DE2225319A1

DE2225319A1 - Strahlungsanalysator

Info

Publication number: DE2225319A1
Application number: DE19722225319
Authority: DE
Inventors: Gregory Mountain View; Loebner Egon E. Palo Alto; Calif. Justice (V.StA.). P
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1971-05-28
Filing date: 1972-05-25
Publication date: 1972-12-14
Also published as: US3734631A; JPS522637B1; DE2225319C3; DE2225319B2

Description

Hewlett-Packard Comp. ·

1501 Page Mill Road

Palo Alto

California 94304

USA ·

Case 649 , 19. Mai 1972

STRAHLUNGSANALYSATOR

Die Erfindung betrifft einen nichtdispersiven, optischen Strahlungsanalysator zum Messen der Konzentration eines speziellen Absorptionsmittels in einer Probe.

Nichtdispersive, mit Infrarotstrahlung arbeitende Gasanalysatoren, d.h. Geräte, die kein optisches Beugungselement wie ein Prisma oder ein Gitter benötigen, um eine Strahlung entsprechend der Wellenlänge der Strahlungskomponenten räumlich zu zerlegen, werden zur Zeit häufig, insbesondere zur Festeilung und Messung von Verunreinigungen in Gasen verwendet. Diese Geräte lassen sich grob in zwei Gruppen einteilen, und zwar in solche Geräte, welche eine selektive Detektorstufe benutzen und solche, welche eine selektive Emissionsquelle benutzen. Es lassen sich Untergruppen bilden, je nachdem ob es sich um eine Vorrichtung mit räumlicher oder zeitlicher Doppelstrahlbildung handelt.

Am häufigsten wird ein Gerät mit räumlicher Doppelstrahl-, bildung verwendet, das einen selektiven Detektor mit einem

209851/1050

kompensierten Kondensatormikrophon, d.h. einen mit Gas oder Dampf gefüllten Detektor mit zwei durch eine bewegliche Membran getrennten Hohlräume aufweist.

Eine vollständige Beschreibung dieser Art von Analysator

sowie andererähnlicher Geräte istdem Aufsatz "Non-Dispersive Infrared Gas Analysis in Science, Medicine and Industry" d.W. Hill und T. Powell, 1968, Plenum Press of New York, New York, zu entnehmen.

Die üblichen nichtdispersiven mit Infrarotstrahlung arbeitenden Gasanalysatoren sind sperrig, arbeiten langsam und sind in mechanischer Hinsicht anfällig. Der langsame Betrieb und die mechanische Störanfälligkeit gehen hauptsächlich darauf zurück, daß solche Geräte mechanische Einrichtungen, beispielsweise durch Motoren getriebene rotierende Zerhackerscheiben aufweisen, um die infrarote Strahlung der Quelle zu modulieren. Die Bewegung der Mikrophon-Membran im Detektor trägt auch zu diesen unerwünschten Eigenschaften bei.

Ein weiteres Problem derartiger Analysatoren besteht in ihrer hohen Anfälligkeit für spektrale Störungen zwischen den Absorptionsspektren der Moleküle, von denen die Konzentration gemessen werden soll, sowie der Spektren der Verdünnungsmittel oder der zufälligerweise vorhandenen Gase und Dämpfe. Um diese Schwierigkeiten zu mildern,

209851 / 1050

wurde große Sorgfalt auf den Bau sehr selektiver Formen von Detektoren, Quellen, Filtern und Kombinationen dieser Elemente gelegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mit infraroter Strahlung arbeitenden nichtdispersiven Gasanalysator bzw. ein Konzentrationsmeßgerät zu schaffen, welcher keinerlei mechanisch bewegliche Teile aufweist und bezüglich der Selektivität, Genauigkeit, Empfindlichkeit, Geschwindigkeit, Größe, des Gewichtes, der Leistung und der Stabilität die herkömmlichen Instrumente übertrifft.

Ausgehend von einem Strahlungsanalysator der eingangs genannten Gattung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein optoelektronisches Netzwerk mit zwei optischen Zweigen, eine Einrichtung zur Abgabe eines Paares optischer durch die Probe gelangender Strahlen und dadurch, daß in jedem Zweig ein Strahl verläuft und die Strahlen einander ähnliche Spektren haben, der Strahl in dem einen Zweig durch die Absorptionsprobe anders moduliert ist als der Strahl in dem andern Zweig, eine erste Einrichtung in dem optoelektronischen Netzwerk die Modulation der Strahlung in dem Zweigpaar beim Durchgang durch die Probe erfaßt und eine zweite Einrichtung in dem optoelektronischen Netzwerk, die relativen Strählungen in den beiden Zweigen steuert. Es können erfindungsgemäß Festkörperemissionsquellen, beispielsweise Injektionsdioden sowie Festkörper-

209851/1050

222S319

Fotodetektoren für die Quelle und die Detektorstufen mit Regelkreisen verwendet werden, um die Beeinträchtigung durch die Umgebungsbedingungen, insbesondere durch Temperaturschwankungen und Verunreinigungen herabzusetzen. Es ist erfindungsgemäß im wesentlichen ein optoelektronisches Netzwerk mit zwei Zweigen vorgesehen, von denen jeder einen getrennten optischen Strahl führt, wobei die beiden Strahlen nahe verwandte Strahlungsspektren haben. Eines dieser Spektren ist durch das zu untersuchende Absorptionsmittel beim Durchgang des Strahls durch die Probe anders moduliert als das andere Spektrum. Diese Differenzmodulation wird in einer Potoleiterstufe des Gerätes erfaßt und es wird daraus eine für.die Konzentration des Absorptionsmittels signifikante Anzeige gebildet. Es ist eine Einrichtung in dem optoelektronischen Netzwerk vorgesehen, um die relativen Strahlungsflüsse in den beiden Zweigen des Netzwerkes zu steuern. Weiterhin ist eine Einrichtung vorgesehen, um die Amplitude der Flüsse in den beiden Zweigen zu steuern.

Die optoelektronischen Zweige werden elektronisch moduliert, beispielsweise im Multiplexverfahren durch zeitliche Modulation oder Frequenzmodulation, so daß sich eine sehr schnelle Einrichtung ohne die mechanischen Probleme ergibt, welche mechanische Modulationseinrichtungen, beispielsweise rotierende Zerhaker oder schwingende Schutzgasrelais mit sich bringen.

209 8 51/1050

■!^|lj|i!!f||l||IIS|S!!l!7!lllil"!l"^i:!^lli.r^l iV.»· ■" 'V j¹:

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Quelle selektiv sein, indem eine Emissionsquelle für die Probe
verwendet wird, die ein Emissionsspektrum hat, welches das Absorptionsspektrum des zu messenden Gases bzw. der Verunreinigung umfaßt, und es kann dabei eine Referenzemissionsquelle mit einem Emissionsspektrum verwendet werden, das das Absorptionsspektrum der Verunreinigung nicht aufweist.

Bei einer Ausfuhrungsform ist die Referenzemissionsquelle unterschiedlich von der Probenemissionsquelle und hat ein Emissionsspektrum, das ähnlich dem Emissionsspektrum der Probenemissionsquelle jedoch gegenüber diesem verschoben ist. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Emissionsquellen gleich und das Absorptionsspektrum der Verunreinigung ist in der Referenzemissions— quelle nicht vorhanden, bevor es durch die Probe gelangt, indem es zuerst durch eine Menge des glejcheri Gases tritt, wie das zu untersuchende Gas.

Bei einer anderen Ausführungsform ist die Detektorstufe
des Gerätes dadurch selektiv gemacht, daß zwei Fotodetektoren vorgesehen werden, von denen sich je einer in einem Zweig des optoelektronischen Netzwerkes befindet und von denen jeder einen Strahl oder beide Strahlen nach dem Durchgang durch die Probe untersuchen. Dabei dient ein Fotodetektor als Referenzphotodetektor, und der auf diesen.auftreffende Strahl gelangt zunächst durch eine Menge des

209851/1050

gleichen Gases, wie das zu untersuchende Gas.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert; es stellen

Fig. 1 ein Diagramm eines nichtdispersiven, für infrarote Strahlung geeigneten Gasanalysators mit einer selektiven Quelle mit verschiedenen Strahlungsemissionsquellen;

Fig. IA Diagramme der Emissionsspektren typischer Dioden für die Proben- und Referenzemissionsquelle, sowie die spektrale Ausgangsfunktion eines typischen in der Vorrichtung nach Fig. 1 verwendeten Fotoleiters;

Fig. IB das Emissionsbandenzentrum für InAS Sb bei drei verschiedenen Betriebstemperaturen;

Fig. 2 ein Zeitfolgediagramm zur Erläuterung des Multiplexverfahrens der Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 ein Diagramm einer anderen Form einer selektiven Quelle, die in der Vorrichtung nach Fig. 1 verwendet werden kann;

Fig. 3A Emissionsspektren der beiden in der Vorrichtung nach Fig. 3 verwendeten Emissionsdioden sowie die spektrale Ausgangsfunktion des Fotoleiters;

Fig. 4 ein Diagramm einer möglichen Ausfuhrungsform der Quelle und des Detektors nach Fig. 1;

209851/1050

Fig. 5· ein Diagramm einer anderen Ausführungsform eines nichtdispersiven, infrarote Strahlung verwenden- ■ den Gasanalysators mit einer selektiven Fotodetektorstufe;

Fig. 5A Emissionsspektren der beiden Emitterdioden und die spektrale Anwortfunktion der beiden in der Vorrichtung nach Fig. 5 verwendeten Detektoren;

Fig. 6 ein Diagramm zur Erläuterung des Multiplexverfahrens der Vorrichtung nach Fig. 5;

Fig. 7 eine andereAusfuhrungsform einer Quelle und eines Detektors gemäß Fig. 5;

Fig. 8 ein Diagramm einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zur Analyse von Verunreinigungen bei relativ weiten Entfernungen.

Gemäß Fig. 1 weist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in dem Abschnitt mit der selektiven Quelle ein Paar Dioden E und E„ zur Emission infraroter Strahlung auf. Die Probenguelle E gibt ein Strahlungsspektrum ab, das ein Grundabsorotionsspektrum des ausgewählten zu analysierenden Gases umgibt. Beispielsweise liegt im Falle eines Analysators für CO -Gas eines der.Basisabsorptionsspektren des C0₂-Moleküles bei 4,3 ym,und die meistens angestrebte Probenquelle E_ liegt auch bei etwa dieser Frequenz (vgl. Fig. IA). Geeignet ist eine Quelle für infrarote Strahlung, wie sie beschrieben ist in dem Artikel

209851/1050

"Electroluminescent Properties of InAs₁ Sb Alloys",

χ—χ χ

J.Y. Wong et al, Extended Abstracts of the Los Angeles, May 10-15, 1970, Meetings of the Electrochemical Society Seiten 232-235. Eine Diode aus InAs^ _noSb^ __o liegt im Absorptionsspektrum von CO₉ und hat eine Halbwertsbreite die das Absorptionsband bedeckt.

Die Referenzdiode E_n hat ein Emissionsspektrum, das um die Wellenlänge 3,55 ym zentriert ist und nahe dem Emissionsspektrum der Probendiode jedoch von diesem entfernt liegt und vorzugsweise ergibt sich wenig oder keine Überlappung in den Emissionsspektren. Eine geeignete Referenzquelle ist eine Diode mit InAs.

Eine Injektionsdiode ist im wesentlichen aus zwei Gründen die bevorzugte Quelle E₀, E für diese Vorrichtung. Ihre Emissxonshalbwertbreite für Strahlungsrekombinationen nahe dem Absorptionsrand des Halbleitermateriales, bei dem die Rekombination auftritt, ist in der Regel einige kT breit. In Wellenzahlen \j in cm" ausgedrückt^ ergibt 2kT bei 300⁰K etwa 200 cm . Bei tieferen Temperaturen ist die Halbwerts^ breite entsprechend proportional kleiner und bei höheren Temperaturen größer. Diese Halbwertsbreiten haben die gleiche Größe wie die Halbwertsbreite der(Vibrations/Rotations)Absorptionsspektren der Gasmoleküle (Fig. IA). Wenn sich das Gas nicht auf einer sehr viel höheren Temperatur als die infrarote Strahlung emittierende Diode befindet, umgibt das

209851 / 1 050

Emissionsspektrum der Diode das AbsorbtionsSpektrum des Gasmoleküles. . '

Die zweite wünschenswerte Eigenschaft von Strahlung emittierenden Halbleiterdioden ist die chemische Steuerung, welche erreicht werden kann, indem man das Zentrum des Emissionsbandes sucht. Jede Halbleiterverbindung hat ein charakteristisches Zentrum des Emissionsbandes,'dessen Spektrallage durch die Temperatur und den Druck bestimmt ist, bei dem die Diode arbeitet. Dies führt zu einer bedeutenden Anzahl von Wahlmöglichkeiten über die sichtbaren und infraroten Spektren hinweg. Noch wichtiger ist, daß eine große Anzahl ternärer und quaternärer Legierungen zwischen den durch die Halbleiterverbindungen dargestellten endgültigen Zusammensetzungen gebildet werden können. Beispielsweise kann durch die Synthese von Legierungsverbindungen von InAs_1- Sb zwischen den endgültigen Verbindungen InAs und InSb der Absorptionsrand irgendwo zwischen 3 und 12 ym im infraroten Bereich gesetzt werden.

Aus der vorgenannten Vorveröffentlichung geht hervor, daß Dioden mit Emissionsspektren hergestellt worden sind, die in dem Intervall zwischen 3,2 und 5,1 pm zentriert sind. Eine Legierung mit 8 % InSb und 92 % InAs ergibt eine Diodenemission, die in dem Absorptionsband von C0_ zentriert ist, wenn die Diode bei 300 K, d.h. bei Raumtemperatur be-

209851 /1050

trieben wird, wie aus Fig. IB hervorgeht. Wenn die Dioden bei der Temperatur von Trockeneis oder flüssigem Stickstoff betrieben werden, werden Legierungszusammensetzungen zwischen 13 bzw. 18 % InSb gewählt.

Beide Dioden sind derart angeordnet, daß ein Teil der Strahlung von jeder Diode auf einen "balance"-Detektor D_, beispielsweise einen PbSe-Fotoleiter auftrifft, der

vor der zu untersuchenden Probe angeordnet ist. Diese Probe ist durch einen Pfeil in der für Licht transparenten Leitung oder Kammer 11 dargestellt. Ein anderer Anteil des Lichtes von jeder Emitterdiode gelangt durch das Probengas und fällt auf einen Probendetektor D_c, beispielsweise einen PbSe-Fotoleiter auf, der sich auf der entfernten Seite der Leitung 11 befindet.

Bei der Auswahl der PbSe-Fotoleiter ist es wichtig, daß sie nahezu identische Ausgangspektren über den ganzen Bereich des Spektrums haben, in dem die Dioden E_ und E emittieren. Noch wichtiger ist, daß abgesehen von der Größe der Ausgangsspektren, diese sich über den ganzen Spektralbereich unter ändernden Umgebungs- und Betriebsbedingungen gleichartig verändern. Bei der Auswahl eines geeigneten Fotodetektors muß auf die Spektralposition des AbsQrptionsrandes des Halbleitermater iales geachtet werden, aus dem der Detektor hergestellt ist. Diese Position bestimmt die Grenzwellenlänge

209851 / 1 050

für langwellige Strahlung des Fotodetektors und sollte derart gewählt werden, daß die Ausgangsfunktion des Fotodetektors die Emissionsspektren beider Emissionsdiode!! E,_ und E ¹³¹Af aßt, Wie im Emissionsfall ist die spektrale Position des Absorptionsrandes eine Funktion der Temperatur, Im Fall von i»bSe hat der Temperaturkoeffizient der Lage des Absorptionsrandes das entgegengesetzte Vorzeichen wie die InAsSb Legierungen. Dies setzt eine obere Grenze für die Betriebstemperatur der hier beschriebenen Ausführungsform bei etwa 40°C.

Andere Detektoren können verwendet werden,beispielsweise Legierungen aus HgCdTe und auch aus InAsSb, falls sie den obigen Bedingungen genügen. Ihre Zusammensetzung sollte derart ausgewählt sein, daß sie eine Absorptionsgrenze bei einer größeren Wellenlänge als der Absorptionsrand der Emissionsquellen haben. Auch andere Fotodetektoren, beispielsweise Fotovolta- oder fotoelektromagnetische Fotodetektoren können verwendet werden.

Diese Halbleiterquellen und Detektoren sind sehr selektiv und auch bezüglich Temperatur und Druck sehr empfindlich, beispielsweise sind die Amplitude, die Halbwertsbreite und die Spektrallage derartiger Emissionsquellen temperaturabhängig. Die hier beschriebenen Vorrichtungen kompensieren diese Einflüsse.

2 0 9 8 5 1/10 5 0

In Betrieb betätigt eine Multiplex- oder Taktgeberschaltung 10 die Schalter Sl bis S8 gemäß Fig. 2 erneut bei jedem Zyklus, der vier Intervalle aufweist. Während des größten Teiles des Intervalles A wird die Referenz-Emissionsdiode E„ gespeist und es folgt ein dunkles Intervall S, B, C und D. Die Proben-Emissionsdiode E„ wird in einem Intervall' C gespeist, und es folgt ein dunkles Intervall in den Zeiträumen D, A und B. Das angegebene Tastverhältnis von etwasweniger als 25 % ist jedoch nur beispielshalber zu verstehen.

Während des Intervalles A sind die Schalter Sl bis S4 geschlossen und die Referenzdiode E wird gespeist und ihre Strahlung betätigt den ( balance) Detektor D_ und den Signaldetektor D . Das Ausgangssignal des Detektors D

D D

wird im Verstärker 32 verstärkt und im Kondensator Cl gespeichert, und dieser Kondensator.speichert bis zu dem Wert, der durch den Ausgang des Detektors D_n und damit durch die Intensität der Strahlung von der Emissionsdiode E bestimmt ist.

Während des folgenden Intervalles B ist die Referenzemissionsdiode E abgeschaltet und der Detektor D ist dem

R B ■

Strahlungspegel "dunkel" ausgesetzt. Jedes Detektoraus- . gangssignal während dieses dunklen Intervalles lädt auch den .Kondensator Cl, so daß die Ladung auf dem Kondensator

209851 /1050

Cl der Durchschnittswert des Verstärkerausganges während der Einschaltzeit der Referenzemissionsquelle E₁, und der folgenden dunklen Periode ist. Diese Durchschnittsladung des Kondensators Cl ist während der folgenden zwei Perioden C und D gespeichert, wenn der Schalter S2 geöffnet ist.

Während der Periode C sind die Schalter S6, S7 und S8 geschlossen, und der Schalter S6 schließt den Schaltkreis zur Speisung der Diode E_. Das auf den Detektor D während

S . B

dieser Periode auftreffende Licht ruft ein Ausgangssignal hervor, das proportional der Lichtstärke ist, und eine für dieses Detektorausgangssignal signifikante Ladung wird dem Kondensator C2 zugeführt. Da dieser Kondensator C2 auch mit dem Detektor D_n während des folgenden dunklen Intervalles D verbunden ist, wenn der Schalter S6 geöffnet und die Emitterdiode E_c geöffnet ist, ist die tatsächliche Ladung des Kondensatprs C2 der Durchschnittswert des Ausganges des Verstärkers 12 während der Einschaltzeit der Diode E und des nachfolgenden dunklen Intervalles D. ■

Der Verstärker 13 verstärkt die Wechselspannungskomponente des von den beiden Kondensatoren Cl und C2 während der einen Hälfte der Taktfrequenz erhaltenen Eingangssignales wegen des Schaltens der beiden Schalter Sl und S2. Diese Wechselspannungskomponente liegt vor, wenn die beiden Kondensatoren keine gleichen Spannungen gespeichert haben. Falls die auf jedem der beiden Kondensatoren gespeicherte Spannung nahezu

209851/1050

gleich ist, hat die Eingangsspannung für den Verstärker eine kleine Wechselspannungskomponente, die sie an den synchronen Detektorschalter Sl weitergibt, der während der Intervalle A und B geschlossen und während der Intervalle C und D geöffnet ist.

Das Eingangssignal für das Tiefpaßfilter 14 besteht daher aus einer kleinen Gleichspannungskomponente, deren Vorzeichen davon abhängt, welcher der beiden Kondensatoren Cl und C2 eine hohe Spannung gegenüber dem anderen hat und die Amplitude hängt von der Spannungsdifferenz der durch die Kondensatoren gespeicherten Spannungen ab. Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 14 wird an den Gleichspannungsverstärker 15 übertragen, der Speisestrom an die Diode E während der Periode C über den Schalter S6 zuführt. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 15 steuert die Intensität des Lichtes von der Quelle E und führt daher die Diode E der Referenzdiode E nach, um ein angestrebtes

ο R

Verhältnis der Lichtintensitäten beider Emissionsquellen zu erhalten.

Im Betrieb kann es wünschenswert sein, daß das Verhältnis des Referenzlichtes zu dem von der Probendiode äusgesandten Licht, das auf den Signaldetektor D auf trifft, wenn in der Leitung kein ausgewähltes Gas vorliegt, eins ist, und daher kann das Verhältnis der beiden auf den Detektor D_ auftreffenden Lichtstärken so eingestellt werden, daß man die angestrebte gleiche Intensität am Probendetektor D„

^erhält* 209851/1050

Während des Intervalles A, bei dem die Schalter S3 und S4 geschlossen und die Referenzdiode E_n gespeist ist, gelangt das Licht von dieser Diode durch die Probenleitung 11 und trifft auf den Detektor D für das Licht der Probe auf. Wie schon angemerkt wurde, liegt das Emissionsspektrum dieses Lichtes außerhalb des Absorptionsspektrums des ausgewählten Gases,und die gleiche Lichtintensität fällt auf den Signaldetektor D , unabhängig davon, ob irgendeine zu untersuchende Gasirtenge in der Leitung 11 vorhanden ist.

Das Ausgangssignal des Detektors D„, welches von der auftreffenden Lichtintensität abhängt, wird in dem Verstärker

17 verstärkt und dann an einen zusätzlichen Verstärker 18 übertragen. Während eines Teiles jedes der dunklen Intervalle ist der Schalter S5 geschlossen und von der Quelle 19 wird eine Referenzspannung an den Eingang des Verstärkers

18 abgegeben, um den Verstärker auf einen ausgewählten Referenzeingang mittels eines Ladekondensators 16 einzustellen. Das Ausgangssignal des Verstärkers 18 während des Intervalles A hängt von der Differenz zwischen der Referenzspannung im Intervall D und dem Signal vom Verstärker 17 während der Intervalle A und B ab. Das Ausgangssignal des Verstärkers 18 wird über den Schalter S3 und das Tiefpaßfilter 21 übertragen und erscheint als Fek£rsignal am Eingang des Verstärkers 22. Der Ausgang des Verstärkers 22 wird über den Schalter S4 während des Intervalles A übertragen, um die Lichtintensität der Referenzdiode E auf

209851 /1050

dem gewünschten Amplitudenpegel zu halten. Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 21 gelangt auch an einen Eingang des Ausgangsverstärkers 23 während der Intervalle A und B. Der Schalter S5 ist nur während des letzten Teiles des Intervalles B geschlossen, um die Lichtmessung des Detektors D während der Abfallzeit des Detektors maximal zu machen, nach dan die Diode E abschaltet.

Während des Zeitintervalles C wird die Diode E_c gespeist und das Licht gelangt durch die Probenleitung 11 und in den Probendetektor D . Die erfaßte Lichtintensität ist eine Funktion der Menge oder Konzentration des ausgewählten Gases in der Gasprobe. Jegliche Differenzen in der Lichtintensität erscheinen als Differenz in der Amplitude am Eingang des Verstärkers 18 gegenüber dem Referenzsignal von der Quelle 19, das während des dunklen Intervalles zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Verstärkers 18 wird über den Schalter S7 und das Tiefpaßfilter 24 an den anderen Eingang des Ausgangsverstärkers 23 übertragen. Der Ausgang

e des Verstärkers 23 ist auf die Differenz zwischen den ο

beiden Eingangssignalen während den Intervallen A und C bezogen und ist daher meßbar auf die Lichtabsorption durch das ausgewählte Gas in der Leitung 11 von der Diode E_c bezogen. Dieses Ausgangssignal e wird an ein Aufzeichnungsgerät, ein Meßgerät oder dergleichen als Maß der Konzentration des ausgewählten in der Leitung vorhandenen Gases übertragen. Das Ausgangssignal e ist nicht linear bei

2 0 9 8 S 1 / 1 0 5 0

•piPI"!»"¹" t '·■'■

einer abnehmenden Änderungsgeschwindigkeit der Amplitude mit zunehmender CO₉ Konzentration, und es ergibt sich eine nichtlineare Auslesung (NLRO). Zusätzlich kann.zur Abgabe · einer linearen Anzeige (LRO) mit dem Ausgangsverstärker 23 eine Schaltung zur Linearisierung verbunden werden.

Eine andere Ausführungsform der 'Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt und weist eine Emissionsquelle auf/ die selektiver als die Quelle gemäß Fig, 1. Die letzte Quelle verwendet zwei verschiedene Emissionödioden. In Fig. 3 sind die beiden Emissionsdioden E₀ und E gleich, beispiels-

fc> K

weise aus InAs^ _n-,Sb _Q, und die Referenzdiode E ist u,y^ u,Uo κ '

in- einer transparenten Zelle 25 eingeschlossen, die das ausgewählte Gas, beispielsweise CO₂ aufweist. Das von der Zelle 25 abgegebene Licht hat nicht das Absorptionsspektrum von CO₂ in seinem Emissionsspektrum und daher findet wie bei der InAS-Diode der Fig. 1 keine bedeutende Absorption dieses Lichtes statt, wenn es durch das CO- in der Probenleitung 11 gelangt. Die Emissionsspektren von E₀ und E_. sind in Fig. 3A einander überlagert dargestellt/ wobei die C0₂~ Absorption von dem E_-Spektrum herrührt.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer Emissionsquelle in Form einer Diode und eines Diodendetektors ist in Fig. 4 dargestellt, wo alle vier optoelektronischen Vorrichtungen E , E , D und D₀ wechselseitig rechtwinklig zu einem Strahl-

2098 5 1/1050

spalter 26 im Zentrum angeordnet sind. Das Licht von der Probenemissionsdiode E für infrarote Strahlung ist auf den Strahlspalter gerichtet und ein Teil dieses Lichtes wird auf den Detektor D reflektiert und der Rest gelangt durch den Strahlspalter und dieselbe Leitung oder Kammer 27 auf die Signaldetektoren D .

Die Referenzdiode D_n ist in einer Kammer 28 angeordnet,

die mit Absorptionsgas, beispielsweise CO „ gefüllt ist, so daß das emittierte Licht kein CO Absorptionsspektrum hat. Ein Teil dieses Lichtes gelangt durch den Strahlspalter 26 zu dem Detektor D und der Rest wird durch die

Gasprobenkammer 27 auf den Signaldetektor D reflektiert.

Wenn erwartet wird, daß ein Gas mit einem Absorptionsspektrum nahe dem Absorptionsspektrum oder in Überlappung mit dem Absorptionsspektrum des untersuchten Gases, beispielsweise N„ in einem CO^-Analysator in der Probenkammer 27 auftreten und die Konzentrationsablesung beeinträchtigen könnte, kann dieses Gas auch der Hauptkammer 29 zugeführt werden. Das Licht von beiden Emittern E_D und E_c weist nicht mehr das Emissionsspektrum dieses störenden Gases auf, bevor dieses durch die Probenkammer 27 gelangt, so daß die durch den Detektor D erfaßten Intensitätsänderungen des

Lichtes auf das ausgewählte zu untersuchende Gas zurückgehen.

Gemäß Fig. 5 ist eine Ausfuhrungsform dargestellt, bei der

209851/1050

die Lichtdetektorstufe der Vorrichtung anstelle der Lichtquellenstufe in den vorangehenden Ausführungsbeispielen selektiv gemacht wird.

Eine geeignete (balance) Diode E für die Emission infra-

roter Strahlung wird während des Intervalles A beim Schließen des Schalters SIl (vgl. Fig. 6) gespeist. Die Intensität des emittierten Lichtes ist auf einen gewünschten Pegel einstellbar, indem der Strom für die Diode gesteuert wird. Die Strahlung trifft auf einen Referenzdetektor D auf,

JK.

nachdem sie zunächst durch eine Menge des ausgewählten Gases 31, beispielsweise C0_ hindurchgelangt ist, so daß das Hauptabsorptionsspektrum des ausgewählten Gases entfernt ist, bevor die Strahlung auf den Detektor D auftrifft. Die Strahlung trifft auch auf eine Probendetektordiode D„ ohne Filterung auf. Die Emissionsspektren von E_ und E_D und die spektralen" Ausgangssignale von D und D sind in Fig. 5A dargestellt, wobei die Absorption von- C0„ in dem Ausgangssignal des Detektors D_n fehlt.

ix

Die beiden Detektoren D und D sind in Reihe geschaltet

R S

über eine Schaltung zur Einstellung der Vorspannung mit Widerständen 32 und 33, die mit positiven und negativen Quellen verbunden sind. Eine Regelschaltung wird verwendet, um die beiden Ausgänge der beiden Detektoren in einem gewünschten Verhältnis, beispielsweise mit gleichen Amplituden

20985 1 /10 50

- 2Ü -

während des Referenzintervalles A zu halten. Diese Regelschaltung weist ein Paar Verstärker 34 und 35 auf, bei denen je ein Eingang eines Verstärkers mit einem der Detektoren verbunden ist. Die Ausgänge der beiden Verstärker sind miteinander über eine Widerstandsschaltung mit dem Widerstand des Potentiometers 36 verbunden, dessen Abgriff mit einem Eingang des Rückkopplungsverstärkers 37 verbunden ist. Das Potentiometer 36 wird anfangs verwendet, um den Abgleich der Brücke mit den Detektoren D , D , den Verstärkern 34 und 35 und dem Widerstandskreis einzustellen. Der Ausgang des Verstärkers 37 ist mit einem synchronen Detektorkreis mit Kondensatoren C3 und C4 und Schaltern S12 und S13 verbunden. Das Ausgangssignal des synchronen Detektors ist über den Verstärker 38 mit dem Verbiridungspunkt der beiden Detektoren D_n und D_ verbunden, um eine Ausgleichsschleife mit den beiden Lichtdetektoren zu bilden.

Der Ausgang des Verstärkers 34 ist auch mit einem Verstärker 39 verbunden, dessen Eingang mit einer Referenzspannungsquelle 41 über den Schalter S16 während jedes dunklen Intervalles D verbunden ist, das dem Intervall A vorhergeht. Der Ausgang des Verstärkers 39 ist über den Schalter S14 mit einer Probenemissionsdiode E verbunden, die während der Speisung im Intervall C Licht durch das Probengas in der lichttransparenten Leitung oder Kammer 11 und auf die beiden Detektoren D_n und D_c überträgt und dadurch einen

209851/1050

Regelkreis für die Lichtintensität der Probenemissionsquelle bildet.

Der Ausgang des Verstärkers 42 ist über einen synchronen Detektor mit Kondensatoren C5 und C6 und Schaltern S15 und S17 mit dem Ausgangsverstärker 43 verbunden, der das Ausgangssignal e abgibt, das das Vorhandensein einer reichlichen Menge des ausgewählten Gases in dem Probengas darstellt.

In Betrieb ist die Emissionsquelle E_ während des IntervallesA (Fig. 6) bei geschlossenen Schaltern SIl und S12 gespeist und das davon emittierte Licht trifft auf die beiden Detektoren D_, und D^. Das Ausgangssignal vom Ver-

o JK.

stärker 34 ist proportional dem Ausgangsverstärker des Detektors D_. und das Ausgangssignal des Verstärkers 35 ist proportional dem Ausgangssignal des Detektors D . Jedes am Verstärker 37 wegen eines Ungleichgewichtes in den Ausgängen der Verstärker 34 und 35 auftretende Eingangssignal führt zu einer Ausgangsspannung, die am Kondensator C3 gespeichert ist.

Während des folgenden dunklen Intervalles B bei geschlossenem Schalter S13 führt jeder Unterschied zwischen den Ausgangsspannungen der Verstärker 34 und 35 wegen eines Unterschiedes in den Ausgangsspannungen der Detektoren D_n und D_c zu

209851/1050

einer Ausgangsspannung vom Verstärker 37, die im Kondensator C 4 gespeichert ist.

Die synchrone durch die Kondensatoren C3 und C4 und die Schalter S12 und S13 gebildete Detektorschaltung gibt an eine Verbindungsstelle der beiden Detektoren D und D

R ο

eine Ausgangsspannung ab, deren Vorzeichen von der Richtung des Unterschiedes der Ausgangssignale der Verstärker 34 und 35 und deren Amplitude von der Größe dieser Differenz abhängt. Ein negatives Ausgangssignal vom Verstärker 38 erhöht die Vorspannung am Detektor D und vermindert die

Vorspannung am Detektor D , während ein positives Ausgangssignal eine entgegengesetzte Änderung in der Vorspannung bewirkt. Diese Rückkopplung dient dazu, die Ausgangssignale der Verslärker 34 und 35 während der Periode mit den Intervallen A und D gleich zu halten.

Während des Intervalles C wird das Ausgangssignal des Verstärkers 39 über den Schalter S14 der Diode E zugeführt. Das Licht von dieser aktivierten Diode gelangt durch die Gasprobenleitung 11 und trifft auf die beiden Detektoren D-. und D₀ auf.

Der Ausgang des Detektors D_, der von der Menge des in der Leitung vorhandenen ausgewählten Gases unabhängig ist, da das Absorptionsspektrum durch das den Detektor D in jedem Fall umgebende Gas 31 entfernt ist, wird an den Ein-

2098B 1/1050

gang des Verstärkers 39 übertragen, wo es mit der Referenzspannung von der Quelle 41 verglichen wird, die über den Schalter S16 während des dunklen Intervalles D zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Verstärkers 39 entspricht der Differenz der beiden Eingangsspannungen und dient dazu, die Intensität des Ausgangssignales der Emissionsdiode E zu regeln um die Exngaiigsspannungen für den Verstärker 39 nahezu gleich zu halten.

Der Ausgang des Verstärkers 34 ist auch mit einem Eingang des Verstärkers 42 verbunden, und der andere Eingang ist mit dem Ausgang des Verstärkers 35 verbunden. Während des Intervalles C der Einschaltzeit der Emissionsdiode E , lädt das Ausgangssignal des Verstärkers 42, das der Differenz der Ausgangssignale der beiden Detektoren D_ und Dg proportional ist, den Kondensator C5 über den Schalter S15. Während des folgenden dunklen Intervalles D ist die Ausgangsspannung des Verstärkers 42 am Kondensator C6 gespeichert wobei der Schalter S15 offen und der Schalter S17 geschlossen , ist. Diese synchrone Detektorschaltung ergibt eine Ausgangsgleichspannung, die proportional der Differenz zwischen den beiden Eingangsspannungen von den Verstärkern 34 und 35 ist, und die Ausgangsgleichspannung des Verstärkers 43 dient daher als Maß der Intensität des Lichtes, das auf den Lichtdetektor D_g wegen der Absorption durch das ausgewählte Gas in der Probenleitung 11 auftrifft.

2 0 9 8 5 1/10 5 0

Die Emissionsquellen und Detektoren der Vorrichtung nach Fig. 5 können in einer ähnlichen Anordnung wie diejenige der Fig. 4 gemäß Fig. 7 angeordnet sein.

Aus den vorstehenden Beschreibungen der Vorrichtungen der Fig. 1, 3, 4, 5 und 7 ist ersichtlich, daß das neue optoelektronische in diesem optischen Analysator verwendete Netzwerk zwei optische Zweige mit Einrichtungen zur Erzeugung eines Paares optischer Strahlen aufweist, die durch die Probe gelangen, wobei ein Strahl in jedem Zweig verläuft und die Strahlen sehr ähnliche Strahlungsspektren haben. Dabei ist der Strahl in einem Zweig durch das Probenabsorptionsmittel unterschiedlich moduliert gegenüber dem Strahl in dem anderen Zweig. Es ist eine Einrichtung vorgesehen, um die Modulation der Strahlung in jedem der Zweige durch das Absorptionsmittel zu erfassen, und eine zusätzliche Einrichtung dient dazu, die relativen Strahlungsflüsse in den beiden Zweigen zu regeln.

Im Falle der Fig. 1, 3 und 4 weist ein optischer Zweig die Emissionsquelle E auf, die den durch die Probe in dem Behalter 11 gelangenden Strahl erzeugt und der andere optische Zweig weist die Emissionsquelle E_. in Fig. 1 oder die Emissionsquelle E und die umgebende Gaszelle in Fig. 3 und 4 auf, die den durch die Probe gelangenden Strahl erzeugt. Diese beiden Strahlen treffen auf den Detektor D_g auf, der

2 0 9 8 B 1 / 1 0 5 0

mit einer Schaltung versehen ist, um die Modulation jedes der beiden Strahlen aufgrund der Probe zu erfassen. Der Detektor D und die angeschlossene Schaltung bewirkt die Regelung der relativen Strahlungsflüsse, d.h. der Strahlungsintensität in den beiden Zweigen.

Im Fall der Fig. 5 und 7 werden die beiden Strahlen in den beiden Zweigen durch die gleiche Quelle E erzeugt und der auf den Detektor D auftreffende Strahl ist unterschiedlieh durch die Probe in dem Behälter 11 bezüglich des auf dem Detektor D auftreffenden Strahles moduliert, da der Detektor D_. von einer Menge des zu untersuchenden Gases umgeben und daher bezüglich Änderungen des Strahles aufgrund der Probenmodulation unempfindlich ist. Daher erfaßt die selektive Detektoranordnung mit den Detektoren D„ und D die Modulation eines Strahles bezüglich der Modulation des anderen Strahles. Die Lichtstrahlen von der Quelle E treffen auf die Detektoren D und D auf und dienen dazu, die relativen Strahlungsflüsse, d.h. die Ströme in den Detektoren in den beiden Zweigen zu regeln.

In Fig. 8 ist ein Detektor für infrarote Strahlung dargestellt, die die Gasabsorption über relativ weite Entfernungen messen kann. '-^; ;'■ ■ ·"■-'

Die Emissionsdiode E für infrarote Strahlung, welche ein ■■■■■:■< Emissionsspektrum hat, das das Absorptionsspektrum des zu

20985 1/1050

messenden Gases umgibt, ist amplitudenmoduliert bei einer Trägerfrequenz f, durch den geregelten Leistungsgenerator 51. Ein Teil der Strahlung-von der Quelle E wird durch einen Strahlspalter 52 übertragen und durch einen Spiegel 53 durch den zentralen Abschnitt 54 eines konzentrischen optischen Systemes an das zu untersuchende Gasmedium reflektiert. Je nach der Art der Verunreinigung und deren Intensität, die erfaßt werden soll, kann dieses Medium ein offenes System bis zu einigen tausend Meter Länge sein oder es kann sich um ein örtliches oder Punktsystem handeln, dessen optische Wellenlänge bis zu einigen hundert Metern reicht. Der Strahl gelangt an einen einzigen nichtdargestellten Reflektor oder an ein System derartiger Reflektoren, falls eine derartige Ablenkung des Strahles angestrebt wird.

Der reflektierte Strahl wird durch den äußeren Abschnitt 55 des konzentrischen optischen Systemes eingefangen und auf den Fotodetektor D_c durch einen Strahlspalter 56 fokussiert.

Eine Emissionsquelle E_. für infrarote Strahlung hat ein Emissionsspektrum, das nahe dem Spektrum der Emissionsquelle E ist, aber das Absorptionsspektrum des zu untersuchenden Gases nicht umgibt und bei einer Trägerfrequenz f₂ durch den geregelten Leistungsgenerator 57 amplituden-

2 0 9 8 5 1/10 5 0

moduliert ist* Ein Teil der Strahlung von der Quelle E_

wird von dem Strahlspalter 52 und dem Spiegel 53 reflektiert und gelangt zentral durch die Optik 54 in das Probenmedium. Diese Strahlung wird zurückreflektiert, um auf den Detektor D aufzutreffen.

Ein Teil der Strahlung von Quelle E wird von dem Strahlspalter 52 reflektiert und ein Teil der Strahlung von der Quelle E wird durch den Strahlspalter 52 übertragen, wobei diese beiden Strahlungen durch den Strahlspalter 58 gelangen und auf einen geeigneten Fotodetektor D auftreffen. _; Der Ausgang des Detektors D_ wird in dem Bandpaßverstärker 59 verstärkt, und dieses Ausgangssignal wird in zwei Frequenzkomponenten Fl und F2 durch zwei synchrone Detektoren 61 und 62 zerlegt. Das Gleichspannungs-Fehlersignal vom synchronen Detektor 61, welches der Intensität der Lichtübertragung von der Emissionsquelle E entspricht,· wird verwendet, um den Ausgangspegel des Generators 61 zur Speisung des Emitters E zu regeln. In ähnlicher Weise regelt das Gleichspannungsfehlersignal am Ausgang des Detektprs 62 den Ausgangspegel des Generators 57 für die Emissionsquelle E . Auf diese Weise wird" das gewünschte Verhältnis der Lichtintensität der beiden Emissions- ' quellen E und E automatisch aufrechterhalten.

O ti.

Ein Teil der zurückkehrenden Strahlung mit den beiden

2 ü 9 8 S 1 / 10 50

■J Q _

Komponenten f, und f wird durch den Strahlspalter 56 auf den Fotodetektor D reflektiert, und ein anderer Teil wird durch den Strahlspalter 56 auf den Fotodetektor D übertragen. Die Referenzkomponente f_ der eintreffenden Strahlung, welche zum Unterschied von dem untersuchten Hauptabsorptionsmittel durch Hintergrund-Absorptionsstoffe in der Probe moduliert ist, wird über den Detektor D und

das Bandpaßfilter 62 an den synchronen Detektor 63 übertragen. Auch wird an den synchronen Detektor 63 ein Referenzsignal fp vom Hauptgenerator 57 für die Frequenz f„ nach geeigneter Phasenangleichung in dem Phasenschieber 64 übertragen. Das Ausgangssignal des Detektors 63 wird über das Tiefpaßfilter 65 zu einem Komparator 66 für das Amplitudenverhältnis übertragen.

Das mit der Frequenz f.. modulierte und vom Lichtdetektor D erfaßte Licht wird über das Bandpaßfilter 67 zu dem Komparator für das Amplitudenverhältnis übertragen, wo das Amplitudenverhältnis des Verunreinigungsgases gegenüber dem optischen Hintergrundpegel erhalten wird. Das Ausgangssignal dieses Komparators wird an einen synchronen Detektor. 6S übertragen, der ein Referenzsignal über den Phaseneinsteilkreis 59 vom Generator 51 für die Frequenz f, erhält. Die Ausgangsgleichspannung zur Darstellung der Konzentration des Verunreinigungsgases wird bezüglich der Bandbreite in dem Tiefpaßfilter 71 für entweder analoge oder digitale Darstellung begrenzt.

2098 Π 1/1050

— 9Q —

Ein Teil des Lichtes von den Dioden E_ft und E wird vom Strahlspalter 58 auf einen Detektor reflektiert, der die drei Photonendetektoren D , D und D und die angeschlossenen

χ y ζ

optischen Schmalbandfilter F , F und F aufweist. · ^ χ y ζ

Das Detektorsystem F , D ist derart ausgelegt., daß es das Licht im zentralen Bereich des Emissionsspektrums der Diode E_c erfaßt, während die Detektorsysteme F , D und F , D

O XXZZ

das Licht in den zeitlichen Bereichen des Spektrums der Diode E₀ erfassen. Die Ausgangssignale der drei Detektoren D , D und D werden in einem Komperator 52 verglichen, und das Ausgangssignal wird dazu verwendet, um einen geregelten Umgebungsmpdulator 73 zu steuern, der die elektroakustische (druckabhängige) oder thermische Umgebungsbedingung der Diode E steuert und sie damit bei der Bandmittenfrequenz des Absorptionsgases oder der zu untersuchenden Verunreinigung abgestimmt hält.

209851/1050

Claims

Hewlett-Packard Comp.

Case 649

19. Mai 1972

Patentansprüche

1. Nichtdispersiver optischer Strahlungsanalysator zum Messen der Konzentration eines speziellen Absorptionsmittels in einer Probe, gekennzeichnet durch ein optoelektronisches Netzwerk mit zwei optischen Zweigen, eine Einrichtung zur Abgabe eines Paares optischer durch die Probe gelangender Strahlen und dadurch daß in j.edem Zweig ein Strahl verläuft, und die Strahlen einander ähnliche Spektren haben und der Strahl in dem einen Zweig durch die Absorptionsprobe anders moduliert ist als der Strahl in dem andern Zweig, eine erste Einrichtung in dem optoelektronischen Netzwerk die Modulation der Strahlung in dem Zweigpaar beim Durchgang durch die Probe erfaßt und eine zweite Einrichtung in dem optoelektronischen Netzwerk die relativen Strahlungen in den beiden Zweigen steuert.

2. Analysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß er eine dritte Einrichtung in dem optoelektronischen Netzwerk zur Regelung der Amplitude der Flüsse in den beiden Zweigen aufweist.

209851 /1050

3. Analysator nach Anspruch 1 mit einer Einrichtung zur Modulation der Strahlung vor dem Durchgang durch die Probe und einer Einrichtung zur Demodulation des Strahlungsflusses in den Zweigen zur Unterscheidung zwischen beiden Strahlen.

4. Analysator nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η ζ e i' c h net , daß die Modulationseinrichtung eine Multiplexschaltung aufweist. .

5. Analysator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß die Multiplexschaltung eine Zeitmultiplexschaltung aufweist.

6. Analysator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Multiplexschaltung eine Frequenzmultiplexschaltung aufweist.

7. Analysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines Paares von Strahlen ein Paar Festkörper-Emissionsquellen aufweist, die erste Einrichtung einen Detektor für die Strahlung des Festkörpers aufweist, welche derart angeordnet ist, daß er die beiden Strahlen nach dem Durchgang durch das Absorptionsmittel aufnimmt und die zweite Einrichtung einen zweiten Detektor für Festkörperstrahlung aufweist, der

2098B 1 / 10 5 0

derart angeordnet ist, daß er die Strahlung der beiden
Strahlen vor dem Durchgang durch das Absorptionsmittel
aufnimmt.

8. Analysator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß er eine dritte Einrichtung in dem optoelektronischen Netzwerk aufweist, die die Amplitude der Flüsse
in den beiden Zweigen regelt und die dritte Einrichtung

den Strahlungsdetektor in der ersten Einrichtung aufweist.

9. Analysator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Einrichtung zum Modulieren" der Strahlen vor dem Durchgang durch die Probe und eine Einrichtung

zum Demodulieren der Strahlung nach dem Durchgang durch die Probe, zu Unterscheidung beider Strahlen, aufweist.

10. Analysator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich net , daß die Modulationseinrichtung eine Multiplexschaltung aufweist.

11. Analysator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich net, daß die Multiplexschaltung eine Zeitmultiplexschaltung aufweist.

12. Analysator nach Anspruch 10, dadurch g e k e η η ζ e i c h net , daß die Multiplexschaltung eine Frequenzmültiplexschaltung aufweist.

2098 ^rj 1/1050

13. Analysator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Menge des speziellen Absorptionsmittels derart angeordnet ist, daß einer der Strahlen hindurchgelangt und sein Spektrum dadurch selektiv absorbiert ist vor dem Durchgang durch die Probe, wodurch der andere Strahl selektiv andersartig durch das Probenab'sorptionsmittel absorbiert ist bezüglich dieses einen Strahles. ,

14. Analysator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet., daß er eine dritte Einrichtung in dem optoelektronischen Netzwerk zur Regelung der Amplitude der Flüsse in den beiden Zweigen aufweist und diese dritte Einrichtung den Strahlungsdetektor in der ersten Einrichtung aufweist.

15. Analysator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Einrichtung zur Modulation der Strahlen vor dem Durchgang durch die Probe und eine Einrichtung zur Demodulation der Strahlen nach dem Durchgang durch die Probe zur Unterscheidung beider Strahlen aufweist.

16. Analysator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Modulationseinrichtung eine Multiplexschaltung aufweist.

209 8-5 1 /1050

17. Analysator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß die Multiplexschaltung eine Zeitmultiplexschaltung aufweist.

18. Analysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines Paares von Strahlen eine Festkörperstrahlungsquelle aufweist, die erste Einrichtung ein Paar Detek-

-toren für Festkörperstrahlung aufweist, die derart angeordnet sind, daß sie jeweils einen anderen Strahl nach dem Durchgang durch die Probe aufnehmen und die zweite Einrichtung eine zweite Emissionsquelle für Festkörperstrahlung aufweist, die derart angeordnet ist, daß sie Strahlung auf das Paar Detektoren ohne den Durchgang durch die Probe richtet.

19. Analysator nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß eine Menge des speziellen Absorptionsmittels derart angeordnet ist, daß die Strahlen auf einen Detektor des Detektorpaares auftreffen und durch die Menge des Absorptionsmittels vor dem Auftreffen auf den Detektor gelangen.

20. Analysator nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß er eine dritte Einrichtung in dem optoelektronischen Netzwerk zur Regelung der Amplitude

209851/1050

der Flüsse in den beiden Zweigen aufweist und diese dritte Einrichtung das Paar Detektoren in der ersten Einrichtung aufweist. ■

21. Analysator nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß er eine Einrichtung zur Modulation der Strahlen vor dem Durchgang durch die Probe und eine Einrichtung zur Demodulation des Flusses, in den beiden Zweigen zur Unterscheidung zwischen den beiden Strahlen aufweist.

22. Analysator nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß die Modulationseinrichtung eine Multiplexschaltung aufweist.

23. Analysator nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , daß die Multiplexschaltung eine Zeitmultiplexschaltung aufweist. '

24. Analysator nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß eine Menge des speziellen Absorptionsmittels derart angeordnet ist, daß einer der Strahlen hindurchgelangt und sein Spektrum selektiv dadurch absorbiert ist, bevor er auf einen der Detektoren auftrifft, so daß der andere Strahl anders selektiv absorbiert ist durch die Probe im Vergleich zu dem einen Strahl.

209-8-S 1/1050

25. Analysator nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet , daß er eine dritte Einrichtung in dem optoelektronischen Netzwerk zur Regelung der Amplitude der Flüsse in den beiden Zweigen aufweist und diese dritte Einrichtung ein Paar Detektoren in der ersten Einrichtung aufweist.

26. Analysator nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet , daß er eine Einrichtung zur Modulation der Strahlen vor dem Durchgang durch die Probe und eine Einrichtung zur Demodulation des Flusses in den Zweigen zur Unterscheidung der beiden Strahlen aufweist.

27. Analysator nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet , daß die Modulationseinrichtung eine Multiplexschaltung aufweist.

28. Analysator nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet , daß die Multiplexschaltung eine Zeitmultiplexschaltung aufweist.

209BB 1/1050

Leerseite