DE2530480A1 - Einstrahlphotometer - Google Patents

Description

Bayer Aktiengesellschaft

Zentralbereich Patente. Marken und Lizenzen

509 Leverkusen. Bayerwerk

8. JUL11975

Ki/eb

Einstrahlphotometer

Die Erfindung betrifft ein Einstrahlphotometer mit einem Monochromator, dessen durchgelassene Strahlung wellenlängenmoduliert ist und eine auf die Wellenlängenmodulation zugeschnittene Auswerteelektronik .

Das Photometer dient zur Bestimmung der Konzentration eines Stoffes aufgrund seiner selektiven Absorption in einem bestimmten Teil des optischen Spektrums. Zur Bestimmung wird der erwähnte Spektralbereich periodisch abgetastet. Aus dem bei der Abtastung entstehenden Signal wird durch ein spezielles Auswerteverfahren eine Größe hergeleitet, die für die Konzentration des gesuchten Stoffes kennzeichnend ist.

Photometer dieser Bauart sind besonders geeignet zur Konzentrationsbestimmung von Stoffen, die nur geringe selektive Absorptionen aufweisen. Sie bewähren sich auch in Fällen, in denen die geringe Absorption des gesuchten Stoffes von nichtselektiven Absorptionen anderer, noch im Meßgut vorkommender Stoffe überlagert ist. Ein wesentlicher Vorteil dieses Photometertyps besteht in seiner einfachen Bauart, die den Einsatz im Betrieb, z.B. am Prozeßstrom, begünstigt.

Die Konzentrationsmessung mit Hilfe der Bestimmung der optischen Absorption bzw. Transparenz ist in der Meßtechnik bekannt. Die grundsätzliche Verfahrensweise wird deutlich, wenn man sich den

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Abtastvorgang bei der Messung mit einem registrierenden Einstrahlphotometer vergegenwärtigt. Das Ergebnis einer solchen Abtastung des Spektralbereichs in der Nähe der selektiven Absorption des gesuchten Stoffes ist in Fig. 1 dargestellt. Es ist das hinter dem photoelektrischen Wandler des Photometers anstehende elektrische Signal über der Wellenlänge aufgetragen . Bei der Wellenlänge Ns, bei der die selektive Absorption auftreten möge, befindet sich in der sonst "glatten" Kurve eine "Einbeulung". Die Konzentrationsbestimmung erfolgt nun so, daß eine Registrierkurve gebildet wird, wie sie ohne Anwesenheit des gesuchten Stoffes sich ergeben würde, und diese Kurve mit der tatsächlichen verglichen wird. Es sind zahlreiche Vorschläge von Auswertungen auf diesem Prinzip gemacht worden. Sie arbeiten mit Handoperationen (Anlegen von Linealen u. dgl.), speziellen Auswerteautomatiken oder mit Datenverarbeitungsmaschinen.

Allen bisher bekannten Anordnungen ist jedoch gemeinsam, daß sie nicht zu einfachen, robusten Photometerkonstruktionen geführt haben, die sich allgemein in der Betriebspraxis durchgesetzt hätten.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Beibehaltung des eben auseinandergesetzten bekannten Elnstrahlphotometerprinzips mit Abtastung eines Spektralbereichs, in dem der gesuchte Stoff selektiv absorbiert, einen einfachen, robusten Photometertyp zu entwickeln, wie er etwa im chemischen Betrieb, für Aufgaben des Umweltschutzes u. dgl. benötigt wird.

Diese Aufgabe wird mit einem Einstrahlphotometer, das nach dem oben angegebenen Prinzip arbeitet, erfindungsgemäß in folgender Weise gelöst:

a) der Monochromator ist als Interferenzverlauffilter ausgebildet, dessen durchgelassene Wellenlänge im Mittel näherungsweise mit der zu messenden Absorptionsbande übereinstimmt .

b) Das Interferenzverlauf filter ist beweglich im Strahlengang angeordnet und führt eine periodische Bewegung mit der Frequenz η aus, wobe^-d^r ^ Strahl eingang am Ort des Inter-

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ferenzverlauffilters ein eng begrenztes Bündel bildet.

c) Die Meßfrequenz der Auswerteelektronik ist auf Harmonische der Frequenz η abgestimmt.

"Eng begrenzt" bedeutet dabei, daß die Auflösung des Photometers praktisch nur durch die Auflösung des Interferenzverlauffilters und nicht durch die Größe des Lichtfleckes auf dem Interferenzverlauffilter bedingt ist. In der Praxis wurden Bündeldurchmesser von 1 bis 4 mm verwendet.

Gemäß einer Ausführung der Erfindung führt das Interferenzverlauffilter eine oszillatorische Bewegung aus; d. h. das Interferenzverlauffilter oszilliert senkrecht zur optischen Achse und in Richtung seiner Wellenlängenänderung.

Eine elegantere Lösung sieht vor, daß das Interferenzverlauffilter um eine Achse drehbar ist, die parallel zur optischen Achse orientiert und um den Abstand d gegenüber der optischen Achse versetzt ist. Vorteilhaft kann dabei der Abstand d durch Verschiebung des Interferenzverlauffilters eingestellt werden. In der Praxis beträgt der Abstand d einige Millimeter bis einige Zentimeter. Die Rotationsfrequenz η des Filters liegt im Bereich von einigen zehn s . Das durch das Filter hindurchgetretene Licht durchläuft innerhalb einer Periode der Grundfrequenz zweimal in umgekehrter Reihenfolge einen bestimmten Spektralbereich. Die Breite des durchlaufenen Spektralbereichs ist durch den Abstand der optischen und der Rotationsachse gegeben. Durch Veränderung von d läßt sich also die Breite des durchlaufenen Spektralbereichs variieren. Das Interferenzverlauffilter wird bezüglich seines Wellenlängenbereiches so gewählt und im Strahlengang angeordnet, daß die selektive Absorption des gesuchten Stoffes in der Mitte des durchlaufenen Spektralbereichs liegt. Die Absorptionsstelle wird daher zweimal innerhalb einer Periode der Grundfrequenz durchlaufen. Infolge der Absorption des gesuchten Stoffes ergibt sich ein Oberwellenanteil bei der ersten Oberwelle der Grundfrequenz. Die erste Oberwelle, d.h. also die Frequenz 2n wird

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daher vorteilhaft als Meßfrequenz des Photometers gewählt. Dieser Oberwellenanteil ist dann nach vorheriger Eichung des Photometers ein Maß für die gesuchte Konzentration.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann das Interferenzverlauffilter um eine Achse geschwenkt werden, die auf der optischen Achse und der Drehachse senkrecht steht und die Durchdringungspunkte dieser beiden Achsen auf dem Interferenzverlauffilter miteinander verbindet. In der Praxis wurden Schwenkbewegungen bis etwa + 10° zugelassen. Bei dieser Schwenkung ändert sich die mittlere Wellenlänge (Zentralwellenlänge) der durch das Interferenzverlauffilter hindurchdringenden Strahlung. Die Schwenkung ermöglicht daher eine Feineinstellung der Zentralwellenlänge. Diese Einstellung kann im Betriebszustand des Photometers ausgeführt werden.

Eine weitere Verbesserung der Erfindung besteht darin, daß die zuvor erwähnte Schwenkung periodisch erfolgt; d.h. das Interferenzverlauffilter führt zusätzlich zu der Oszillations- bzw. Rotationsbewegung eine Schwenkbewegung senkrecht zur optischen Achse und senkrecht zur Rotationsachse aus. Die Frequenz 1 der Schwenkbewegung ist dabei klein gegenüber der Dreh- bzw. Oszil-

-2 -1 lationsfrequenz n. In der Praxis wurden Frequenzen von 1 bis 10 s benutzt.

Die periodische Schwenkung führt zu periodischen Änderungen des Meßwertes mit der Periode der Schwenkung. Der jeweils in einer Periode auftretende Maximalwert der Photometeranzeige eignet sich noch besser als Meßwert für die gesuchte Konzentration als der oben erwähnte Oberwellengehalt 2n. Der jeweilige Maximalwert ist nämlich nur in geringem Maße abhängig von unerwünschten Veränderungen der Eigenschaften des Photometers und zum Teil auch des Meßgutes. Änderungen im Photometer können z.B. infolge Fehljustierungen (beispielsweise nach Wechsel der Lichtquelle), durch Temperatureffekte am Interfirenzverlauffilter und dgl. eintreten. Veränderungen im Meßgut (z.B. Temperaturerhöhung) können die Lage der Absorptionsbande des gesuchten Stoffes geringfügig verschieben.

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Die nachfolgende Zusammenstellung zeigt die zahlreichen Vorteile des neuen Photometers.

1. Das einfache Meßprinzip erlaubt einen einfachen kompakten Aufbau des gesamten Gerätes. Wegen der Möglichkeit, die Analysenwellenlänge durch einfaches Verschieben des Filters in Richtung der Wellenlängenänderung zu verändern, ist es leicht möglich, verschiedene Geräte für die gleiche Meßaufgabe in Übereinstimmung zu bringen. Aus diesen Gründen ist das Gerät besonders für die kontinuierliche Analyse an Prozeßströmen geeignet.

2. Zur Messung wird ein ganzer Spektralbereich abgetastet. Dies hat gegenüber einer Messung bei diskreten Wellenlängen den Vorteil, daß das Ergebnis nicht stark von Besonderheiten im Spektrum bei speziellen Wellenlängen abhängt. Außerdem ist die Verarbeitung des Signals, in dem keine Diskontinuitäten auftreten, einfach.

3. Das Wellenlängenintervall, in dem gearbeitet werden soll,läßt sich leicht einstellen. Dazu braucht nur der Abstand zwischen der optischen Achse und der Rotationsachse des Filters verändert zu werden.

4. Es erscheint hinter dem Wandler ein Signal, das proportional mit der Konzentration des gesuchten Stoffes zusammenhängt, wobei der Konzentration Null das Signal Null zugeordnet ist. Bei vielen Photometern ist der Meßwert das Verhältnis zweier nahezu gleicher Signale.In solchen Fällen ist es schwierig.bzw. unmöglich, Substanzen, mit geringen Absorptionen zu messen.

5. Störabsorptionen wirken sich nur geringfügig aus, weil sie in erster Linie die Intensität der Grundfrequenz, nicht die der Meßfrequenz beeinflussen. Aus dem gleichen Grund stören auch Änderungen der spektralen Empfindlichkeit von Lichtquelle und Empfänger, Temperatüreffekte beim Filter u. dgl. nur wenig. 60988 4/0529

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6. Bei der Ausführung mit zusätzlicher periodischer Schwenkung des Interferenzverlauf filter s wirken sogar Effekte, die die Meßwellenlänge geringfügig verschieben, nur gering auf das Meßergebnis.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 die Registrierung des Spektrums des Meßgutes in der Umgebung der Absorptionsstelle des zu bestimmenden Stoffes,

Figur 2 den Strahlengang des Photometers,

Figur 3 eine Aufsicht auf das rotierende Interferenzverlauffilter,

Figur 4 die hinter dem Interferenzverlauffilter gemessene Wellenlänge als Funktion der Zeit,

Figur 5 das elektrische Signal am photoelektrischen Wandler bei Abwesenheit des zu bestimmenden Stoffes,

Figur 6 das elektrische Signal am photoelektrischen Wandler bei Anwesenheit des zu bestimmenden Stoffes,

Figur 7 die beiden ersten Komponenten der Fourier-Zerlegung des in Fig. 6 dargestellten Signales,

Figur 8 die Registriereinrichtung mit vorgeschaltetem phasensynchronen Gleichrichter,

Figur 9 das den Wandler erreichende Lichtsignal bei zusätzlicher Verwendung eines Zerhackers (Chopper),

Fig. 1o die elektrische Yerarbeitung des Signales bei Verwendung des Zerhackers,

j« 11 eine verbesserte Ausführung der Erfindung mit einer zusätzlichen periodischen Schwenkung des Interferenzverlauffilters und

. 12 die Modulation des Registrierwertes mit der Frequenz der zusätzlichen periodischen Schwenkbewegung.

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Figur 1 wurde bereits in ihren wesentlichen Teilen besprochen. Entsprechend der periodischen Bewegung des Interferenzverlauffilters wird der Bereich von χ 1 bis X2 periodisch abgetastet.

Figur 2 zeigt das Einstrahlphotometer in seinem Grundaufbau. Von der Lichtquelle 1 (Glühlampe) wird mit der Linse 2 ein Bild 3 in der Nähe des Interferenzverlauffilters 4 entworfen. Am Ort des Interferenzverlauffilters 4 hat das Strahlenbündel einen Durchmesser von 1 bis 3 mm. Das durch das Interferenzverlauffilter 4 monochromatisch gemachte Licht durchsetzt anschließend die Meßküvette 5 und wird durch eine Linse 6 auf den photoelektrischen Wandler 7 fokussiert. Das dort erzeugte elektrische Signal wird in der Auswerteelektronik 8 verstärkt und bezüglich seines Oberwellengehaltes analysiert. Das zur Konzentration des gesuchten Stoffes proportionale Ausgangssignal wird mit dem Schreiber 9 aufgezeichnet. Eine genauere Beschreibung der Auswerteelektronik 9 wird weiter hinten anhand von Figur 8 gegeben. Zwischen Lichtquelle 1 und Linse 2 ist ein Zerhacker 1o zur periodischen Unterbrechung des Strahlenganges angeordnet. Er besteht in bekannter Weise aus einem rotierenden Blendenrad. Die Wirkungsweise des Zerhackers 1o wird ebenfalls weiter hinten genauer erläutert.

Das Kernstück des Einstrahlphotometers ist das Interferenzverlauffilter 4. Es ist in einer Halterung 11 justierbar eingebaut und wird durch den Motor 12 mit einer Frequenz von 30s un die Achse A-A' gedreht. Ein passendes Interferenzfilter wird z.B. von der Firma Schott (Mainz) unter der Bezeichnung VERIL IB 200 vertrieben. Ein solches Filter hat z.B. in Richtung der veränderlichen Wellenlänge (X-Richtung in Fig. 3) eine Ausdehnung von etwa 15 cm, senkrecht dazu (Y-Richtung) eine Ausdehnung von etwa 2,5 cm. Aus diesem Filter wird nun ein Bereich abgetrennt, der in Richtung der veränderlichen Wellenlänge ca. 3 cm lang ist. Es entsteht somit

ein rechteckiges Filter der Abmessungen 3 χ 2,5 cm . Der darin enthaltene Wellenlängenbereich umfaßt beispielsweise Wellenlängen von 1800 bis 2000 nm; die Halbwertsbreite der Durchlässigkeit ist etwa 100 nm. Der Durchstoßpunkt der Drehachse ist in Fig. mit A markiert. Das auf das Interferenzverlauffilter auftreffende

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Strahlenbündel erzeugt einen Lichtfleck 13 mit einem Durchmesser von wenigen Millimetern im Abstand d von der Drehachse. Der Pfeil 14 zeigt die Richtung der Wellenlängenänderung des Interferenzverlauffilters an. Der Abstand d bestimmt in Kombination mit der Dispersion des Filters den von dem Filter bei der Rotation durchgelassenen Wellenlängenbereich. Durch Änderung von d kann also der Modulationshub eingestellt werden. Praktisch geschieht dies so, daß der auf einer Grundplatte montierte Synchronmotor 12 zusammen mit dem Interferenzverlauffilter 4 mittels einer Schlittenführung senkrecht zur optischen Achse verschoben wird. Die mittlere Durchlaßwellenlänge, d.i. die Zentralwellenlänge des Interferenzverlauffilters 4 kann durch Einjustieren des Filters in der Halterung 11 an das jeweilige Meßproblem angepaßt werden. Zu diesem Zweck wird das Interferenzverlauffilter 4 senkrecht zur optischen Achse solange in der Halterung 11 verschoben bis die Zentralwellenlänge mit der Absorptionsstelle des zu messenden Stoffes übereinstimmt.

Anstelle einer Rotationsbewegung kann die Wellenlängenmodulation auch durch eine Oszillation des Interferenzverlauffilters 4 bewirkt werden. Die Halterung 11 ist in diesem Falle mit einer Exzentermechanik gekoppelt,die das Interferenzverlauffilter senkrecht zur optischen Achse hin und her bewegt. Wegen der auftretenden Trägheitskräfte sind nur relativ niedrige Frequenzen zulässig (maximal 10s"" ).

Figur 4 zeigt die von dem Interferenzverlauffilter 4 durchgelassene Zentralwellenlänge als Funktion der Zeit. Als überstrichener Spektralbereich ist das Wellenlängenintervall 1,8 bis 2,0 Mm genommen. Diese Einstellung könnte z.B. benutzt werden, wenn es um die Bestimmung von Wasser geht, das bei etwa 1,9um eine Absorptionsstelle hat.

In Figur 5 ist das Signal dargestellt, das hinter dem photoelektrischen Wandler 7 ansteht, wenn kein absorbierender Stoff in der Meßküvette 5 vorhanden ist. Es ist in der Regel nicht konstant, sondern periodisch mit der Frequenz η der Rotation. Diese Periodizität kann zahlreiche Gründe haben. Ein Teil ist apparativ bedingt, z.B. durch die spektrale Abhängigkeit der

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Lichtquellenemission und der Empfängerempfindlichkeit, die Abhängigkeit der Transmission des Filters von der Wellenlänge usw. Weiterhin kann die Periodizität davon herrühren, daß auch ohne Anwesenheit des zu bestimmenden Stoffes die sonst noch vorhandenen Substanzen zwar nicht in der Gegendeder Meßwellenlänge selektiv absorbieren, aber doch langsam mit der Wellenlänge sich ändernde Absorptionen zeigen. Meist ist die in Fig. 5 dargestellte Schwankung angenähert sinusförmig. Der Oberwellengehalt ist vernachlässigbar klein.

In Figur 6 ist das elektrische Signal hinter dem photoelektrischen Wandler 7 dargestellt, bei Anwesenheit der zu bestimmenden Substanz. Zusätzlich zu der in Fig. 5 gezeigten Modulation sind nun noch Absorptionsspitzen zu sehen (mit Pfeilen markiert), die auf den zu bestimmenden Stoff zurückzuführen sind. In Abb.6 sind der Anschaulichkeit halber diese Absorptionsspitzen sehr stark hervorgehoben. Wenn nur eine geringe Absorption auftritt, können die Spitzen zu kaum oder mit dem Auge nicht erkennbaren Ausbeulungen zusammenschrumpfen. Für das Meßprinzip des Einstrahlphotometers ist nun von großer Bedeutung, daß die Absorptionsstelle der zu bestimmenden Substanz möglichst genau in der Mitte des überstrichenen Wellenlängenbereiches liegt. In diesem Falle wird nämlich die Amplitude der zweiten Oberwelle maximal.

Die Fig. 7 zeigt die beiden ersten Glieder der Fourier-Zerlegung des Signales gem. Fig. 6. Das konstante Glied wurde fortgelassen, da es bei der vorgesehenen Wechselspannungsverstärkung ohnedies fortfällt.

Die Fig. 8 zeigt schematisch die elektronische Signalverarbeitung. Das im photoelektrischen Wandler 7 erzeugte Wechselspannungssignal wird nach Verstärkung einem abstimmbaren elektronischen Filter 15 zugeführt, das auf die erste Oberwelle der Frequenz, d. i. auf 2n abgestimmt ist. Das elektronische Filter 15 arbeitet mit einem phasensynchronen Gleichrichter, der von einem Synchronisierungssignal gesteuert wird. Das Synchronisierungssignal kann von der rotierenden Bewegung des Interferenzverlauffilters 4 hergeleitet werden, z.B. dadurch, daß mit dem Interferenz-

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verlauffilter 4 fest verbundene Fähnchen durch eine Lichtschranke laufen. Das elektronische Filter 15 ist als sogenannter Lock-in-Verstärker ein handelsübliches Gerät. Die Amplitude der ausgesonderten Oberwelle 2n wird mit dem Schreiber 9 registriert. Das registrierte Signal ist nach vorheriger Eichung des Verfahrens ein Maß für die Konzentration des gesuchten Stoffes.

Bei dem Photometer in seiner bisher dargestellten Grundausführung wirkt sich eine spektral neutrale Schwächung des Strahlenganges, eine Änderung des Verstärkungsfaktors u. dgl. als Änderung der Steilheit der Eichkurve des Verfahrens aus. Eine im interessierenden Spektralbereich nichtneutrale geringfügige Schwächung des Strahlenganges, wie sie beispielsweise beim Einführen von absorbierenden Störsubstanzen auftritt, hat in erster Näherung keine Wirkung, da sie nur eine Änderung der Amplitude der Grundfrequenz bewirkt. Nur insoweit auch die Zusatzabsorption einen Oberwellenanteil bei der Meßfrequenz liefert, tritt ein Fehler bei der Konzentrationsbestimmung ein, und zwar im wesentlichen eine Nullpunktsverschiebung. In dieser Ausführung könnte das Photometer verwendet werden, wenn Empfindlichkeitsänderungen entweder bei dem vorliegenden Meßproblem nicht auftreten oder aber einen Fehler bewirken, der gegenüber Fehlern aus anderen Fehlerquellen vernachlässigbar ist. Der letztere Fall tritt häufig bei Spurenbestimmungen auf, wo es mehr auf die Nachweisempfindlichkeit als auf die Genauigkeit ankommt. Die Veränderung der Empfindlichkeit bei neutraler Schwächung des Strahlenganges kann relativ leicht behoben werden. Hierzu wird z.B. ein zusätzlicher Zerhacker 10 (siehe Fig. 2) in den Strahlengang gebracht. Der Zerhacker 10 besteht, wie schon erwähnt, aus einer rotierenden Sektorblende und wird mit einer Frequenz m betrieben, die in der Regel wesentlich höher als die Meßfrequenz ist. In der Praxis wählt man eine Frequenz, die etwa um den Faktor 10 über der Meßfrequenz liegt., in dem hier beschriebenen Beispiel also 600 s~ . Das iam photoelektrischen Wandler 7 auftretende Signal ist dann eine amplitudenmddulierte Rechteckwechselspannung. Sie ist in Fig. 9 dargestellt.

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In Fig. 1o ist das Prinzip der elektrischen Signalverarbeitung bei Verwendung des Zerhackers gezeigt. Die am photoelektrischen Wandler 7 erzeugte Wechselspannung wird im Vorverstärker 16 breitbandig verstärkt. Anschließend werden Meßfrequenz 2n und Vergleichsfrequenz m durch zwei getrennte Filter 15 und 17 ausgesondert. Das elektronische Filter 15 arbeitet, wie oben beschrieben, mit einem phasensynchronen Gleichrichter, der mit der Frequenz 2 η gesteuert wird. Die beiden Signale an den Ausgängen der Filter werden dann gleichgerichtet und einer Dividierschaltung 18 zugeführt. Sie bildet das Verhältnis von Meßsignal M zu Vergleichssignal V, das mit dem Schreiber 9 registriert wird. Dieses Verhältnis ist nach vorheriger Eichung ein Maß für die gesuchte Konzentration. Im Gegensatz zu dem oben erwähnten Konzentrationsmaß ist es unabhängig von einer spektral neutralen Schwächung der Lichtintensität.

Vor der Messung muß das Photometer einmal an die Absorptionskurve des zu bestimmenden Stoffes angepaßt werden. Zu diesem Zweck wird zunächst die Breite des modulierten Spektralbereiches durch Verändern des Abstandes d zwischen optischer Achse und Rotationsachse des Interferenzverlauffilters 4 eingestellt. Sodann wird das Interferenzverlauffilter 4 in seiner Halterung 11 senkrecht zur optischen Achse verschoben, bis die Durchlaßwellenlänge (Zentralwellenlänge) mit der Absorptionsstelle des gesuchten Stoffes übereinstimmt. Bei optimaler Einstellung erhält man ein maximales Meßsignal. Nun können aber im Laufe der Zeit,beispielsweise durch Veränderungen des Interferenzverlauffilters 4, durch Temperatureffekte, oder durch FehlJustierungen Abweichungen zwischen der einjustierten Zentralwellenlänge und der Absorptionsstelle auftreten. Das Photometer arbeitet dann nicht mehr bei der optimalen Wellenlänge. Es ist meist schwierig, solche Abweichungen zu erkennen. Aus diesem Grunde ist eine Hilfseinrichtung vorgesehen, die eine schnelle Empfindlichkeitskontrolle ermöglicht. Diese Einrichtung ist in Fig. 11 schematisch dargestellt. Die Fig. 11 zeigt einen Blick auf das Interferenzverlauffilter 4 von einem Punkt in der Ebene der optischen Achse und der Rotationsachse. Die Rotationsachse A-A'und die optische Achse fallen bei dieser Ansicht zusammen. Das Interferenzverlauffilter 4 steht hier nicht senkrecht zur optischen Achse bzw. zur Le A 16 443 - 11 -

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Rotationsachse A-A', sondern ist um den Winkel w aus der Vertikallage geschwenkt. Die Schwenkachse 19 steht senkrecht auf der optischen Achse und der Rotationsachse A-A'. Bei der Schwenkung um den Winkel w wird der durchgelassene Wellenlängenbereich um einen gewissen Betrag nach kürzeren Wellenlängen verschoben. Die Hilfseinrichtung gestattet nun eine reproduzierbare Schwenkung des Filters einschließlich der Halterung 11 und des Motors 12 um die Achse 19. Auf diese Weise läßt sich während des Betriebes des Photometers durch langsames Verändern des Winkels w nachprüfen, ob sich das Gerät noch im Zustand maximaler Empfindlichkeit befindet. Es genügt bereits eine relativ geringe Verkippung. Ein Winkel w von 10° ist im allgemeinen ausreichend.

Gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung wird die Verkippung periodisch ausgeführt. Dazu wird der Winkel w mit einer Frequenz

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von 1 bis 10 s um einen Mittelwert verändert. Zu diesem Zweck ist starr mit der Schwenkachse verbunden ein Hebel angebracht, der von einem motorgetriebenen Exzenter in oszillierende Bewegung versetzt wird. Die Schwenkfrequenz ist also klein gegenüber der Rotationsfrequenz. Die periodische Schwenkung führt zu periodischen Änderungen des Meßwertes mit der Periode der Schwenkung (s. Fig. 12). Als Meßwert wird die Maximal-Amplitude in Fig. 12 benutzt. Die Maximal-Amplitude darf nicht dem größten oder kleinsten Wert des Winkels w entsprechen„ Sie sollte vielmehr in der Nähe von w/2 liegen. Ist dies nicht der Fall, so muß das Gerät überprüft werden.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird nur die erste Oberwelle erfaßt_o Es leuchtet ein, daß die Auswerteelektronik auch so aufgebaut werden kann, daß höhere Oberwellen berücksichtigt werden oder ein Mittelwert über sämtliche Oberwellen-Amplituden gebildet wird. Hierzu ist allerdings ein kompliziertere Schaltung erforderlich.

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Claims (7)

1. Ό 2530A80

   Patentansprüche;

   .) Einstrahlphotometer mit einem Monochromator, dessen durchgelassene Strahlung wellenlängenmoduliert ist, und einer Auswerteelektronik, dadurch gekennzeichnet,

   a) daß der Monochromator als Interferenzverlauffilter (4) ausgebildet ist, dessen durchgelassene Wellenlänge im Mittel näherungsweise mit der zu messenden Absorptionsbande übereinstimmt,

   b) daß das Interferenzverlauffilter (4) mit der Frequenz η periodisch bewegbar im Strahlengang angeordnet ist, und der Strahlengang am Ort des Interferenzverlauffilters (4) ein eng begrenztes Bündel bildet,

   c) und daß die Meßfrequenz der Auswerteelektronik (8, 15) auf Harmonische der Frequenz η abgestimmt ist.
2. 2. Einstrahlphotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Interferenzverlauffilter (4) senkrecht zur optischen Achse und in Richtung seiner Wellenlängenänderung oszilliert.
3. 3. Einstrahlphotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Interferenzverlauffilter (4) um eine Achse drehbar ist, die parallel zur optischen Achse orientiert und um den Abstand d gegenüber der optischen Achse versetzt ist.
4. 4. Einstrahlphotometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand d durch Verschiebung des Interferenzverlauffilters (4) einstellbar ist.
5. 5. Einstrahlphotometer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfrequenz auf die erste Harmonische 2n abgestimmt ist.
6. 6. Einstrahlphotometer nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Interferenzverlauffilter (4) um eine Achse (19) schwenkbar ist, die auf der optischen Achse und der Drehachse senkrecht steht und die Durchdringungspunkte

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   dieser beiden Achsen auf dem Interferenzverlauffilter (4) miteinander verbindet.
7. 7. Einstrahlphotometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Interferenzverlauffilter (4) eine periodische Schwenkbewegung ausführt, deren Frequenz 1 klein gegenüber der Drehbzw. Oszillationsfrequenz η ist.

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