DE2140335C3 - Photometer - Google Patents

Description

dessen Verstärkung mittels einer Regelschaltung in Abhängigkeit von der Amplitude des vom Referenzstrahl abgeleiteten Signals regelbar ist, d a durch gekennzeichnet, daß die photoelektrische Empfangseinrichtung zwei getrennte photoelektrische Wandler (14, 15) enthält, die in einem gemeinsamen Gehäuse an der ersten bzw. zweiten Stelle angeordnet und jeweils von dem Meß- bzw. Referenzstrahl (12 bzw. 13) in Form von Gleichlichtstrahlen beaufschlagt sind, und daß einer der beiden photoelektrischen Wandler (14 bzw. 15) direkt und der andere über einen Zerhacker (32) an den Verstärker (29) angeschlossen ist.

toelektrischer Wandler verwendet wird, indem ein Meß- und ein Vergleichsstrahl entweder abwechselnd auf den photoelektrischen Wandler gegeben werden oder auch gleichzeitig jedoch mit unterschiedlichen Frequenzen moduliert (DT-AS 17 72 064). Die Signale werden dann elektrisch voneinander getrennt, und es wird aus ihnen der Quotient gebildet.

Bei einem bekannten Zweistrahl-Photometer mit nur einem photoelektrischen Wandler (DT-AS 12 81 170) werden der Meß- und Referenzstrahl durch einen etwas gekippten Spiegel im Referenzstrahlengang an eng benachbarte Stellen eines Modulators gelenkt, der aus

2. Photometer nach Anspruch !.dadurch gekenn- 35 einer Schwingblende besteht und Meß- und Referenz

zeichnet, daß der Zerhacker (32) in die Leitung von dem das Referenzsignal liefernden photoelektrischen Wandler (15) zum Regelverstärker (29) eingeschaltet ist, und daß zwischen jeden der photoelektrischen Wandler (14 bzw. 15) und den Regelverstärker (29) bzw. den Zerhacker (32) jeweils ein Tiefpaß (30.31) eingeschaltet ist.

3. Photometer nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Zerhacker (32) in die Leitung von strahl periodisch zeitlich nacheinander auf den photoelektrischen Wandler lenkt. Die dadurch verursachten Lichtschwankungen werden durch den Empfänger in elektrische Impulse umgewandelt, die gemeinsam über einen geregelten Wechselspannungsverstärker versiärkt und anschließend mit Hilfe eines elektronischen Schalters phasenrichtig demoduliert werden. Dadurch werden Meß- und Referenzkanal elektrisch getrennt. Durch Amplitudenvergleich der Vergleichsspannung id i Rl

dem das Meßsignal liefernden photoelektrischen 45 mit einem Sollwert wird eir.e Regelspannung gewon-Wandler (14) zum Regel verstärker (29) eingeschal nen. die die Verstärkung des gemeinsamen Wechsel tet und der das Referenzsignal liefernde photoelektrische Wandler (15) über einen Tiefpaß (31) an den

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Regelverstärker (29) angeschlossen ist. h

spannungsverstärkers so regelt, daß die Vergleichsamplitude stets konstant bleibt. Die bekannten mit nur einem photoelektrischen Wandler arbeitenden Photoi jh li hh h

4. Photometer nach einem der vorhergehenden 5° meter bedingen jedoch einen relativ hohen technischen

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor den photoelektrischen Wandlern (14, 15) Sammellinsen (14a, 15a) angeordnet sind, die das auf sie konzentrierte Licht im zugeordneten photoelektrischen Wandler (14,15) vereinigen.

5. Photometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar vor den photoelektrischen Wandlern (14, 15) ein Korrekturfilter (IC) angeordnet ist.

Die Erfindung betrifft ein Zweistrahl-Photometer mit Aufwand und erfordern außerdem mechanisch ständig in Bewegung befindliche Teile wie Schwingblenden, Lochscheiben od. dgl. Das Erfordernis derartiger Elemente ist besonders bei solchen Photometern unangenehm, die monatelang ohne Wartung auskommen müssen, wie dies beispielsweise bei an Kaminen angebrachten Rauchdichte-Meßgeräten der Fall ist.

Es sind auch schon Zweizellen-Photometer bekanntgeworden, bei denen mit der Vergleichszelle über einen Servomotor eine verstellbare Blende auf Gleichheit der zu vergleichenden Lichtströme eingestellt wird. Die mechanische Stellung der Blende ist dann ein Maß für die Transmission. Der Nachteil dieser bekannten Anordnung besteht darin, daß auf Grund der mechani-

einer Lichtquelle, mit einem im Strahlengang der Licht- ⁶5 sehen Regelung die Ansprechzeiten relativ gering sind,

quelle angeordneten Strahlenteiler zur Erzeugung eines Meß- und eines Referenzstrahles, mit einem im Wege des Meßstrahls hinter einer Meßstrecke andie Beeinflussung der am Teilerspiegel reflektierten bzw durch ihn hindurchgehenden Lichtstrahlen ungleich ist und bei veränderlichen Temperaturen die hei-

den Photozellen unterschiedlich beeinflußt werden.

Das Ziel der Erfindung besieht darin, ein Photometer der eingangs genannten Gattung zu schaffen, das bei einem relativ geringen technischen Aufwand hinsichtlich der mechanischen Teile und der elektronischen > Schaltung dennoch eine hohe Genauigkeit aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sie/it die Erfindung vor, daß die photoelektrische Empfangseinrichtung zwei getrennte photoelektrische Wandler enthält, die in einem gemeinsamen Gehäuse an der ersten bzw. zweiten Stelle angeordnet und jeweils von dem Meß- bzw. Referenzstrahl in Form von Gleich'ichtstruhlen beaufschlagt sind, und daß einer der beiden photoelektrischen Wandler direkt und der andere über einen Zerhacker an den Verstärker angeschlossen ist.

Durch die Verwendung von zwei photoelektrischen Wandlern erübrigen sich mechanisch bewegte Teile im optischen Strahlengang, wobei gleichwohl die hohen Anforderungen an die Temperaturkonstanz der beiden photoelektrischen Wandler durch deren unmittelbare Nebeneinander-Anordnung in eine"i gemeinsamen Gehäuse ebenfalls erfüllt werden. Auch die sich anschließende elektronische Schaltung ist von einfachem Aufbau, weil insbesondere auf Maßnahmen zur Synchronisation und Korrektur mechanisch bewegter Teile sowie zur Beseitigung eines unterschiedlichen Temperaturverhaltens der photoelektrischen Wandler verzichtet werden kann. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Photometer wirtschaftlich hergestellt werden und auch über längere Zeiträume ohne Wartung auskommen.

Nach einer ersten vorteilhaften Ausführurgsform ist vorgesehen, daß der Zerhacker in die Leitung von dem das Referenzsignal liefernden photoelektrischen Wandler zum Regelverstärker eingeschaltet ist und daG zwisehen jeden der photoelektrischen Wandler und den Regelverstärker bzw. den Zerhacker jeweils ein Tiefpaß eingeschaltet ist. Die beiden Tiefpässe dienen dabei für die Ausfilterung des 100-Hz-Brumms, der durch die Speisung dei Lichtquelle mit normalem Netzwechselstrom bedingt ist

Eine weitere Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch, daß der Zerhacker in die Leitung von dem das Meßsignal liefernden photoelektrischen Wandler zum Regelverstärker eingeschaltet und der das Referenzsignal liefernde photoelektrische Wandler über einen Tiefpaß an den Regelverstärker angeschlossen ist. Der bei dieser Ausführungsform vorgesehene Tiefpaß braucht nur dann vorgesehen zu sein, wenn die verwendete Lichtquelle nicht stabilisiert ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung kennzeichnen sich dadurch, daß vor den photoelektrischen Wandlern Sammellinsen angeordnet sind, die das auf sie konzentrierte Licht im zugeordneten photoelektrischen Wandler vereinigen, sowie dadurch, daß unmittelbar vor den photoelektrischen Wandlern ein Korrekturfilter angeordnet isL

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise an Hand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung des Strahlenganges eines Photometers,

F i g. 2 das Blockschaltbild einer dafür geeigneten Auswerteschaltung und

F i g. 3 ein Blockschaltbild einer weiteren möglichen Auswerteschaltung.

Mach F i g. 1 wird die Wendel einer z. B. vom Wechselstromnetz gespeisten Lichtquelle 11 durch eine Linse 23 in das Objektiv 25 abgebildet, das sich am Beginn der Meßstrecke 24 befindet. Am Ende der Meßstrecke ist ein z. B. durch einen Tripelspiegel gebildeter Reflektor 18 aufgestellt, der das Meßstrahlenbündel 12 in sich zurückwirft.

Zwischen Linse 23 und Objektiv 25 ist ein Teilerspiegel 17, /. B. ein halbdurchlässiger Spiegel, angeordnet, welcher einen Teil des Lichtstrahlenbündels 16 nach oben zu einem sphärischen Spiegel 19 reflektiert.

Der zurückgeworfene Teil des Meßstiahles 12 wird ebenfalls am Teilerspiegel 17 teilreflektiert und gelangt über eine Sammellinse 14a zu einem photoelektrischen Meßwandler 14.

Der Spiegel 19 ist so gekippt, daß das Vergleichsstrahlenbündel 13 nicht in sich selbst, sondern unter einem kleinen Winkel zurückreflektiert wird. Es gelangt auf diese Weise zwar noch auf den Teilerspiegel 17, was wesentlich ist, nicht aber zum photoelektrischen Meßwandler 14. sondern über eine Sammellinse 15a zu einem dicht daneben angeordneten photoelekirischen Vergleichswand/er 15. Die Sammellinsen t4a. 15a sind nebeneinander angeordnet und es ist zwischen sie und die photoelektrischen Wandler 14. 15 ein Korrekturfilter 10 geschaltet. Beide photoelektrische Wandler 14, 15 sind also von Gleichlicht beaufschlagt.

Auf diese Weise durchlaufen Meß- und Vergleichsstrahl den Teilerspiegel 17 je einmal und werden je einmal an ihm reflektiert. Die Beeinflussung beider Strahlen durch den Teilerspiegel ist also die gleiche.

Der Spiegel 19 ist derart sphärisch ausgebildet, daß das auf ihn fallende Licht auf die Sammellinse 15a und damit auf den photoelektrischen Wandler 15 konzentriert wird. Der Spiegel 19 liegt unmittelbar neben dem Teilerspiegel 17 auf der entgegengesetzten Seite wie die photoelektrischen Wandler 14, 15, so daß der Vergleichsstrahlengang auf kleinem Raum untergebracht ist und nur ein Minimum an optischen Elementen erfordert.

Die an den Ausgängen der photoelektrischen Wandler 14, 15 erscheinenden elektrischen Gleichsignale werden nach F i g. 2 an Tiefpässe 30,31 für die Ausfilterung des 100-Hz-Brumms angelegt. Das Vergleichssignal wird außerdem noch über einen Zerhacker 32 mit einer Frequenz von z. B. 1 kHz geleitet, um anschließend dem Regelverstärker 29 zugeführt zu werden.

Im Anschluß an den Regelverstärker 29 sind in der gezeigten Weise ein Tiefpaß 38. ein Hochpaß 39, ein Demodulator 40, ein weiterer Tiefpaß 41 und ein Regler 42 angeordnet, welcher das Steuersignal für den Regelverstärker 29 liefert.

Die Schaltung nach F i g. 2 ist besonders für langsam veränderliche Meßsignale geeignet. Die Lampe 11 braucht hier nicht stabilisiert zu sein.

Die Schaltung nach F i g. 3 ist besonders für schnell veränderliche Meßsignale bestimmt. In diesem Falle ist die Lampe stabilisiert, weswegen der Tiefpaß 31 für das Vergleichssignal nicht unbedingt vorgesehen sein muß. Die Frequenz des mit dem Meßsignal beaufschlagten Zerhackers 32 soll möglichst hoch sein.

Im Anschluß an den Regelverstärker 29 sind in der dargestellten Weise ein Hochpaß 43, eine Signalverarbeitungsstufe 44, ein Tiefpaß 45 und ein Regler 46 angeordnet, der das Steuersignal für den Regelverstärker 29 liefert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   !. Zweistrahl-Photometer mit einer Lichtquelle, mit einem im Strahlengang der Lichtquelle angeordneten Strahlenteiler zur Erzeugung eines Meß- und eines Referenzstrahles, mit einem im Wege des Meßstrahls hinter einer Meßstrecke angeordneten Reflektor, durch den der Meßstrahl zum Strahlenteiler und von diesem zu einer ersten Stelle einer photoelektrischen Empfangseinrichtung reflektiert wird, mit einem Spiegel im Wege des vom Strahlteiler ausgehenden Referenzstrahls, der so angeordnet ist, daß der Referenzstrahl durch den geordneten Reflektor, durch den der Meßstrahl zum Strahlenteiler und von diesem zu einer ersten Stelle einer photoelektrischen Empfangseinrichtung reflektiert wird, mit einem Spiegel im Wege des vom Strahlteiler ausgehenden Referenzstrahls, der so angeordnet ist daß der Referenzstrahl durch den Strahlenteiler hindurch zu einer zweiten, der ersten Stelle nahe benachbarten Stelle der photoelektrischen Empfangseinrichtung reflektiert wird, und mit einer an die photoelektrische Empfangseinrichtung angeschlossenen Auswerteschaltung, die einen für die von Meß- und Referenzstrahl abgeleiteten elektrischen Signale gemeinsamen Verstärker besitzt, dessen Verstärkung mittels einer Regelschaltung in Abhängigkeit von der Amplitufhl bli Sil

   Strahlenteiler hindurch zu einer zweiten, der ersten 15 de des vom Referenzstrahl abgeleiteten Signals regel

   bar ist.

   Bei genauen photometrischen Messungen tritt gewöhnlich das Problem der Kompensation von Lichtquelle und photoelektrischem Wandler gegen Tempe-

   die von Meß- und Refei enzstrahl abgeleiteten elek- 20 ratur- und Spannungsänderungen sowie gegen Altetrischen Signale gemeinsamen Verstärker besitzt, rung auf. Zur Lösung dieses Problems sind bereits

   Zweisirah)-Verfahren bekannt, bei denen nur ein pho-

   Stelle nahe benachbarten Stelle der photoelektrischen Empfang'seinrichtung reflektiert wird, und mit einer an die photoelektrische Empfangseinrichtung angeschlossenen Auswerteschaitung, die einen für