechselstrom entsprechend der Frequenz der Sektorenblende. Die beiden Ströme werden hinter dem Verstärker g durch bekannte Mittel (Drosselfilter, bezwo Kondensator) getrennt und nach Gleichrichtung des Wechselstroms einem Quotientenmesser izugeführt, an dem unmittelbar das Verhältnis der beiden Photoströme und damit die Absorption der Probe f abgelassen werden kann.

Beim zweiten. Beispiel £lig. 2) befindet sich sowohl in dem oberen Lichtweg zwischen den Umlenkspiegeln c. "und d^, als auch, im unteren Lichtweg zwischen Cp und dp je eine Sektorenblende h.. bezw. hp,· die in ihrer Frequenz merklich verschieden sind _r 'In der Photozelle e werden hierdurch zwei Wechselströme mit entsprechenden Frequenzen erzeugt, die hinter dem Verstärker g durch elektrische Filter getrennt und nach Gleichrichtung wiederum, einem Quotientenmesser i zugeführt werden, der das Verhältnis der beiden Ströme anzeigt ο

In Pig. 3 befindet sich zwischen den TTmlenkspie-* geln ο., und d.., bezw.. Cp und ä₀ eine Sektorenblende h-, .die gleichzeitig auf beide Lichtwege einwirkt und so angeordnet ist, daß die erzeugten Frequenzen in den beiden lichtwegen in ihrer !hase um 90 zueinander versetzt sind* Dem entsprechend sind auch die in der Photozelle e erzeugten Wechselströme in ihrer Phase um 90 versetzt» Hinter dem Verstärker g werden die beiden Wechselströme mittels phasenabhängiger Gleichrichter getrennt und sodann wiederum einem Quotientenmesser i zugeleitet.

Bei dem vierten Beispiel (Pig» 4-) ist nur im unteren Lichtweg zwischen den ünlenkspiegeln Cp und dp eine Sektorenblende h vorgesehen. Ss wird also in der Photozelle e durch den die· Probe durchsetzenden lichtstrom ein Gleichstrom und durch den Vergleichslichtstrom ein Wechsels Drom erzeugt. Hinter dem ge-

meinsamen Verstärker g· 1st in diesem !Falle-ein automatischer Yerstärkerregler k angeschlossen, der den Vergleichsphotostrom auf gleichbleibender Höhe hält und stets "bei jeder Veränderung auch den Photostrom des oberen lichtwegs in gleicher Weise beeinflußt, so daß das Verhältnis der beiden Photostuöme unverändert bleibt. Der verstärkte Gleichstrom wird einem Anzeigeinstrument m zugeführt, dessen Ausschlag die Größe des erzeugten Gleichstroms und damit ebenfalls die gesuchte Absorption anzeigt.

Bei Jig. 5 ist die Anordnung im Wesentlichen die gleiche wie bei lig. 4j es werden lediglich die von dem automatischen Verstärkerregler bewirkten Impulse dazu benützt, mit Hilfe eines Elektromotors m die Lichtdurchtrittsquerschnitte des Monochromators b so zu beeinflussen, daß der erzeugte Vergleichsphotostrom unverändert bleibt.

Claims (1)

1. PÄ.36997WI6i4

   stm?- lieii&elelsfeEiseiiaiL Besfcimss&g; iss

   Te^Mltriisses ssreies⁵ "sm sings? gßmBl&sfmeit

   eines gemeinsamsi Tersträrkers* geksmizeiclsaei; durcit eine solche Ansbildimg_r daB die LichtsfcrOTie' gleiölsieitig; auf den Strahlungsempfänger fallen fm& ditECit eia Jnzeigegesärfey—weisfe&s das Te^Mltnis der "beiden erzeugtes. Hiotostrome "onmltrfeelbscg anzeigt»

   1 G 87

   ansprüche

   1. Einrichtung zur lichtelejrfcrischen Bestimmung

   des Verhältnisses zweier Lichtströme mit Hilfe eines

   /'.
   von beiden Lichtströmen gemeinsam beeinflußten Strahlungsempfängers und erja&s gemeinsamen Verstärkers, gekennzeichnet durcir'ein Anzeigegerät, von dem das Verhältnis der beoden erzeugten Photoströme unmittelbar angezeigt wird»

   2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Anzeigegerät für das gesuchte Verhältnis der beiden Photoströme ein Quotientenmesser dient.

   3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eine lichtstroin dauernd auf den Strahlungsempfänger einwirkt und dadurch einen Gleichstrom hervorruft, während dem zweiten Lichtstrom durch Unterbrecheseinrichtungen eine bestimmte Frequenz erteilt und damit ein YiTechselstrom erzeugt wird, und daß sodann die beiden Photoströme am Verstärkerausgang nach Gleichrichtung des Wechselstroms dem Quotientenmesser zugeführt werden.

   4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Lichtströmen eine unterschiedliche Frequenz erteilt und die erzeugten Photoströme nach Trennung und Gleichrichtung dem Quotientenmesser augeführt werden*

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   5* Einrichtung- nach: Anspruch. 2_? dadurch, gekennzeichnet, daß beiden Lichtströmen die gleiche Frequenz, Jedoch, mit unterschiedlicher Phase, vorzugsweise mit einem Phasenunterschied* von 90°, erteilt und die erzeugten Photoströme nach Trennung und Gleichrichtung dem Quotientenmesser zugeführt werden.

   6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichsphotostrom mit "bekannten Mitteln der automatischen Verstärkerregelung auf gleichbleibender Höhe gehalten und der zu messende Photostrom stets in der gleichen Weise beeinflußt wird.

   7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur automatischen Verstärkerregelung unmittelbar auf die beiden Lichtströmen gemeinsame Lichtquelle einwirken.

   8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß unabhängig von der automatischen Verstärkerregelung die beiden Photoströme einem Quotientenmesser zugeführt werden«

   Btt/Ack
   510751