DE69201636T2

DE69201636T2 - Einrichtung zur Spektralanalyse.

Info

Publication number: DE69201636T2
Application number: DE69201636T
Authority: DE
Inventors: Haruhiko Aikawa; Yoshiaki Ichige; Yoichi Ishiguro; Fumitoshi Okamoto; Minori Watanabe
Original assignee: Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 1991-12-18
Filing date: 1992-12-18
Publication date: 1995-08-17
Anticipated expiration: 2012-12-19
Also published as: DE69201636D1; JPH05164611A; EP0547623A1; EP0547623B1; JP2719257B2; US5357334A

Description

HTNTERGRUND DER ERFTNDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spektralanalysevorrichtung, welche Licht verwendet, das von einem untersuchten Gegenstand über eine Faseroptik übertragen wird, die in einer Strahlungsumgebung angeordnet ist.

Verwandter Stand der Technik

Eine Faseroptik weist die Eigenschaft auf, daß dann, wenn sie mit einer Strahlung bestrahlt wird, ihr Transmissionsvermögen allmählich abnimmt, und schließlich einen Pegel erreicht, der keine Spektralanalyse ermöglicht. In der JP-A-63-309707 wurde vorgeschlagen, die Lebensdauer des Spektralanalysators dadurch zu verlängern, daß der sogenannte Foto-Bleicheffekt genutzt wird, bei welchem ein Strahlungsverlust durch intensives Licht ausgeglichen wird. Figur 1 zeigt ein Beispiel für den Spektralanalysator, der den Foto- Bleicheffekt nutzt.
Gemäß Figur 1 weist der Spektralanalysator nach dem Stand der Technik eine Probenzelle 1 auf, die einen zu untersuchenden Gegenstand darstellt, Mikrolinsen 2 und 6, eine Faseroptik 5, eine Foto-Bleichlichtquelle 14, und ein Spektrometer 16.
Licht (Meßlicht), das von der Probenzelle 1 ausgesandt wird, wird durch eine Mikrolinse 2 gesammelt und auf das Spektrometer 16 durch die Faseroptik 5, die Mikrolinse 6 und eine Wellen-Kombinationsvorrichtung 9 gerichtet. Da ein Abschnitt der Faseroptik 5, der innerhalb einer Abschirmwand 4 liegt, also zur Probenzelle 1 hin freigelegt ist, sich in einer Strahlungsumgebung befindet, sinkt dessen Transmission allmählich ab, wenn die Faseroptik 5 unverändert bleibt, und schließlich ist keine Spektralanalyse mehr möglich. Ein Strukturfehler eines Molekülniveaus tritt in der Faseroptik durch die Bestrahlung mit der Strahlung auf, und hierdurch wird das Licht absorbiert, so daß der Lichttransmissionsverlust der Faseroptik zunimmt und die Transmission verschlechtert wird. Durch Aufstrahlen von Foto- Bleichlicht auf die Faseroptik 5 unter Verwendung der Foto- Bleichlichtquelle 14 und der Wellen-Kombinationsvorrichtung 9 wird der Strukturfehler des Molekülniveaus aufgehoben, und die fortschreitende Verschlechterung des Transmissionsvermögens verzögert.
Selbst bei der Bestrahlung mit dem Foto-Bleichlicht verschlechtert sich jedoch die Transmission immer noch allmählich, so daß der Lichttransmissionsverlust zunimmt, und die Lichtintensität abnimmt, welche durch die Faseroptik 5 gelangt. Daher ist der Spektralanalysator nicht ausreichend, wenn Reproduzierbarkeit gefordert ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Spektralanalysators, der eine exakte Messung gestattet, ohne vollständig durch einen Lichttransmissionsverlust einer Faseroptik beeinflußt zu werden, trotz einer Schwierigkeit infolge der Verschlechterung des Transmissionsvermögens.
Um das voranstehend genannte Ziel zu erreichen weist der Spektralanalysator gemäß der vorliegenden Erfindung eine Überwachungslicht-Versorgungseinrichtung auf, um ein Überwachungslicht für den Verlust der Faseroptik auf eine bestrahlte Faseroptik zu richten, eine halbdurchlässige Reflexionseinrichtung zum Reflektieren eines Abschnitts des auf die Faseroptik gerichteten Überwachungslichtes zurück zum Eingangsende, und eine Spektralanalyseeinrichtung mit einer Einrichtung zum Trennen des Überwachungslichts vom Meßlicht.
Durch Erfassung einer Änderung der Intensität des Überwachungslichtes wird der Verschlechterungszustand der Faseroptik infolge der Bestrahlung festgestellt, und das Meßlicht auf der Grundlage des Erfassungsausgangssignals korrigiert. Durch Modulieren des Überwachungslichtes kann das Überwachungslicht von dem Meßlicht während der Signalverarbeitung durch die Spektralanalyseeinrichtung unterschieden werden, selbst wenn das Überwachungslicht zusammen mit dem Meßlicht der Spektralanalyseeinrichtung zugeführt wird.
Die vorliegende Erfindung wird noch besser aus der nachstehenden, ins einzelne gehenden Beschreibung verständlich, zusammen mit den Zeichnungen, die nur zur Erläuterung dienen und daher nicht die vorliegende Erfindung einschränken sollen.
Der weitere Umfang der Einsetzbarkeit der vorliegenden Erfindung wird aus der nachstehenden, ins einzelne gehenden Beschreibung deutlich. Allerdings wird darauf hingewiesen, daß die detaillierte Beschreibung und die spezifischen Bespiele zwar bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung angeben, jedoch nur zum Zwecke der Erläuterung vorgesehen sind, da Fachleuten auf diesem Gebiet aus der vorliegenden, ins einzelne gehenden Beschreibung zahlreiche Änderungen und Modifikationen innerhalb des beanspruchten Umfangs der Erfindung deutlich werden.

KURZBESCHREIEUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 zeigt den Aufbau eines Spektralanalysators nach dem Stand der Technik; und
Figur 2 zeigt den Aufbau einer Ausführungsform eines Spektralanalysators gemäß der vorliegenden Erfindung zur Lumineszenz-Spektralanalyse eines strahlenden Materials.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFUHRUNGSFORMEN

In Figur 2 ist eine Probenzeile 1, die einen zu untersuchenden Gegenstand darstellt, in einem Bereich angeordnet, der von einer Strahlungsabschirmwand 4 umgeben ist, da ein darin befindliches Lumineszenzmaterial strahlungsfähig ist. Ein Ende 5a einer Faseroptik 5 liegt der Probenzelle 1 gegenüber, und eine Mikrolinse 2 und ein Halbspiegel 3 sind zwischen der Probenzelle 1 und dem einen Ende 5a der Faseroptik 5 angeordnet. Von der Probenzelle 1 ausgesandtes Meßlicht wird auf das eine Ende 5a der Faseroptik 5 durch die Linse 2 und den Halbspiegel 3 gerichtet. Der Halbspiegel 3 dient als halbdurchlässige Reflexionseinrichtung, um einen Teil eines Meßlichtes (welches nachstehend beschrieben wird), welches von dem einen Ende 5a der Faseroptik 5 ausgesandt wird, zurück zum Ende 5a zu reflektieren.
Die Faseroptik 5 erstreckt sich in dem Bereich außerhalb der Abschirmwand 4 durch ein Durchgangsloch 17, welches in der Abschirmwand 4 vorgesehen ist. Der Abschnitt der Faseroptik 5, der sich innerhalb der Abschirmwand 4 befindet, also der der Probenzelle 1 ausgesetzt ist, wird mit der Strahlung von der Probenzelle 1 bestrahlt und befindet sich in einer Strahlungsumgebung. Eine Mikrolinse 6, eine Wellen- Kombinationsvorrichtung 7, ein Filter 8, eine Wellen- Kombinationsvorrichtung 9, eine Foto-Bleichlichtquelle 14, eine Weißlichtquelle 15 und eine Spektralanalyseeinrichtung 18 sind außerhalb der Abschirmwand 4 dort angeordnet, wo sich das andere Ende 5b der Faseroptik 5 befindet. In Figur 2 ist ein Spalt zwischen der Abschirmwand 4 und der Faseroptik 5 in dem Durchgangsloch 17 gezeigt. In der Praxis wird der Spalt mit einem Strahlungsabdichtungsmaterial gefüllt, um ein Austreten der Strahlung nach außerhalb der Abschirmwand 4 zu verhindern.
Die Weißlichtquelle 15 strahlt ein moduliertes weißes Licht als Faserverlust-Überwachungslicht aus, welches auf das Ende 5b der Faseroptik 5 durch die Wellen- Kombinationsvorrichtungen 9 und 7 und die Mikrolinse 6 gerichtet wird. Die Wellen-Kombinationsvorrichtung 9 ist ein Halbspiegel, durch welchen das Überwachungslicht von der Weißlichtquelle 15 hindurchgelassen wird, und welcher ein Foto-Bleichlicht von einer Foto-Bleichlichtquelle 14 reflektiert und beide Lichtarten auf das Ende 5b der Faseroptik 5 richtet. Die Wellen-Kombinationsvorrichtung 7 ist ein Halbspiegel, der das Licht von der Wellen- Kombinationsvorrichtung 9 durchläßt und es auf die Mikrolinse 6 richtet, und das Licht von der Mikrolinse 6 zu einem Filter 8 reflektiert, welches selektiv das Foto-Bleichlicht des Lichts von der Wellen-Kombinationsvorrichtung 7 abblockt. Die Spektralanalyseeinrichtung 18 weist ein Spektrometer 10 auf, einen Fotomultiplier 11, eine Signalbearbeitungseinrichtung 12 und ein Aufzeichnungsgerät 13. Der Fotomultiplier 11 wird als fotoelektrische Wandlereinrichtung eingesetzt, welche das spektrometrisch von dem Spektrometer 10 untersuchte Licht in ein elektrisches Signal umwandelt und dieses verstärkt. Die Signalbearbeitungseinrichtung 12 trennt das elektrische Signal, welches von dem Fotomultiplier 11 ausgegeben wird, in eine Überwachungslichtsignalkomponente und eine Meßlichtsignalkomponente auf, berechnet deren Lichtintensitäten, und normiert die Meßlichtsignalkomponente unter Verwendung der Überwachungslichtsignalkomponente. Die Normierung ist als Korrekturvorgang zum Ausschalten einer Auswirkung der Verschlechterung der Faseroptik durch die Strahlung von der Meßlichtsignalkomponente definiert.
Die Foto-Bleichlichtquelle 14 strahlt ein Foto-Bleichlicht aus, um eine Beeinträchtigung der Faseroptik 5 durch die Strahlung auszugleichen. Das Foto-Bleichlicht wird auf die Faseroptik 5 über die Wellen-Kombinationsvorrichtungen 9 und 7 und die Mikrolinse 6 gerichtet, löscht den Strukturfehler des Molekülniveaus der Faseroptik 5 aus, der durch die Strahlung hervorgerufen wird, und stellt das Transmissionsvermögen der Faseroptik 5 wieder her. Ein Teil des Foto-Bleichlichtes, welches auf die optische Faser 5 gerichtet ist, wird von dem Halbspiegel 3 zurück auf das Ende 5b reflektiert. Ein vor dem Spektrometer 10 angeordnetes Filter 8 arbeitet so, daß es verhindert, daß dieses rückreflektierte Foto-Bleichlicht auf das Spektrometer 10 gerichtet wird. Die Foto-Bleichlichtquelle 14 ist vorzugsweise eine solche Quelle, welche intensives Licht im Ultraviolettbereich bei Wellenlängen um 200 bis 500 nm herum aussendet, beispielsweise eine Xenonlampe, eine Lampe mit schwerem Wasserstoff, eine Quecksilberlampe, ein Helium- Kadmium-Laser, oder eine verdreifachte Welle eines YAG- Lasers.
Nachstehend wird der Betrieb der vorliegenden Ausführungsform erläutert.
Das Meßlicht wird durch die Mikrolinse 2 gesammelt, auf das Ende 5a der Faseroptik 5 durch den Halbspiegel 3 gerichtet, welcher der Faseroptik 5 zugewandt ist, tritt von dem anderen Ende 5b der Faseroptik 5 aus, und wird auf das Spekrometer 10 durch die Mikrolinse 6, die Wellen-Kombinationsvorrichtung 7 und das Filter 8 gerichtet. Das auf das Spektrometer 10 gerichtete Meßlicht wird fotoelektrisch durch den Fotomultiplier 11 umgewandelt, der als fotoelektrischer Wandler dient, und das gewandelte Signal wird der Signalbearbeitungseinrichtung 12 zugeführt. Die Mikrolinsen 2 und 6 sind dazu vorgesehen, die Lichtempfindlichkeit der Vorrichtung zu erhöhen.
Moduliertes weißes Licht wird von der Weißlichtquelle 15 ausgesandt. Das von der Weißlichtquelle 15 ausgesandte, weiße Licht gelangt durch die Wellen-Kombinationsvorrichtungen 9 und 7, die Mikrolinse 6 und die Faseroptik 5, und ein Teil des weißen Lichtes wird durch den Halbspiegel 3 reflektiert. Das reflektierte weiße Licht gelangt dann durch die Faseroptik 5 und die Mikrolinse 6, und wird über die Wellen- Kombinationsvorrichtung 7 und das Filter 8 auf das Spektrometer 10 gerichtet. Das dem Spektrometer 10 zugeführte weiße Licht wird fotoelektrisch durch den Fotomultiplier 11 umgewandelt, und das gewandelte Signal wird der Signalbearbeitungseinrichtung 12 zugeführt. Daher werden das weiße Licht als Überwachungslicht und das Licht von der Probenzelle 1 als Meßlicht der Signalbearbeitungseinrichtung 12 zugeführt, welche das Überwachungslicht von dem Meßlicht trennen kann, da das Überwachungslicht moduliert ist. Daher können die Intensitäten dieser Lichtarten getrennt erfaßt werden. Die Intensität des Meßlichtes wird allmählich durch die Wirkung der Verschlechterung des Transmissionsvermögens der Faseroptik 5 abgeschwächt, und die Intensität des weißen Lichtes wird ebenso abgeschwächt. Durch Teilen der Intensität des Meßlichtes durch die Intensität des weißen Lichtes wird die Intensität des Meßlichtes korrigiert, um die Wirkung der Verschlechterung des Transmissionsvermögens auszuschalten. Diese Intensitäten werden durch die Aufzeichnungsvorrichtung 13 aufgezeichnet.
Die Foto-Bleichlichtquelle 14 sendet das Foto-Bleichlicht aus. Das Foto-Bleichlicht wird auf die Wellen- Kombinationsvorrichtung 9 gerichtet, die als Fotokoppler arbeitet, und wird daher auf die Faseroptik 5 über die Wellen-Kombinationsvorrichtung 7 und die Mikrolinse 6 gerichtet, damit sich die Faseroptik 5 erholt. Selbst wenn das Foto-Bleichlicht durch den Halbspiegel 3 zurück auf die Faseroptik 5 reflektiert wird, wird das Foto-Bleichlicht daran gehindert, auf das Spektrometer 10 gerichtet zu werden, da das Filter 8, welches die Wellenlänge des Foto- Bleichlichtes abblockt, vor dem Spektrometer 10 angeordnet ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Filter 8 vor dem Spektrometer 10 angebracht, um die Bestrahlung mit dem Foto- Bleichlicht während der Messung zu gestatten, jedoch ist das Filter 8 nicht erforderlich, wenn das Foto-Bleichlicht nur dann eingestrahlt wird, wenn nicht gemessen wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Meßlicht exakt gemessen werden, trotz der Verschlechterung des Transmissionsvermögens der Faseroptik, durch Teilen der Intensität des spektrometrisch untersuchten Lichtes, welches durch die Verschlechterung des Transmissionsvermögens der Faseroptik beeinträchtigt wird, durch die Intensität des modulierten weißen Lichtes. Durch Hinzufügung der Foto- Bleichlichtversorgungseinrichtung kann die Verschlechterung der Faseroptik unterdrückt werden, und ein Spektralanalysator zur Verfügung gestellt werden, der eine hohe Genauigkeit und eine lange Lebensdauer aufweist.

Claims

1. Spektralanalysator mit einer Faseroptik (5), deren eines Ende (5a) so angeordnet ist, daß es Meßlicht von einem zu untersuchenden Gegenstand (1) empfängt, und in einer Strahlungsumgebung angeordnet ist, und mit einer Spektralanalyseeinrichtung (18) zur spektrometrischen Untersuchung von Licht, welches von dem anderen Ende (5b) der Faseroptik (5) ausgesandt wird, gekennzeichnet durch:

eine Überwachungslichtversorgungseinrichtung (15) zum Aussenden von Faseroptikverlust-Überwachungslicht auf das andere Ende (5b) der Faseroptik (5); und

eine halbdurchlässige Reflexionseinrichtung (3), die zwischen dem Gegenstand (1) und dem einen Ende (5a) der Faseroptik angeordnet ist, um das von dem einen Ende (5a) der Faseroptik (5) ausgesandte Überwachungslicht zurück zur Faseroptik (5) zu reflektieren;

wobei die Spektralanalyseeinrichtung (18) das Überwachungslicht, welches von der halbdurchlässigen Reflexionseinrichtung (3) reflektiert und von dem anderen Ende (5b) der Faseroptik (5) ausgesandt wird, durch die Faseroptik (5) empfängt, ebenso wie das Meßlicht, und eine Einrichtung zum Trennen (12) einer Überwachungslichtsignalkomponente von einer Meßlichtsignalkomponente aufweist.

2. Spektralanalysator nach Anspruch 1, bei welchem das Überwachungslicht, welches von der

Überwachungslichtversorgungseinrichtung ausgesandt wird, moduliertes weißes Licht ist.

3. Spektralanalysator nach Anspruch 2, bei welchem die Spektralanalyseeinrichtung (18) ein Spektrometer (10) zum spektrometrischen Untersuchen des Lichtes aufweist, welches von dem anderen Ende (5b) der Faseroptik (5) ausgesandt wird, eine fotoelektrische Wandlereinrichtung (11) zum Umwandeln des Lichtes, welches durch das Spektrometer (10) spektrometrisch untersucht wurde, in ein elektrisches Signal, sowie eine Signalverarbeitungseinrichtung (12) zum Trennen des elektrischen Signals, welches von der fotoelektrischen Wandlereinrichtung (11) erzeugt wird, in die Überwachungslichtsignalkomponente und die Meßlichtsignalkomponente.

4. Spektralanalysator nach Anspruch 3, bei welchem die Signalbearbeitungseinrichtung (12) eine Einrichtung zum Normieren der Meßlichtsignalkomponente durch die Überwachungslichtsignalkomponente aufweist.

5. Spektralanalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem weiterhin eine Foto- Bleichlichtversorgungseinrichtung (14) vorgesehen ist, um ein Foto-Bleichlicht auf zustrahlen, um eine Verschlechterung der Faseroptik (5) durch die Strahlung auszugleichen.

6. Spektralanalysator nach Anspruch 5, bei welchem weiterhin ein Filter (8) vorgesehen ist, welches vor einem Lichtmeßteil der Spektralanalysatoreinrichtung (18) angeordnet ist, um zu verhindern, daß das von dem anderen Ende (5b) der Faseroptik (5) ausgesandte Foto- Bleichlicht durch diese hindurchgelassen wird.

7. Spektralanalysator nach Anspruch 6, bei welchem das Foto-Bleichlicht Ultraviolettlicht mit einer Wellenlänge von 200 bis 500 nm ist.