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Regelverfahren für Spektrographen Die Erfindung befaßt sich mit der
automatischen Verstärkungsregelung bei Spektrographen.
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Im folgenden sind, wie allgemein üblich (vgl. beispielsweise »Physikalisches
Taschenbuch« von Hermann Ebert, Verlag Friedrich Vieweg & Sohn, Braunschweig,
1957, S: 250), die Intensität des ungeschwächten Lichtstrahls mit l, und die des
geschwächten Lichtstrahls (nach Durchsetzen des Meßobjektes bzw. nach der Meßschwächung)
mit 1 bezeichnet. Des weiteren wird als bekannt vorausgesetzt, daß in einem Zweistrahlgerät
zwei identische Strahlen vorhanden sind, deren ungeschwächte Intensität für beide
= 1o, mit Meßobjekt bzw. Meßschwächung = I ist. Bei nach der Wechsellichtmethode
arbeitenden Geräten erhält man bekanntlich eine der Intensität I, proportionale
Spannung am Verstärkerausgang, wenn die Differenz = 1o, also ein Strahl völlig abgedunkelt
ist. Außerdem wird als allgemein bekannt vorausgesetzt, daß in einem geschlossenen
Regelkreis der tatsächlich gemessene Wert der zu regelnden Größe als Istwent, der
vorgegebene, willkürlich eingestellte Wert als Sollwert bezeichnet wird.
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Bekanntlich hat bei Zweistrahlspektrographen die Lichtintensität im
allgemeinen keinen Einfluß auf das Meßergebnis. Es hat sich jedoch gezeigt, daß
insbesondere bei automatisch registrierenden Geräten die Schwankungen der Intensität
des Lichtes nicht beliebig groß sein dürfen, da bei Überschreiten eines gewissen
Wertes das Dämpfungsverhalten des Gerätes sich ändert, so däß bei schnellem Registrieren
; schmale Banden fehlerhaft wiedergegeben werden. Es sollte daher die Größe
die ja die gesamte Lichtausbeute sowie die elektrische Verstärkung des Gerätes mit
umfaßt, etwa zwischen den Grenzen ±40% konstant gehalten werden.
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Diese Konstanz wurde mit genügender Genauigkeit bisher beispielsweise
durch eine entsprechende Steuerung der Spektrographenspalte erreicht. Dabei mußte
man aber in Kauf nehmen, daß innerhalb von Banden, die in beiden Strahlengängen
auftreten, z. B. Banden der Luft oder von Lösungsmitteln, das Gerät überdämpft war
und daher nicht einwandfrei registrierte. Um nun aber auch an diesen Stellen zu
einer einwandfreien Aufzeichnung zu kommen, mußte man die Steuerungsanordnung durch
eine Regelanordnung ersetzen, bei der automatisch der jeweilige Spannungspegel gemessen
und automatisch nachgeregelt wird. Diese Nachregulierung kann entweder durch Änderung
der öffnungen der Spektrographenspalte oder durch Variieren der elektrischen Verstärkung
oder durch gleichzeitige Anwendung beider Maßnahmen erfolgen.
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So ist bereits ein Spektralapparat bekannt, bei dem ein Meß- und Vergleichsstrahlenbündel
abwechselnd auf einen Strahlungsempfänger geleitet werden und bei dem die auf diesen
Empfänger fallende Strahlung durch einen zusätzlichen Unterbrecher periodisch unterbrochen
und das Ausgangssignal des Empfängers einem Demodulator zugeführt wird, der ein
Signal liefert, das der Differenz der Intensitäten von Meß- und Vergleichsstrahlenbündel
entspricht. Durch dieses Signal wird eine Abschwächvorrichtung für das Vergleichsstrahlenbündel
gesteuert, deren Verstellweg den Meßwert der Anordnung darstellt, der proportional
der Schwächung a des Meßstrahlenbündels verläuft. Das Ausgangssignal wird gleichzeitig
einem zweiten Demodulator zugeführt, der ein Signal liefert, das der Summe der Intensitäten
von Meß- und Vergleichsstrahlenbündel entspricht. Das Ausgangssignal dieses Demodulators
wird proportional zu dem von der Stellung der Abschwächvo.rrichtung abhängigen Faktor
verstärkt, so daß ein Signal gebildet wird als Maß für die Intensität des Vergleichsstrahlenbündels
vor dem Eintritfsspalt. In Abhängigkeit --von* diesem Signal werden Mittel gesteuert,
die die Intensität des Vergleichsstrahlenbündels an dem Eintrittsspalt konstant
halten.
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Dies bedingt aber die Verwendung einer hyperbolischen Funktion, deren
Verarbeitung und Auswertung unangenehm ist und deren Verarbeitung zwangläufig zu
einem hohen Aufwand an Mitteln führt. Darüber hinaus aber muß bei diesem Gerät
immer
ein a-Wert bestimmter Mindestgröße vorgegeben sein, da für kleiner werdende und
sich dem Wert Null nähernde a-Werte sich der Wert
schnell dem Wert Unendlich nähert. Das bedeutet abr, daß in diesem Bereich der Regler
nicht mehr einwandfrei arbeiten kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zu schaffen,
das im Hinblick auf Bekanntes .bei mindestens gleicher erreichbarer Meßgenauigkeit
den Aufbau einer einfacheren, keine nach einer hyperbolischen Funktion arbeitenden
Teile enthaltenden und daher zu ihrer Verwirklichung einen geringeren Aufwand erfordernden
Regelanordnung gestattet.
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Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Regelung des
Spannungspegels proportional der Intensität 1, des ungeschwächten Vergleichsstrahlenbündels
bei Zweistrahlspektrographen mit optischem Abgleich, bei denen eine Spannung proportional
zur Intensität 1 des Messtrahlenbündels = a - 1o gewonnen wird, wobei a die Durchlässigkeit
des Meßobjektes darstellt. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, das durch Multiplikation
des konstanten, der Intensität des ungeschwächten Vergleichsstrahlenbündels entsprechenden
Sollwertes 1o mit dem dem Verstellweg der Abschwächvorrichtung proportionalen Faktor
a ein neuer Sollwert a - 1o erzeugt wird, der anschließend mit dem
unveränderten, der Intensität des Messtrahlenbündels entsprechenden IstwertI verglichen
wird.
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Ein besonders einfache Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist
in der Zeichnung dargestellt. Bei dieser Anordnung ist die in bekannter Weise gewonnene,
den Meßwert 1;,t beinhaltende Spannung über einen Verstärker 10 an einen Widerstand
11 angelegt, der mit dem einen Eingang eines Differenzverstärkers 12 verbunden ist.
Die für den zweiten, Eingang dieses Verstärkers. notwendige Bezugsspannung wird
einer Quelle 13 entnommen, der in bekannter Weise ein Widerstand 14 in Reihe sowie
eine Zenerdiode 15 parallel geschaltet sind. Parallel zur Zenerdiode ist ein lineares
Potentiometer 16 geschaltet, an dem die Größe der Bezugsspannung von Hand eingestellt
werden kann. Der Schleifer dieses Potentiometers ist mit dem einen Wicklungsende
eines weiteren lin aren Potentiometers 17 verbunden, dessen Schleifer mit denn zweiten;
Eingang des Verstärkers 12 in Verbindung sWht und von der nicht dargestellten Schreibeinrichtung
des Spektrographen in die Stellung a gesteuert wird-.
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Nun sei angenommen, das der Istwert von 1o während der folgenden Messung
unverändert bleibt. Wird nun beispielsweise eine solche Bande durchlaufen, das der
Wert a von 9011/o auf 101/o abfällt und anschließend' wieder auf 80% ansteigt, so
fällt auch die am Widerstand 1I anstehende Spannung, die ja dem Wert Isst ,entspricht,
beispielsweise von 900 mV auf 100 mV, um anschließend wieder auf 800 mV anzusteigen.
Dabei würden dem nicht gemessenen Wert von 1o immer 1000 mV = 1 V entsprechen.
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Das Potentiometer 16 sei -so eingestellt, daß der im beschriebenen
Regelkreis anstehende Sollwert von 1o am oberen Ende des Potentiometers 17 = 1 V
ist. Der Schleifer dieses Potentiometers 17 wird von der Schreibeinrichtung des
Gerätes aus ebenfalls von 90 % (= 900 mV) über 1011/o (= 100 mV) auf 80 % (= 800
mV) bewegt. Dadurch aber bleibt am Eingan@g des Verstärkers 12 die Differenz der
Spannungen stets gleich Null.
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Hätte sich dagegen beispielsweise beim Durchfahren des Spektrums oder
infolge von Netzschwankungen der Istwert von 1, geändert, so daß er nicht
1000 mV, sondern nur 900 mV entspricht, so würden bei 90 0lo statt 900 mV auch nur
810 mV, bei 1011/o statt 100 mV nur 90 mV usw. am Widerstand 11 als Istwert von
1 gemessen. An den Eingängen des Verstärkers 12 läge also eine Spannungsdifferenz
von 90 bzw. 10 bzw. 80 mV an.
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Ein dem Verstärker nachgeschalter Motor 18 kann auf die Stellung des
Schleifers eine Potentiometers in der Registriereinrichiung und dem dargestellten
Regelkreis gemeinsamen (nicht gezeigten) Vorverstärker und!oder auf die Breite der
Spalte des Spektrographen einwirken. Im letzteren Fall wird der optische Wert 10
konstant geregelt, während durch die Verstärkungsregelung mit Potentiometer die
dem Wert I, äquivalente Spannung (im obigen Beispiel 1000 mV) konstant gehalten
wird.