DE1939034B1

DE1939034B1 - Photometer zum Durchfuehren von Messungen bei unterschiedlichen Wellenlaengen

Info

Publication number: DE1939034B1
Application number: DE19691939034
Authority: DE
Inventors: Alfons Endl
Original assignee: BIO CAL INSTR GmbH
Current assignee: BIO CAL INSTR GmbH
Priority date: 1969-07-31
Filing date: 1969-07-31
Publication date: 1970-06-18
Also published as: DE1939034C2; FR2053346A1; GB1313389A; US3690772A; FR2053346B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Photometer zum Durchführen von Messungen bei unterschiedlichen Wellenlängen, mit einer Lichtquelle, einer Einrichtung zum Aufteilen der von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahlen in einander parallele Strahlengänge, einer mit gleichförmiger Geschwindigkeit rotierenden Scheibenblende, welche die Strahlengänge unterbricht und zyklisch nacheinander nur während kurzer, zeitlich aufeinanderfolgender Durchlaßperioden freigibt, einer der Scheibenblende nachfolgenden Filteranordnung mit unterschiedlichen Filtern in den Strahlengängen sowie einer hinter der Filteranordnung vorgesehenen Einrichtung zum Hinleiten der Strahlengänge zu einer einzigen Photozelle, vor der die Meßküvette bzw. der zu untersuchende Stoff liegen und die mit einer elektrischen Meßeinrichtung in Verbindung steht.

Ein derartiges Photometer ist bereits bekannt. Bei diesem bekannten Photometer besteht die Einrichtung zum Aufteilen der von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahlen in einander parallele Strahlengänge aus einer halbdurchlässigen und einer vollverspiegelten Glasplatte, die beide eine über das gesamte Frequenzspektrum gleichförmige Frequenzcharakteristik besitzen und welche das Licht der Lichtquelle in zwei Strahlengänge aufspalten. Diese beiden Strahlengänge werden von der rotierenden Scheibenblende nacheinander jeweils während der Dauer einer kurzen Durchlaßperiode freigegeben und treffen nach dem Durchlaufen durch die beiden Filter auf eine identische Spiegelanordnung auf, die die beiden Strahlengänge wieder zu einem einzigen, die Meßküvette enthaltenden Strahlengang zusammensetzt. Die durch diese Meßküvette hindurchgetretenen Lichtstrahlen werden auf eine Photozelle geworfen und erzeugen in dieser Zelle aufeinanderfolgende Impulse, die über einen Wechselstromverstärker vorverstärkt und über eine mit 50 Hertz gespeiste Diskriminatorröhre abwechselnd auf die beiden Systeme eines handelsüblichen Quotientenmeßwerkes wie einen Kreuzspulbrücken-, Kreuzspul- oder T-Spulschreiber aufgeschaltet werden, in welchem das Verhältnis zwischen den Größen der Impulse des einen Strahlenganges mit denjenigen des anderen Strahlenganges zur Anzeige gelangt. Mit dem bekannten Photometer ist es also nur möglich, den Verhältniswert der Transmissionen des zu untersuchenden Stoffes bei zwei unterschiedlichen Wellenlängen zu bestimmen.

Eine voneinander getrennte Messung der beiden Transmissionen bei jeder einzelnen Wellenlänge unter Vergleich mit jeweils einer konstanten Bezugsgröße ist jedoch nicht möglich. Demgemäß erlaubt das bekannte Photometer auch keine Messung der Extinktion bei den verschiedenen Wellenlängen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Photometer zum Durchführen von Messungen bei unterschiedlichen Wellenlängen zu schaffen, mit dem die Transmissionseigenschaften des zu untersuchenden Stoffes für jede Wellenlänge einzeln unter Bezugnähme auf einen jeweils konstanten Bezugswert bestimmt werden können und welches außerdem zur Messung der betreffenden Extinktion des zu untersuchenden Stoffes geeignet ist.

Diese Aufgabe ist, ausgehend von einem Photometer der eingangs beschriebenen Art, gemäß der Erfindung durch die Vereinigung der folgenden Merkmale gelöst:

a) die Scheibenblende weist zum Freigeben von wenigstens drei Strahlengängen mehrere der Anzahl dieser Strahlengänge entsprechende, in gleichen Umfangsabständen sich nicht überdeckende verteilte Öffnungen auf;

b) die Strahlenteilervorrichtung weist mindestens einen an sich bekannten dichroitischen Spiegel auf, der unter 45° in den ein erstes Filter aufweisenden ersten Strahlengang eingefügt ist, sowie einen im zweiten Strahlengang gleichfalls unter 45° angeordneten, voll reflektierten Spiegel, dessen Spiegelfläche parallel zu derjenigen des dichroitischen Spiegels ist und welcher den ein zweites Filter aufweisenden zweiten Strahlengang zum dichroitischen Spiegel reflektiert;

c) sämtlichen Strahlengängen ist eine gemeinsame Sammellinse zugeordnet, die hinter der Meßküvette bzw. hinter dem zu untersuchenden Stoff liegt und welche sowohl die von dem dichroitischen Spiegel ausgehenden Lichtstrahlen als auch die Lichtstrahlen des dritten Strahlenganges, welcher als Bezugstrahlengang vorgesehen ist, auf der Photozelle zusammenführt;

d) die mit dieser Photozelle in Verbindung stehende elektrische Meßeinrichtung besitzt eine der Anzahl der schlitzförmigen Öffnungen in der Scheibenblende gleiche Zahl von Meßzweigen, die über eine Steuereinrichtung zyklisch nacheinander an die Photozelle anschließbar sind, so daß durch die gleiche schlitzförmige Öffnung hindurchtretende Lichtstrahlen immer in demselben Meßzweig Ausgangssignale erzeugen, wobei die einzelnen Meßzweige an eine Vergleichsschaltung angeschaltet sind, in der die von den Meßstrahlengängen ausgelösten Ausgangssignale jeweils mit den über den Bezugsstrahlengang im dritten Meßzweig erzeugten Ausgangssignalen verglichen werden.

Die erfindungsgemäßen Merkmale erbringen den Vorteil, daß die Impulse jedes Strahlenganges getrennt mit einem Bezugswert, und zwar mit einem den Strahlengängen gemeinsamen konstanten Bezugswert, verglichen werden, so daß mit der erfindungsgemäßen Anordnung nicht nur das Verhältnis von Durchlässigkeitswerten bei unterschiedlichen Wellenlängen gemessen, sondern die Durchlässigkeit selbst bei den verschiedenen Wellenlängen ermittelt werden kann.

In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß es aus der USA.-Patentschrift 2 442 910 an sich bekannt ist, in einer Scheibenblende mehr als zwei Öffnungen vorzusehen und zusätzlich zu den schlitzförmigen Blendenöffnungen Öffnungen für eine Steuereinrichtung zur phasenempfindlichen Steuerung der Meßsignale auszubilden, jedoch bezieht sich diese Patentschrift ausschließlich auf ein Zweistrahlphotometer mit Probe- und Referenzküvette, mit dem keine Bestimmung der Transmission einer Probe bei mehreren Wellenlängen durchgeführt werden kann.

Ferner gehört es an sich ebenfalls bereits zum Stand der Technik, einen dichroitischen Spiegel zur Herstellung von Strahlungsströmen bestimmter spektraler Verteilungen zu benutzen.

Der bei dem Photometer gemäß der Erfindung

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verwendete dichroitische Spiegel muß, um Messungen anderen schlitzförmigen Öffnung liegt und daß über mit zwei verschiedenen Wellenlängen zu ermöglichen, die Steuerphotozellen bei Erregung derselben im so ausgebildet sein, daß er für eine dieser beiden Ruhezustand in Offenstellung befindliche Schalter Wellenlängen durchlässig ist, während er für die über die Dauer jeweils einer Durchlaßperiode der andere Wellenlänge voll reflektierend wirkt. Sollen 5 Scheibenblende hinweg schließbar sind, von denen beispielsweise Messungen mit gelber und blauer jeder Schalter in Serie in einen anderen Meßzweig Farbe durchgeführt werden, und ist dabei das Filter eingefügt ist, deren Eingänge in Parallelschaltung des ersten Strahlenganges ein Blaufilter und dasjenige mit dem Ausgang der Photozelle in Verbindung des zweiten Strahlenganges ein Gelbfilter, so muß stehen.

der dichroitische Spiegel, der gleichfalls im ersten io Wenn jeder Meßzweig einen dem betreffenden Strahlengang liegt, so beschaffen sein, daß er für die Schalter nachgeschalteten Verstärker sowie eine auf blaue Farbe durchlässig ist und gelb reflektiert. diesen Verstärker folgende zweite, parallel zum Ver-

Neben der Messung mit zwei unterschiedlichen Stärkerausgang liegende Schalteinrichtung aufweist, Wellenlängen bietet ein Photometer gemäß der Erfin- wobei diese Schalteinrichtungen normalerweise gedung aber auch noch die Möglichkeit, derartige 15 schlossen sind und zum Betätigen derart mit den Messungen bei mehr als nur zwei Wellenlängen Steuerphotozellen in Verbindung stehen, daß sowohl vorzunehmen. Soll beispielsweise der zu unter- der erste Schalter als auch die zweite Schalteinrichsuchende Stoff bei drei verschiedenen Wellenlängen tung ein und desselben Schaltzweiges jeweils von der durchgemessen werden, kann demgemäß die Scheiben- gleichen Steuerphotozelle gleich lang betätigt werden, blende neben den drei Öffnungen eine weitere, in 20 ist es für den Fall, für den ein Meßzweig durch der beschriebenen Weise entsprechend vorgesehene den ersten Schalter von der gemeinsamen Photozelle Öffnung aufweisen, durch die ein vierter Strahlengang abgetrennt ist, also im Zeitintervall zwischen zwei freigegeben wird, in den ein weiteres unterschied- Photozellenimpulsen für ein und denselben Meßliches Filter eingefügt ist. Die durch dieses weitere zweig, möglich, durch Kurzschließen des Verstärker-Filter hindurchgetretenen Lichtstrahlen werden dann 25 ausganges das Rauschen dieses Verstärkers voll· in ähnlicher Weise über einen voll reflektierenden ständig zu unterdrücken, so daß dieses Rauschen Spiegel mit 45°-Neigung zu einem gleichfalls unter auf die nachfolgende Vergleichseinrichtung kernen 45° geneigten dichroitischen Spiegel hin reflektiert, störenden Einfluß hat.

der nach dem ersten dichroitischen Spiegel in dessen Die ersten und zweiten Schalter bzw. Schalt-

Strahlengang eingefügt ist und die von dem vierten 30 einrichtungen können bei dem erfindungsgemäßen Strahlengang kommenden Lichtstrahlen in Deckung Photometer jeweils durch Halbleiter mit Steuermit dem Strahlengang des ersten dichroitischen elektroden, wie z. B. Feldeffekttransistoren, gebildet Spiegels zur Meßküvette bzw. zu dem zu unter- sein.

suchenden Stoff hin richtet. Ist dabei der erste Um zu vermeiden, daß beispielsweise Änderungen

dichroitische Spiegel wie oben beschrieben so aus- 35 der Photozellencharakteristik oder Helligkeitsschwangebildet, daß er für die blaue Farbe durchlässig ist kungen der Lichtquelle die sich über einen Zeitraum und gelb reflektiert, muß dabei der zweite dichro- erstreckende Messung nachteilig beeinflußt, ist der tische Spiegel im Hinblick auf die Tatsache, daß Ausgang des von dem Bezugsstrahlengang gespeisten derselbe in den Strahlengang des ersten dichroitischen einen Meßzweiges mit der einen Eingangsklemme Spiegels eingefügt ist, eine solche Beschaffenheit 40 eines Differenzverstärkers verbunden, dessen andere besitzen, daß er sowohl die blaue als auch die gelbe Eingangsklemme an eine andere Bezugsspannung Farbe durchläßt. Er muß außerdem die durch das angeschlossen ist und dessen Ausgangsspannunq den Filter des vierten Strahlenganges ausgefilterte Wellen- Regelgrad eines zwischen dem Ausgang der Photolänge voll reflektieren. Zusammenfassend kann man zelle und den parallelliegenden Eingängen der Meßalso sagen, daß bei einer Erhöhung der Zahl der 45 zweige in Serie eingefügten Regelverstärkers derart Strahlengänge die verwendeten dichroitischen bzw. steuert, daß bei Änderung der Eingangsspannung des voll reflektierenden Spiegel so angeordnet und aus- Differenzverstärkers der Verstärkungsfaktor des gebildet sein müssen, daß die von der Scheibenblende Regelverstärkers zur Konstanthaltung dieser Spanerzeugten Lichtimpulse auf ein und demselben Weg nung nachgeregelt wird. Dadurch ist gewährleistet, durch die Meßküvette bzw. den zu untersuchenden 50 daß die Ausgangssignale der einzelnen Meßzweige, Stoff lauf en, wobei sich die Wellenlänge dieser Licht- auch wenn sich die Photozellencharakteristik oder impulse in einem zyklisch aufeinanderfolgenden Ab- die Helligkeit der Lichtquelle ändert, jeweils auf lauf ändert. einen konstanten Wert gehalten werden.

Vorzugsweise ist bei einem Photometer gemäß der Die Vergleichsschaltung, an die die einzelnen

Erfindung die Steuereinrichtung, über die die Meß- 55 Meßzweige angeschaltet sind, kann vorteilhafterweise zweige nacheinander an die Photozelle anschließbar an die Ausgänge dieser Meßzweige angeschlossene sind, so ausgebildet, daß diese Steuereinrichtung Stufen umfassen, die ausgangsseitig jeweils eine dem mehrere der Anzahl der Meßzweige entsprechende Logarithmus der Eingangsgröße der betreffenden Steuerphotozellen aufweist, die in Strahlengang- Stufe proportionales Signal liefern und von denen richtung gesehen hinter der Scheibenblende in radialer 60 jede Stufe mit der einen Eingangsklemme eines Richtung nebeneinanderliegen und denen Steueröff- Differenzverstärkers in Verbindung steht, an dessen nungen in der Scheibenblende zugeordnet sind, welche andere Eingangsklemme die konstante Bp-zusssn^nauf unterschiedlichen, sich nicht mit den Kreisbahnen nung liegt. Mit diesen Maßnahmen wird erreicht, der schlitzförmigen Öffnungen deckenden Kreis- . daß die Ausgangsgrößen dieser Differenzverstärker bahnen, auf die die Steuerphotozellen ausgerichtet 65 der Extinktion proportional sind, wenn die konstante sind, in Umfangsrichtung derart verteilt vorgesehen Bezugsspannung so groß gewählt wird, daß diese sind, daß in Drehrichtung der Scheibenblende ge- Spannung im Falle, wenn die Transmission des zu sehen jede Steueröffnung seitlich versetzt vor einer untersuchenden Stoffes gleich Eins ist, Bezügsspan-

nungspegel und Ausgangspegel der logarithmierenden benen Photometer am Ausgang der gemeinsamen Stufen gleich groß sind. Man erhält auf diese Weise Photozelle auftretenden Impulse,
eine lineare Extinktionsskala, was insbesondere beim Das dargestellte Photometer umfaßt gemäß

Anschluß von Schreibern an die Ausgänge der F i g. 1 eine nahezu punktförmige Lichtquelle 1, einzelnen Differenzverstärker von großem Vorteil ist. 5 hinter der eine Sammellinse 2 liegt, die die von der Die einen einzelnen Zyklus bildenden, in der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahlen parallel aus-Scheibenblende vorgesehenen Öffnungen zum Frei- richtet. Auf die Sammellinse 2 folgt in Strahlenganggeben der einzelnen Strahlengänge sowie die diesen richtung gesehen eine ortsfeste Blende 3, die als Öffnungen zugeordneten Steueröffnungen können Einrichtung zum Aufteilen der von der Lichtquelle über den gesamten Umfang der Scheibenblende io ausgesandten Lichtstrahlen ineinander parallele verteilt sein. Es ist aber auch möglich, daß diese ' Strahlengänge dient und, wie F i g. 2 zeigt, mit drei Öffnungen mit den zugehörigen Steueröffnungen im in radialer Richtung nebeinanderliegenden Licht-Bereich nur eines Winkelsektors der Scheibenblende durchlaßöffnungen 3 a, 3 b und 3 c versehen ist. liegen, der sich in Scheibenumfangsrichtung gesehen Außerdem weist die Blende drei weitere, gleichfalls mit der jeweils gleichen Anordnung von Öffnungen 15 radial nebeneinanderliegende Öffnungen 3 d kleinemehrfach wiederholt. ren Querschnitts auf, deren Funktionsweise später Um Streulichteffekte auszuschalten und sicherzu- noch näher erläutert wird. Auf die Blende 3 folgt stellen, daß die von der Lichtquelle ausgesandten eine mit gleichförmiger Geschwindigkeit rotierende Lichtstrahlen nicht gleichzeitig durch mehrere in der Scheibenblende 5, welche die Aufgabe hat, die ver-Scheibenblende vorgesehene Öffnungen hindurch- 20 schiedenen Strahlengänge zu unterbrechen und laufen, sondern nacheinander jeweils immer nur eine zyklisch nacheinander nur während kurzer, zeitlich einzige Öffnung passieren, umfaßt die Einrichtung aufeinanderfolgender Durchlaßperioden freizugeben, zum Aufteilen der von der Lichtquelle ausgesandten Zu diesem Zweck weist die Scheibenblende 5 in Lichtstrahlen ineinander parallele Strahlengänge eine jedem ihrer vier 90°-Winkelsektoren drei schlitzin Strahlengangrichtung gesehen vor der Scheiben- 25 förmige Öffnungen 5 α, 5 b und 5 c auf, die in Umblende liegende ortsfeste weitere Blende, die mit auf fangsrichtung gesehen in gleichen Umfangsabständen die Kreisbahnen der Öffnungen ausgerichteten, in sich nicht überdeckend verteilt sowie nacheinander radialer Richtung nebeneinanderliegenden Licht- in jeweils größeren radialen Abständen vom Drehdurchlaßöffnungen versehen ist und für den Fall des mittelpunkt M der Scheibenblende in gleichfalls nicht Vorsehens der Steuerphotozellen zusätzliche Öffnun- 30 überdeckender Anordnung vorgesehen sind. Die gen aufweist, die genau diesen Steuerphotozellen Kreisbahnen, auf denen die schlitzförmigen Öffnungegenüberliegen. gen5a, 5b und 5c liegen, fallen dabei gemäß Fig. 2

Zweckmäßigerweise liegt auch in Strahlengang- in Strahlengangrichtung gesehen genau mit den richtung gesehen vor der die Lichtstrahlen in der Mittelpunkten der jeweiligen Öffnungen 3 a, 3 b Photozelle zusammenführenden Sammellinse eine 35 bzw. 3 c der Blende 3 zusammen. Die Scheiben-Blende mit zwei Öffnungen, von denen die eine blende 5 weist außerdem in jedem Winkelsektor drei Öffnung auf den von dem dichroitischen Spiegel Steueröffnungen 14 a, 14 & und 14 c auf, welche auf ausgehenden Strahlengang und die zweite Öffnung unterschiedlichen, sich nicht mit den Kreisbahnen auf den Bezugsstrahlengang ausgerichtet ist. der schlitzförmigen Öffnungen 5 a, 5& und 5 c

Wenn als Lichtquelle eine nahezu punktförmige 40 deckenden Kreisbahnen in Umfangsrichtung derart Lichtquelle Verwendung findet, kann hinter derselben verteilt vorgesehen sind, daß in der in F i g. 2 durch eine Sammellinse vorgesehen sein, die die zur den Pfeil angedeuteten Drehrichtung der Scheiben-Scheibenblende hingehenden Lichtstrahlen parallel blende jede Steueröffnung seitlich versetzt vor einer ausrichtet. anderen schlitzförmigen Öffnung liegt. Diese Steuer-

Um die Lichtquelle an einer Stelle im Meßobjekt 45 öffnungen können durch Drehung der Scheibenblende punktförmig abbilden zu können, können vor und nacheinander in Deckung mit jeweils einer anderen hinter der Meßküvette bzw. dem zu untersuchenden der in der Blende 3 vorgesehenen Öffnungen 3 d Stoff zwei Sammellinsen angeordnet sein. kleineren Querschnittes gebracht werden und geben

In entsprechender Weise können zum punkt- dadurch nacheinander drei weitere Strahlengänge frei, förmigen Abbilden der Lichtquelle im Bezugs- 50 über die drei Steuerphotozellen 13 α, 13 & und 13 c strahlengang gleichfalls sich im Abstand gegenüber- (s. F i g. 1) erregt werden können, welche hinter der liegende Sammellinsen vorgesehen sein. Scheibenblende 5 den Öffnungen 3 d genau gegen-

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezug- überliegen. Diese Steuerphotozellen 13 α, 13 & und nähme auf die Zeichnungen, in denen ein bevorzugtes 13 c, die ortsfest angeordnet sind, bilden einen Teil erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel dargestellt 55 der elektrischen Meßeinrichtung des Photometers, ist, noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt auf die im folgenden noch näher eingegangen wird.

F i g. 1 in schematischer Darstellungsweise eine Die drei Strahlengänge, die durch die drei schlitz-

Draufsieht auf den bis zu der gemeinsamen Photo- förmigen Öffnungen 5 α, 5 b und 5 c in der Scheibenzelle reichenden Teil eines Photometers gemäß der blende 5 nacheinander freigegeben werden, sind in Erfindung, 60 Fig. 1 mit den Bezugszeichen4α, 4& und 4c be-

F i g. 2 eine Ansicht der verwendeten Scheiben- zeichnet. In die Strahlengänge 4 α und 4 b sind dabei blende in Richtung der PfeileII-II von Fig. 1, zwei unterschiedliche Filter 6 a und 6b einer ins-

F i g. 3 ein Blockschaltbild der an die gemeinsame gesamt mit 6 bezeichneten Filteranordnung eingefügt, Photozelle angeschlossenen elektrischen Meßeinrich- von denen beispielsweise das eine Filter 6 a ein Blautung, 65 filter und dasjenige des Strahlenganges 4 b ein GeIb-

F i g. 4 eine Ansicht in Richtung der Pfeile IV-IV filter sein kann. Hinter dieser Filteranordnung ist von Fig. 1, eine insgesamt mit dem Bezugszeichen7 bezeichnete

Fig. 5 einen Zyklus der bei dem hier beschrie- Einrichtung zum Hinleiten der drei Strahlengänge4α,

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4 b und 4 c zu einer einzigen Photozelle vorgesehen, treffenden Schalter 15 a, ISb bzw. 15 c nachgeschaldie mit dem Bezugszeichen 11 versehen ist. teten Verstärker V₁, V₂, F₃ sowie eine auf diesen

Die Einrichtung 7 weist einen dichroitischen Verstärker folgende zweite, parallel zum Verstärker-Spiegel Ta auf, welcher, wenn das Filter 6 a als Blau- ausgang liegende Schalteinrichtung 17a, 17 & bzw. filter und das Filter 6 & als Gelbfilter ausgebildet sind, 5 17 c auf, wobei diese Schalteinrichtungen normalerso beschaffen sein muß, daß er für die blaue Farbe weise geschlossen sind und zum Betätigen derart mit durchlässig ist und gelb reflektiert. Dieser dichroi- den Steuerphotozellen 13 a, 13 b und 13 c in Verbintische Spiegel ist unter 45°-Neigung hinter der Filter- dung stehen, daß sowohl der erste Schalter als auch anordnung 6 in den ersten Strahlengang 4 α eingefügt, die zweite Schalteinrichtung ein und desselben Schaltwobei diesem Spiegel ein im zweiten Strahlengang 4 b io zweiges jeweils von der gleichen Steuerphotozelle gleichfalls unter 45°-Neigung angeordneter voll gleich lang betätigt werden. Den Schalteinrichtungen reflektierender Spiegel Ib zugeordnet ist, dessen 17 a, 176 und 17c sind jeweils im Meßzweig in Serie Spiegelfläche parallel zu derjenigen des dichroitischen liegende Gleichrichter 24 a, 24 & und 24 c nachSpiegels Ία ist und welcher die Lichtstrahlen des geschaltet, mittels denen es möglich ist, an nachzweiten Strahlenganges 4b zu dem Spiegel 7a hin- 15 folgenden Ladekondensatoren 25α, 25 b und 25c reflektiert. Außer diesen Spiegeln umfaßt die Ein- jeweils eine Ausgangsgleichspannung der Meßzweige richtung 7 eine Sammellinse 9, die hinter einer vom 12 a, 12 b und 12 c zu erhalten. Strahlengang des dichroitischen Spiegels 7 a durch- Der Ausgang des von dem Bezugsstrahlengang 4 c

setzten Meßküvette8 liegt und welche derart aus- gespeisten Meßzweiges 12 c ist mit der einen Eingerichtet und bemessen ist, daß dieselbe sowohl die 20 gangsklemme 18 eines Differenzverstärkers 20 vervon dem dichroitischen Spiegel 7 a ausgehenden bunden, dessen andere Eingangsklemme 19 an eine Lichtstrahlen als auch die Lichtstrahlen des dritten konstante Bezugsspannung 21 angeschlossen ist und Strahlenganges 4 c, welche als die Meßküvette 8 nicht dessen Ausgang durch einen Heißleiterwiderstand 23 durchlaufender Bezugsstrahlengang vorgesehen ist gebildet ist. Dieser Heißleiterwiderstand bildet gleich- und wie der Strahlengang 4 b durch das Filter 6 & 25 zeitig eine Rückkoppelungsverbindung zwischen dem hindurchgeht, aufnimmt und die Strahlen in der Eingang und dem Ausgang eines Regelverstärkers 22, Photozelle 11 zusammenführt. Um die Lichtquelle 1 der zwischen dem Ausgang der Photozelle 11 und im Mittelpunkt der Meßküvette 8 abbilden zu können, den parallelliegenden Eingängen 16 a, 16 b und 16 c sind vor und hinter derselben zwei Sammellinsen 8 α der drei verschiedenen Meßzweige in Serie eingefügt und 8 b vorgesehen, die genau im Strahlengang des 30 ist. Über den Heißleiterwiderstand 23 wird dabei der dichroitischen Spiegels 7 a liegen. Vor der Sammel- Regelgrad dieses Regelverstärkers 22 derart gesteuert, linse 9 ist außerdem eine Blende 10 mit zwei Öffnun- daß bei Änderung der Eingangsspannung des Diffegen 10 a und 10 & eingefügt, von denen die eine renzverstärkers 20 der Verstärkungsfaktor des Regel-Öffnung 10 α auf den von dem dichroitischen Spie- Verstärkers zur Konstanthaltung dieser Spannung gel 7 a ausgehenden Strahlengang und die zweite 35 nachgeregelt wird. Durch diesen Regelvorgang werden Öffnung 10 b auf den Bezugsstrahlengang 4 c aus- Meßbeeinflussungen durch Änderung der Charakgerichtet ist (s. auch Fig. 4). teristik der Photozelle 11 sowie durch Lichtspan-

Die Photozelle 11 ist mit einer elektrischen Meß- nungsschwankungen ausgeschaltet und außerdem am einrichtung verbunden, die in F i g. 3 insgesamt mit Eingang 18 des Differenzverstärkers 20 eine konstant dem Bezugszeichen 12 bezeichnet ist. Diese Meß- 40 bleibende Bezugsspannung erhalten, die in einer einrichtung umfaßt eine der Anzahl der schlitz- insgesamt mit dem Bezugszeichen 14 bezeichneten förmigen Öffnungen in der Scheibenblende 5 gleiche Vergleichsschaltung dazu vorgesehen ist, jeweils als Zahl von Meßzweigen 12 a, 12 & und 12 c, die über Vergleichsgröße für die Äusgangssignale der anderen eine Steuereinrichtung 13 in einer mit dem Vorbei- Meßzweige 12 a und 12 & zu dienen, bewegen der schlitzförmigen Öffnungen an der 45 Gemäß F i g. 3 umfaßt die Vergleichsschaltung 14 Lichtquelle 1 zeitlich zusammenfallenden Taktfolge neben dem Differenzverstärker 20 zwei an die Auszyklisch nacheinander an die Photozelle 11 anschließ- gänge der beiden Meßzweige 12 a und 12 & angebar sind, so daß durch die gleiche schlitzförmige schlossene Stufen 14 α und 14 b, die ausgangsseitig Öffnung hindurchtretende Lichtstrahlen immer nur jeweils eine dem Logarithmus der Eingangsgröße in ein und demselben Meßzweig Ausgangssignale 50 der betreffenden Stufe proportionales Signal liefern erzeugen. Um diesen Schaltablauf zu erreichen, ist und von denen jede Stufe mit der einen Eingangsin jedem der Meßzweige 12a, 12& und 12c, deren klemme eines Differenzverstärkers26a bzw. 26b in Eingänge 16 a, 16 b und 16 c in Parallelschaltung mit Verbindung steht. Die anderen Eingangsklemm en dem Ausgang der Photozelle 11 in Verbindung stehen, dieser beiden Differenzverstärker 26 a und 26 & sind in Serie ein im Ruhezustand in Offenstellung befind- 55 über Verbindungsleitungen 14 c bzw. 14 d mit der licher Schalter 15a, 15 & bzw. 15c eingefügt, welcher Eingangsklemme 18 des Differenzverstärkers 20 verüber die Steuereinrichtung 13, zu der die bereits bunden, was zur Folge hat, daß in jedem Differenzobenerwähnten drei Steuerphotozellen 13 α, 13 & und verstärker 26 a bzw. 26 b nur die Differenz zwischen 13 c gehören, so gesteuert wird, daß bei Erregung der konstanten Bezugsspannung der Klemme 18 und der Steuerphotozellen die Schalter 15 a, 15 & und 15 c 60 dem Ausgangssignal der betreffenden Stufe 14 a bzw. über die Dauer jeweils einer Durchlaßperiode der 14 & verstärkt wird. Die Ausgänge der Differenz-Scheibenblende zyklisch nacheinander geschlossen verstärker 26 a und 26 b werden durch Widerstände werden. Jeder Steuerphotozelle ist datfei ein be- 14 e bzw. 14/ mit verstellbarem Abgriff gebildet, so stimmter Schalter zugeordnet, und bei Erregung der daß dadurch die Meßempfindlichkeit geändert werden betreffenden Steuerphotozelle wird dabei immer nur 65 kann. Die an diesen Widerständen abfallende Spandieser Schalter geschlossen. nung ist dabei im Hinblick darauf, daß logarith-

Wie Fig. 3 ferner zeigt, weist jeder der Meß- mierende Stufen14α und 14b vorgesehen und deren zweige 12 a, 12 & und 12 c außerdem eine den be- Ausgangssignale mit einer konstanten Bezugsspan-

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nung mit dem Bezugswert »1« verglichen werden, der jeweiligen Extinktion proportional.

Unter Bezugnahme auf F i g. 1 sei noch bemerkt, daß neben den drei Strahlengängen 4 α, 4 b und 4 c beispielsweise noch ein vierter Strahlengang 4 d geschaffen werden kann, um das Meßobjekt mit einer dritten unterschiedlichen Wellenlänge untersuchen zu können. Zu diesem Zweck weist die Scheibenblende 5 eine weitere entsprechend vorgesehene schlitzförmige Öffnung auf. Außerdem ist in den vierten Strahlengang 4 d ein zusätzliches Filter 6 c der Filteranordnung 6 mit gegenüber den anderen Filtern unterschiedlicher Filtercharakteristik eingefügt, wobei die durch dieses Filter 6 c hindurchgehenden Lichtstrahlen auf einen unter 45°— geneigten voll reflektierenden Spiegel 7 d auftreffen, der das Licht zu einem im Strahlengang des ersten dichroitischen Spiegels la liegenden zweiten dichroitischen Spiegel 7c hinreflektiert, welcher unter 45°-Neigung parallel zu der Spiegelfläche des voll reflektierenden Spiegels 7 d ausgerichtet ist.

Wenn bei dem dargestellten und beschriebenen Photometer die Scheibenblende 5 in eine gleichförmige Drehbewegung versetzt wird, werden die Strahlengänge 4c bis 4 c zyklisch nacheinander freigegeben und wieder unterbrochen. In entsprechender Weise werden auch die Steuerphotozellen 13 α bis 13 c in einer damit zeitlich zusammenfallenden Taktfolge zyklisch nacheinander erregt und demgemäß die Meßzweige 12 a bis 12 c nacheinander an die Photozelle 11 angeschlossen. Dadurch werden die Meßimpulse, welche diese Photozelle liefert, auf die verschiedenen Meßzweige aufgeteilt, und die Ausgangssignale der Meßzweige 12 α und 12 & können somit mit der konstanten Ausgangsspannung des Meßzweiges 12 c verglichen werden, so daß an den Widerständen 14 e und 14/ jeweils der Extinktion proportionale Spannungen abgenommen werden können. Die von der Photozelle 11 gelieferten Meßimpulse eines Zyklus sind in F i g. 5 gezeigt. Wie aus dieser Figur hervorgeht, ist die Dauer des betreffenden Zyklus, der einem 90°-Winkelsektor der Scheibenblende S entspricht und entsprechend den drei schlitzförmigen Öffnungen 5 a bis 5 c drei Meßimpulse enthält, 5 msec, während die Dauer eines einzelnen Impulses etwa 0,5 msec beträgt. Zyklus- und Impulsdauer hängen natürlich von der Drehgeschwindigkeit der Scheibenblende 5 und der Ausführung der betreffenden Blendenöffnungen ab. Da der in Fig.5 an erster Stelle gezeigte Meßimpuls dem Bezugsstrahlengang zugeordnet ist, hat dieser Impuls von den drei Impulsen des Zyklus die größte Amplitude. Die anderen beiden nachfolgenden Impulse haben, da deren Amplituden durch das Meßobjekt gedämpft sind, entsprechend den Eigenschäften des Meßobjektes in Abhängigkeit von der Wellenlänge kleinere Amplituden.

Claims

Patentansprüche: 60

1. Photometer zum Durchführen von Messungen bei unterschiedlichen Wellenlängen, mit einer Lichtquelle, einer Einrichtung zum Aufteilen der von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahlen in einander parallele Strahlengänge, einer mit gleichförmiger Geschwindigkeit rotierenden Scheibenblende, welche die Strahlengänge zyklisch nacheinander nur während kurzer, zeitlich aufeinanderfolgender Durchlaßperioden freigibt, einer der Scheibenblende nachfolgenden Filteranordnung mit unterschiedlichen Filtern in den Strahlengängen, sowie einer hinter der Filteranordnung vorgesehenen Einrichtung zur Vereinigung der Strahlengänge auf einer einzigen Photozelle, vor der die Meßküvette bzw. der zu untersuchende Stoff liegen und die mit einer elektrischen Meßeinrichtung in Verbindung steht, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale:

a) die Scheibenblende (5) weist zum Freigeben von wenigstens drei Strahlengängen(4a, 4b,

4 c) mehrere der Anzahl dieser Strahlengänge entsprechende, in gleichen Umfangsabständen sich nicht überdeckend verteilte Öffnungen (5 a, Sb, 5 c) auf;

b) die Strahlenverteilervorrichtung (7) weist mindestens einen an sich bekannten dichroitischen Spiegel (7 c) auf, der unter 45° in den ein erstes Filter (6 a) aufweisenden ersten Strahlengang (4 c) eingefügt ist, sowie einen im zweiten Strahlengang (4 b) gleichfalls unter 45° angeordneten voll reflektierenden Spiegel (7 b), dessen Spiegelfläche parallel zu derjenigen des dichroitischen Spiegels (7 a) ist und welcher den ein zweites Filter (6 b) aufweisenden zweiten Strahlengang (4 b) zum dichroitischen Spiegel (7 a) reflektiert;

c) sämtlichen Strahlengängen(4a, 4 b, 4 c) ist eine gemeinsame Sammellinse (9) zugeordnet, die hinter der Meßküvette (8) bzw. hinter dem zu untersuchenden Stoff liegt und welche sowohl die von dem dichroitischen Spiegel ausgehenden Lichtstrahlen als auch die Lichtstrahlen des dritten Strahlenganges (4 c), welcher als Bezugsstrahlengang vorgesehen ist, auf der Photozelle (11) zusammenführt;

d) die mit der Photozelle (11) in Verbindung stehende elektrische Meßeinrichtung (12) besitzt eine der Anzahl der schlitzförmigen Öffnungen (5 a, 5 b, 5 c) in der Scheibenblende (5) gleiche Zahl von Meßzweigen (12 a, 12 & und 12 c), die über eine Steuereinrichtung (13) nacheinander an die Photozelle (11) anschließbar sind, so daß durch die gleiche schlitzförmige Öffnung (5a, 5b,

5 c) hindurchtretende Lichtstrahlen immer in demselben Meßzweig Ausgangssignale erzeugen, wobei die einzelnen Meßzweige an eine Vergleichsschaltung (14) angeschaltet sind, in der die von den Meßstrahlengängen (4 a, 4 b) ausgelösten Ausgangssignale jeweils mit den über den Bezugsstrahlengang (4 c) im dritten Meßzweig (12 c) erzeugten Ausgangssignalen verglichen werden.

2. PKotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (13) mehrere der Anzahl der Meßzweige entsprechende Steuerphotozellen (13 α, 13 b, 13 c) aufweist, die in Lichtrichtung hinter der Scheibenblende (5) in radialer Richtung nebeneinanderliegen und denen

Steiieröil'niingen (14 α, 14 b, 14 c) in der Scheibenblende (5) zugeordnet sind, welche auf anderen Kreisbahnen liegen als die schlitzförmigen Öffnungen (5 a, 5 b, 5 c), und die in Umfangsrichtung derart verteilt sind, daß jede Steueröffnung (14 a, 14 b, 14 c) seitlich versetzt vor einer anderen schlitzförmigen Öffnung liegt und daß über die Steuerphotozellen (13 a, 13 b, 13 c) im Ruhezustand in Offenstellung befindliche Schalter (15 a, 15 b, 15 c) für die Dauer jeweils einer Durchlaßperiode der Scheibenblende geschlossen werden, wobei jeder Schalter in Serie mit einem anderen Meßzweig (12 a, 12 b, 12 c) liegt, deren Eingänge (16 α, 16 b, 16 c) in Parallelschaltung mit dem Ausgang der Photozelle (11) in Verbindung stehen.

3. Photometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Meßzweig (12 a, 12 b, 12 c) einen dem betreffenden Schalter (15 a, 15 b, 15 c) nachgeschalteten Verstärker (V₁, V₂, V₃) sowie eine auf diesen Verstärker folgende zweite, parallel zum Verstärkerausgang liegende Schalteinrichtung (17a, 17b 17c) aufweist, die nor-, malerweise geschlossen sind und zum Betätigen derart mit den Steuerphotozellen (13 a, 13 b, 13 c) in Verbindung stehen, daß sowohl der erste als auch der zweite Schalter ein und desselben Meßzweiges jeweils von der gleichen Steuerphotozelle gleich lang betätigt werden.

4. Photometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten (15 a, 15 b, 15 c) und zweiten (17 a, 17 b, 17 c) Schalteinrichtungen jeweils durch Halbleiter mit Steuerelektroden gebildet sind.

5. Photometer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des von dem Bezugsstrahlengang (4 c) gespeisten einen Meßzweiges (12 c) mit der einen Eingangsklemme (18) eines Differenzverstärkers (20) verbunden ist. dessen andere Eingangsklemme (19) an eine konstan te Bezugsspannung (21) angeschlossen ist und dessen Ausgangsspannung den Regelgrad eines zwischen dem Ausgang der Photozelle (11) und den parallelliegenden Eingängen (16 a, 16 b, 16 c) der Meßzweige in Serie eingefügten Regelverstärkers (22) derart steuert, daß bei Änderung der Eingangsspannung des Differenzverstärkers (20) der Verstärkungsfaktor des Regelverstärkers (22) zur Konstanthaltung dieser Spannung nachgeregelt wird.

6. Photometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Meßzweige (12 a und 126) an Stufen (14 α und 14 δ) angeschlossen sind, die ausgangsseitig jeweils eine dem Logarithmus der Eingangsgröße der betreffenden Stufe proportionales Signal liefern, von denen jede mit der einen Eingangsklemme (18) eines Differenzverstärkers (26 a, 26 b) in Verbindung stehen, an dessen andere Eingangsklemme die konstante Bezugsspannung liegt.

7. Photometer nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (5 a. 5 b, 5 c) und die diesen Öffnungen zugeordneten Steueröffnungen (14 a, 14 b, 14 c) im Bereich eines Winkelsektors der Scheibenblende (5) liegen, der sich, in Scheibenumfangsrichtung gesehen, mit der jeweils -gleichen Anordnung von Öffnungen mehrfach wiederholt (Fig. 2).

8. Photometer nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Aufteilen der von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahlen in einander parallele Strahlengänge eine in Lichtrichtung vor der Scheibenblende (5) liegende ortsfeste Blende (3) umfaßt, die mit auf die Kreisbahnen der Öffnungen (5 a, 5 b, 5 c) ausgerichteten, in radialer Richtung nebeneinanderliegenden Lichtdurchlaßöffnungen (3a, Zb, 3c) versehen ist und gegebenenfalls zusätzliche Öffnungen (3 d) aufweist, die genau den ortsfesten Steuerphotozellen (13 a, 13 b, 13 c) gegenüberliegen (F i g. 2).

9. Photometer nach Ansprüchen 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß in Lichtrichtung vor der die Lichtstrahlen auf der Photozelle (11) zusammenführenden Sammellinse (9) eine Blende (10) mit zwei Öffnungen (10 α und 10 b) liegt, von denen die eine Öffnung (10 ä) auf den die Meßküvette (8) durchdringenden Strahlengang und die zweite Öffnung (10 b) auf den Bezugsstrahlengang (4c) ausgerichtet ist (Fig. 4).

10. Photometer nach Ansprüchen 1 bis 9 mit einer nahezu punktförmigen Lichtquelle, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der punktförmigen Lichtquelle (1) eine Sammellinse (2) vorgesehen ist, die die zur Scheibenblende (5) hingehenden Lichtstrahlen parallel ausrichtet.

11. Photometer nach Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (6 a) des ersten Strahlenganges (4 a) ein Blaufilter und dasjenige (6 b) des zweiten Strahlenganges (4 b) ein Gelbfilter ist und daß der dichroitische Spiegel (7a) so ausgebildet ist, daß er für die blaue Farbe durchlässig ist und gelb reflektiert.

12. Photometer nach Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zum punktförmigen Abbilden der Lichtquelle (1) im Meßobjekt vor und hinter der Meßküvette (8) bzw. dem zu untersuchenden Stoff zwei Sammellinsen (8 a und 8 b) im Strahlengang angeordnet sind.

13. Photometer nach Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zum punktförmigen Abbilden der Lichtquelle (1) im Bezugsstrahlengang (4c) gleichfalls zwei sich in Abstand gegenüberliegende Sammellinsen vorgesehen sind.

14. Photometer nach Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zum Freigeben von vier Strahlengängen die Scheibenblende (5) eine weitere entsprechend vorgesehene Öffnung aufweist und daß in den vierten Strahlengang ein zusätzliches Filter (6 c) der Filteranordnung (6) mit gegenüber den anderen Filtern unterschiedlicher Filtercharakteristik eingefügt ist, wobei die durch das Filter (6 c) hindurchgeleiteten Lichtstrahlen auf einen unter 45° geneigten voll reflektierenden Spiegel (7 d) auftreffen, der das Licht auf einen im Strahlengang des ersten dichroitischen Spiegels (7a) liegenden zweiten dichroitischen Spiegel (7 c) reflektiert, der unter 45° und parallel zum voll reflektierenden Spiegel (Id) ausgerichtet ist (F i g. 1).

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