DE2527900C3 - Gas analyzer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasanalysator mit einer optischen Strahlungsquelle zur Durchstrahlung eines das zu untersuchende Gas enthaltenden Probenbereichs mit mehreren zwischen der Strahlungsquelle und dem Probenbereich angeordneten gasgefüllten Filterkammern zur Ausfilterung jeweils eines bestimmten Spektralanteils aus der Strahlung der Strahlungsquelle, mit Umschalteinrichtungen zur aufeinanderfolgenden Beaufschlagung der Filterkammern mit der Strahlung der Strahlungsquelle, mit einem hinter dem Probenbereich im Wege der aus diesem austretenden Strahlung angeordneten photoelektrischen Wandler, mit einer an den Wandler angeschlossenen Auswerteschaltung, die einen ersten Verstärker und eine Anzeigeeinheit enthält, mit Einrichtungen zur Erzeugung eines den Betrieb der Auswerteschaltung mit der Arbeitsfrequenz der Umschalteinrichtung synchronisierenden Bezugssignals sowie mit einem im Strahlengang eingeordneten Bandfilter.The invention relates to a gas analyzer with an optical radiation source for irradiating a the gas to be examined containing sample area with several between the radiation source and the Gas-filled filter chambers arranged in the sample area for filtering out a particular one Spectral component from the radiation from the radiation source, with switching devices for successive ones Exposure of the filter chambers with the radiation from the radiation source, with a behind the sample area by way of the photoelectric converter arranged from this emerging radiation, with one on evaluation circuit connected to the converter, a first amplifier and a display unit contains, with devices for generating the operation of the evaluation circuit with the operating frequency the switching device synchronizing reference signal as well as with one arranged in the beam path Band filter.

In der US-PS 37 93 525 ist ein solcher Gasanalysator zur Messung kleiner Gasmengen in einem Probenbereich in Gegenwart anderer Gase beschrieben, die normalerweise Strahlungsenergieabsorptionsmessungen stören würden. Der bekannte Gasanalysator weist u. a. ein roiierendes Gaszellenaggregat auf, mit welchem abwechselnd die eine und sodann die andere von zwei Gaszellenkammern in einen Strahlengang eingebracht werden, derart, daß das Strahlungsbündel durch das Zellenaggregat moduliert wird, wenn die nachzuweisende Gasart in dem Probenbereich vorliegt. Die jeweilige Natur der Modulation kann mit einer elektronischen Schaltung gemessen und in Beziehung zu der Gasmenge in dem Probenbereich gesetzt werden.In US-PS 37 93 525 such a gas analyzer is for the measurement of small amounts of gas in a sample area in the presence of other gases, the would normally interfere with radiant energy absorption measurements. The known gas analyzer has i.a. a rotating gas cell unit, with which one and then the other of two alternate Gas cell chambers are introduced into a beam path in such a way that the radiation beam through the Cell aggregate is modulated when the type of gas to be detected is present in the sample area. The respective The nature of the modulation can be measured with an electronic circuit and related to the amount of gas be placed in the sample area.

In der US-PS 38 13 146 ist eine Kombination von rotierenden und festen Spiegeln beschrieben, welche ein Strahlungsenergiebündel abwechselnd zwischen zwei räumlichen Strahlengängen umschaltet. In jedem Strahlengang kann jeweils eine stationäre Gaskammer im Sinne eines Korrelationsmeßsystems angeordnet sein.In US-PS 38 13 146 a combination of rotating and fixed mirrors is described which a Radiant energy bundle alternately switches between two spatial beam paths. In each A stationary gas chamber in the sense of a correlation measuring system can be arranged in each case being.

In den bekannten Korrelationssystemen werden die optischen Durchlässigkeiten von zwei oder mehr optischen Vorrichtungen so eingestellt oder abgeglichen, daß sie über ein begrenztes spektrales Durchlaßband gleich sind. Wenn dieser Zustand gegeben ist und die Vorrichtungen abwechselnd in einen Strahlengang eingebracht werden, so wird die mittlere Strahlungsenergie nicht mit der Wechselfrequenz moduliert. In der Praxis kann der erwünschte Zustand in der Weise erreicht werden, daß man die relative Durchlässigkeit so lange verändert, bis die Strahlungsmodulationskomponente mit der Wechselfrequenz miniimalisiert oder auf Null gebracht ist. Dies läßt sich bei Aufwendung einiger Sorgfalt gut in Systemen erreichen, welche mit festen, stationären Korrelationszellen arbeiten, wie beispielsweise die Vorrichtung gemäß der erwähnten US-PS 13 U6. In Systemen mit rotierenden Zellen, wie etwa nach dem US-Patent 37 93 525 ist eine wesentlichIn the known correlation systems, the optical transmittances become two or more optical devices adjusted or balanced so that they are over a limited spectral passband are the same. If this condition is given and the devices alternate in a beam path are introduced, the mean radiation energy is not modulated with the alternating frequency. In the In practice, the desired state can be achieved in such a way that the relative permeability is so changed for a long time until the radiation modulation component is minimized or increased with the alternating frequency Brought zero. If some care is taken, this can be easily achieved in systems that use fixed, stationary correlation cells operate, such as the device according to the mentioned US-PS 13 U6. In systems with rotating cells, such as according to US Pat. No. 3,793,525, one is essential

Tößere Sorgfalt und Mühe erforderlich, um einen guten Abgleich zu erzielen. Selbst wenn im übrigen ein guter ^gleich erreicht wird, so muß er möglicherweise in \bständen immer wiederholt werden, im Hinblick auf änderungen der relativen Zellendurchlässigkeit, wie sie im Verlauf des Gebrauchs auftreten. Beispielsweise verteilen sich Staub und andere Fremdkörperuilchen, welche sich während der Benutzung ansammeln, nicht gleichmäßig und können ein Ungleichgewicht hervorru-Greater care and effort required to make a good one To achieve alignment. Even if a good ^ is achieved immediately, it may have to be in It should be repeated over and over again with regard to changes in the relative cell permeability, such as occur in the course of use. For example, dust and other foreign bodies spread, which accumulate during use, not evenly and can cause an imbalance.

Der Erfindung Hegt daher als Aufgabe zugrunde, bei einem Gaszellen-Korrelationsmeßsystem der vorstehend erwähnten Art, insbesondere mit rotierenden Gaszellen, eine Vereinfachung und Erleichterung des erforderlichen Abgleichs zu gewährleisten.The invention is therefore based on the object of the above in a gas cell correlation measuring system mentioned type, especially with rotating gas cells, a simplification and relief of the to ensure the necessary adjustment.

Die Erfindung löst diese Aufgabe ausgehend von einem Gasanalysator der eingangs genannten Art dadurch, daß erfindungsgemäß an den ersten Verstärker ein Modulator angeschlossen ist, daß der Modulator außerdem mit den Einrichtungen zur Erzeugung des Bezugssignals verbunden ist und daß zwischen den Einrichtungen zur Erzeugung des Bezugssignals und dem Modulator eine Verstärkerschaltung zur Einstellung der Amplitude und Phase des dem Modulator zugeführten Bezugssignals vorgesehen istThe invention solves this problem on the basis of a gas analyzer of the type mentioned at the beginning in that, according to the invention, a modulator is connected to the first amplifier, that the modulator is also connected to the means for generating the reference signal and that between the Means for generating the reference signal and the modulator an amplifier circuit for setting the amplitude and phase of the reference signal fed to the modulator is provided

Durch die Erfindung wird ein Abgleich selbst bei Schwankungen der Systemverstärkung gewährleistet.The invention makes an adjustment even at System gain fluctuations guaranteed.

Vorzugsweise ist ferner im Strahlengang ein Zerhakker zur Unterbrechung der Strahlung mit einer Frequenz angeordnet, die wesentlich über der Arbeitsfreauenz der Umschalteinrichtung liegt und zwischen den ersten Verstärker und den photoelektrischen Wandler ein auf die Zerhackerfrequenz abgestimmter zweiter Verstärker geschaltet, an dem Modulator ein bei der Zerhackerfrequenz arbeitender erster Demodulator angeschlossen, mit dem ersten Demodulator ein auf die Arbeitsfrequenz der Umschalteinnchtung abgestimmter dritter Verstärker verbunden und der Ausgang des dritten Verstärkers steht über einen bei de-Arbeitsfrequenz der Umschalteinrichtung betriebenen zweiten Demodulator mit der AnzeigeeinrichtungFurthermore, a chopper for interrupting the radiation with a is preferably in the beam path Frequency arranged, which is significantly above the Arbeitsfreauenz of the switching device and between the first amplifier and the photoelectric converter are tuned to the chopper frequency Second amplifier connected, a first demodulator operating at the chopper frequency on the modulator connected, with the first demodulator on the operating frequency of the switching device tuned third amplifier connected and the output of the third amplifier is at a de-operating frequency operated by the switching device second demodulator with the display device

in Verbindung.
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand derin connection.
Refinements of the invention are the subject of

Unteransprüche. . .Subclaims. . .

Die Erfindung gestattet die Erzielung eines leicht einstellbaren Präzisionsabgleichs in einem System, für das der Abgleich eine kritische Rolle spielt, und zwar gestattet die Erfindung nicht nur einen genauen Anfangsabgleich, vielmehr kann das System unschwer immer wieder abgeglichen werden, so oft dies für bochgenaue Meßablesungen erforderlich ist.The invention allows an easily adjustable precision adjustment to be achieved in a system for that the alignment plays a critical role, and indeed the invention not only allows an accurate one Initial adjustment, rather the system can easily be adjusted again and again, as often as this is necessary accurate reading is required.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben; in dieserIn the following, exemplary embodiments of the invention are described with reference to the drawing; in this

^ZCFig. 1 in Form eines Blockschaltbildes die wesentlichen Teile eines Gasanalysators gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, . . _T -ι Fig.2 das Detailschaltbild der elektronischen Teile ^ZC Fig. 1 in the form of a block diagram the essential parts of a gas analyzer according to a preferred embodiment,. . _T -ι Fig.2 the detailed circuit diagram of the electronic parts

ausFig. 1. „ „ ιfrom Fig. 1. "" ι

In Fig. 1 ist bei It eine rotierende Gas-Korrelationszelle gezeigt Die Zelle 11 enthält zwei (in F i g. 1 nicht gesondert dargestellte) diametral gegenüberliegend angeordnete Kammern, die jeweils die Hälfte desIn Fig. 1 at It is a rotating gas correlation cell Cell 11 contains two (not shown in FIG. 1 separately shown) diametrically opposite chambers, each half of the

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zylinanscnen Dauici« cmm-im·».·! "■■- — -■- ·-;--ebenen Flächen mittels strahlungsenergiedurchlässiger Fenster hermetisch dicht schließend abgeschlossen sind. Die eine Kammer ist mit einer Menge der zu messenden Gasart gefüllt, und zwar bei einem Druck, welcher eine scharfe, gut definierte Absorptionslinienstruktur gewährleistet. Die andere Kammer enthält entweder eine Menge des gleichen Gases bei einem wesentlich höheren Druck, der eine gewisse Verwaschung der Linienstruktur zur Folge hat, wie dies in dem eingangs erwähnten US-Patent 37 93 525 beschrieben ist; alternativ kann die zweite Kammer auch mit einem Gas gefüllt sein, das bei der interessierenden Wellenlänge nicht absorbiert, sofern dem entsprechenden Teil des ίο Zellenfensters eine neutrale Schwärzungsschwächungsvorrichtung zugeordnet ist. In beiden Fällen sind die Gasdrücke und -konzentrationen bzw. die Schwächungskonstante so gewählt, daß die beiden Kammern eine annähernd (aber nicht notwendigerweise genau) gleiche durchschnittliche Strahlungsenergiedurchlässigkeit über den interessierenden Spektralbereich hin besitzen. Es sei in diesem Zusammenhang betont, daß zwar ein genauer Abgleich sehr schwierig zu erzielen und aufrechtzuerhalten ist, jedoch ein ungefährer Abgleich verhältnismäßig einfach zu bewerkstelligen ist. Die Zelle 11 wird durch einen Motor 10 zur Drehung angetrieben, derart, daß die beiden Kammern abwechselnd in einen von einer Strahlungsenergiequelle 12 und einer Optik 13 erzeugten Strahlengang eingeführt werden. Der Strahlengang wird ferner durch einen Zerhacker 33 unterbrochen, der aus einer Reihe von undurchsichtigen Sektoren besteht, welche dem Eingangsfenster der Gaszelle 11 zugeordnet sind. Gegebenenfalls könnte der Zerhacker auch gesondert ausgebildet und angetrieben werden oder er könnte auch dem Fenster auf der Austrittsseite der Zelle 11 zugeordnet sein. In einem typischen Fall kann der Motor 10 ein Synchronmotor mit 1800 Upm sein, was eine Rotationsfrequenz der Zelle von 30 Hz ergibt Falls der Zerhacker 33 in der dargestellten Weise zwölf Sektoren aufweist, beträgt die Zerhackerfrequenz 360 Hz. Selbstverständlich können gegebenenfalls auch andere Frequenzen verwendet werden. cylindrical Dauici «cmm-im ·». ·! "■■ - - - ■ - · -; - flat surfaces are hermetically sealed by means of windows permeable to radiation energy. One chamber is filled with an amount of the type of gas to be measured, at a pressure which has a sharp, well-defined absorption line structure The other chamber either contains a quantity of the same gas at a significantly higher pressure, which results in a certain blurring of the line structure, as is described in the aforementioned US Pat be filled with a gas that does not absorb at the wavelength of interest, provided that the corresponding part of the ίο cell window is assigned a neutral blackening attenuation device. In both cases, the gas pressures and concentrations or the attenuation constant are selected so that the two chambers approximately not necessarily exactly) equal average radiant energy have permeability over the spectral range of interest. It should be emphasized in this connection that, although an exact adjustment is very difficult to achieve and maintain, an approximate adjustment is relatively easy to accomplish. The cell 11 is driven to rotate by a motor 10 in such a way that the two chambers are introduced alternately into a beam path generated by a radiant energy source 12 and an optical system 13. The beam path is further interrupted by a chopper 33, which consists of a series of opaque sectors which are assigned to the entrance window of the gas cell 11. If necessary, the chopper could also be designed and driven separately, or it could also be assigned to the window on the outlet side of the cell 11. In a typical case, the motor 10 can be a synchronous motor with 1800 rpm, which results in a rotation frequency of the cell of 30 Hz. If the chopper 33 has twelve sectors as shown, the chopping frequency is 360 Hz. Of course, other frequencies can also be used if necessary .

Mittels eines Drehfühlers 32, bei dem es sich vorzugsweise um ein optoelektronisches Aggregat handelt, wird ein elektrisches Signal mit der Frequenz 30 Hz erzeugt, dessen Phase in einer genauen Beziehung zur Drehung der Zelle 11 steht.By means of a rotary sensor 32, which is preferably an optoelectronic unit acts, an electrical signal with a frequency of 30 Hz is generated, its phase in a precise Relation to the rotation of the cell 11 is.

Eine Übergangsoptik 14 macht aus der aus der Zelle 11 austretenden Strahlungsenergie ein im wesentlichen paralleles Strahlbündel, welches einen Probenbereich durchsetzt. Eine Detektoroptik 16 fokussiert das Strahlbündel auf den empfindlichen Bereich eines Photodetektors 17. Wie ersichtlich, ist vor dem Detektor 17 ein Filter 18 angeordnet; das Filter könnte jedoch an jeder beliebigen anderen Stelle in dem Strahlungsenergiesystem angeordnet sein. Das Filter beschränkt das Durchlaßband des Systems auf denjenigen Bereich des Spektrums, in welchem die zu messende 55 Gasart eine geeignete Absorptionslinienstruktur besitzt. Hinsichtlich Bandbreite und Wellenlänge des Ansprechmaximums kann das Filter so gewählt werden, daß sich eine gewünschte Nachweisempfindlichkeit des Systems und ein gewünschtes Ansprechverhalten bezüglich 60 Störgasen ergibt. Im allgemeinen gilt, daß die Freiheit von störenden Einflüssen um so größer ist, je schmaler das Filterdurchlaßband ist; jedoch ergeben sich bei einem zu schmalen Ansprechband Probleme hinsichtlich der Filterabstimmung und Einschränkungen der den 65 Photodetektor erreichenden Strahlungsenergie. Dies wiederum erfordert einen Photodetektor mit einem niedrigeren Eigenrauschpegel.Transition optics 14 make the radiant energy emerging from the cell 11 essentially one parallel bundle of rays which penetrates a sample area. Detector optics 16 focus this Beams of rays on the sensitive area of a photodetector 17. As can be seen, is before Detector 17 a filter 18 arranged; however, the filter could be anywhere else in the Radiant energy system be arranged. The filter limits the system's passband to that Area of the spectrum in which the type of gas to be measured has a suitable absorption line structure. With regard to the bandwidth and wavelength of the response maximum, the filter can be chosen so that a desired detection sensitivity of the system and a desired response behavior with respect to 60 interfering gases results. In general, the narrower the narrower, the greater the freedom from disruptive influences is the filter passband; however, if the response band is too narrow, problems arise in terms of the filter tuning and limitations of the radiation energy reaching the 65 photodetector. this in turn, requires a photodetector with a lower inherent noise level.

Die Ausgangsgröße des Photodetektors 17 wirdThe output of the photodetector 17 becomes

iinem rauscharmen Vorverstärker 20 zugeführt und das verstärkte Signal durch einen abgestimmten Verstärker 21 geleitet. Dieser Verstärker ist auf die 360-Hz-Zerhackerfrequenz abgestimmt und genügend breitbandig, um eine Wechselfrequenz von 30 Hz als Modulations-Seitenbänder des Signals mit der 360-Hz-Grundfrequenz durchzulassen. Indem man einen Wechselstromverstärker verwendet und die Wechselfrequenz als Seitenbänder behandelt, wird das Niederfrequenzrauschen des Photodetektors kleiner als das bei der Wechselfrequenz. Hierdurch wird die Nachweisempfindlichkeit des Systems erheblich erhöht. Das Signal wird sodann einem Regelverstärker 22 (Verstärker mit veränderlichem Verstärkungsfaktor) zugeführt, der vorzugsweise in automatischer Verstärkungsregelung (AGC) betrieben wird. Hierauf folgt ein Modulationsgegentaktverstärker 23, dessen Funktion weiter unten noch beschrieben wird, sowie ein Demodulator 24. Die mittlere Ausgangsgröße des Demodulators 24 wird durch einen Steuerverstärker 25 abgenommen und mit einer festen Bezugsgleichspannung 26 verglichen. Die Ausgangsgröße des Steuerverstärkers 25 dient zur Änderung der Verstärkung des Verstärkers 22, derart, daß die mittlere Gleichspannungs-Ausgangsgröße des Demodulators 24 ziemlich nahe dem Betrag der Bezugsgröße 26 gehalten wird. Hierdurch werden Schwankungen in der Strahlungsquelle 12, in sämtlichen optischen Bauteilen, in dem Photodetektor 17, in den Verstärkern vor dem Demodulator 24 und hinsichtlich der veränderlichen Dichte in dem Probenbereich 15 kompensiert. Bei einer guten automatischen Verstärkungsregelung umfaßt das aus dem Demodulator 24 austretende Signal eine den Betrag der zerhackten Strahlungsenergie wiedergebende geregelte Gleichstromkomponente sowie eine 30-Hz-Komponente, welche die durch die rotierende Gaszelle bedingte Differenz-Unbalance wiedergibt. Falls die Gaszeile genau abgeglichen ist, derart daß sie in ihren beiden Hälften gleiche mittlere Durchlässigkeiten besitzt, ist ein am Ausgang des Demodulators 24 auftretendes 30-Hz-Signal proportional der Menge der zu messenden Gasart in dem Probenbereich 15 und kann daher unmittelbar in solchen Gasmengen geeicht werden.iinem low-noise preamplifier 20 and the amplified signal passed through a tuned amplifier 21. This amplifier is on the 360 Hz chopper frequency tuned and broad enough to have an alternating frequency of 30 Hz as modulation sidebands of the signal with the 360 Hz fundamental frequency. By getting an AC amplifier is used and the alternating frequency is treated as sidebands, the low frequency noise becomes of the photodetector is smaller than that at the alternating frequency. This increases the detection sensitivity of the system increased significantly. The signal is then sent to a control amplifier 22 (amplifier with variable gain factor), which is preferably in automatic gain control (AGC) is operated. This is followed by a modulation push-pull amplifier 23, the function of which will be described further below, and a demodulator 24. The mean output of the demodulator 24 is picked up by a control amplifier 25 and with a fixed reference DC voltage 26 compared. The output of the control amplifier 25 is used to Changing the gain of the amplifier 22 such that the average DC voltage output of the Demodulator 24 is kept fairly close to the magnitude of the reference variable 26. This will be Fluctuations in the radiation source 12, in all optical components, in the photodetector 17, in the Amplifiers in front of the demodulator 24 and with regard to the variable density in the sample area 15 compensated. In the case of a good automatic gain control, this includes from demodulator 24 outgoing signal is a regulated direct current component representing the amount of the chopped up radiant energy as well as a 30 Hz component, which is caused by the rotating gas cell Represents difference imbalance. If the gas line is precisely balanced so that it has the same mean permeabilities in its two halves a 30 Hz signal appearing at the output of the demodulator 24 proportional to the amount to be measured Type of gas in the sample area 15 and can therefore be calibrated directly in such gas quantities.

Ein Tiefpaßfilter 27 ist so ausgelegt, daß es die 30-Hz-Signale durchläßt, während es die von der Demodulation des 360-Hz-Trägers herrührende 720-Hz-Komponente unterdrückt. Auf das Filter folgt ein Bereichsschalter 28, bei dem es sich um ein geeichtes Stufenschwächungsorgan handelt sowie ein Eichpotentiometer 29, das zur genauen Einstellung der Systemansprechempfindlichkeit dient Auf den Schalter folgt ein auf 30 Hz abgestimmter Verstärker 30, der auch vorzugsweise ein 60-Hz-Kerb- oder Sperrfilter (das in dem Blockschaltbild nicht eigens dargestellt ist) enthält. Das Verstärkerausgangssignal wird in einem Synchrondemodulator 31 demodulieri; dieser wird wegen seinem ausgezeichneten niedrigen Rauschen und seinen ausgezeichneten Rauschunterdrückungseigenschaften und wegen seinem linearen Ansprechverhalten verwendet Ein gutes Rauschverhalten ist in diesem Teil der Anlage von Bedeutung, da sehr schwache Signale auftreten, wenn niedrige Konzentrationen der betreffenden Gasart gemessen werden.A low-pass filter 27 is designed so that it passes the 30 Hz signals while it passes the from the The 720 Hz component resulting from the demodulation of the 360 Hz carrier is suppressed. Follows the filter a range switch 28, which is a calibrated step attenuation element, and a calibration potentiometer 29, which is used for the precise setting of the system response sensitivity. The switch is followed by a Amplifier 30 tuned to 30 Hz, which also preferably uses a 60 Hz notch or notch filter (the one in not specifically shown in the block diagram). The amplifier output signal is in a synchronous demodulator 31 demodulieri; this one because of its excellent low noise and excellent Used for its noise-canceling properties and for its linear response Good noise behavior is important in this part of the system, as very weak signals occur, when low concentrations of the relevant gas type are measured.

Die Bezugssignalerregung wird dem Demodulator 31 von dem Bezugsgeber 32 zugeführt, der ein Signal mit der Rotationsfrequenz der Korrelationszelle 11 und in einer genauen Phasenbeziehung zu dieser erzeugt. Dieses Bezugssignal wird in einem Vorverstärker 35 und sodann in einem auf 30 Hz abgestimmten Verstärker 36 verstärkt. Das verstärkte Bezugssignal wird durch einen Phasenschieber 37 geleitet, um eine Bezugsphase für den Demodulator 31 zu erzeugen. Der Betrag der Phasenverschiebung in der Schaltung 37 ist so gewählt, daß hierdurch kleine Ungenauigkeiten in der Winkelstellung des Gebers 32 sowie hinsichtlich Schaltungsverzögerungen des Signals in den Blöcken 20 bis 24,27,28 und 30, welche von den in den Blöcken 35 ίο und 36 auftretenden Schaltungsverzögerungen des Bezugssignals verschieden sein können, kompensiert werden.The reference signal excitation is supplied to the demodulator 31 from the reference generator 32, which has a signal the rotation frequency of the correlation cell 11 and in an exact phase relationship to this generated. This reference signal is generated in a preamplifier 35 and then amplified in an amplifier 36 tuned to 30 Hz. The amplified reference signal is passed through a phase shifter 37 in order to generate a reference phase for the demodulator 31. the The amount of phase shift in the circuit 37 is chosen so that this results in small inaccuracies in the Angular position of the encoder 32 as well as with regard to switching delays of the signal in the blocks 20 through 24, 27, 28 and 30, which differ from those in blocks 35 ίο and 36 occurring switching delays of the reference signal can be different, compensated will.

Das synchron-demodulierte Signal, das nunmehr eine Gleichspannung darstellt deren Betrag in Beziehung zur Menge der zu messenden Gasart steht wird einem Verstärker 39 zugeführt und an einer Anzeigevorrichtung 40 wiedergegeben, die beispielsweise ein einfaches Voltmeter sein kann. Die Ausgangsanzeige an der Anzeigevorrichtung 40 kann mittels des Potentiometers 29 und des Bereichsschalters 28 zur direkten Ablesung der Menge der betreffenden Gasart geeicht sein.The synchronously demodulated signal, which now represents a direct voltage, is related to its magnitude the quantity of the type of gas to be measured is fed to an amplifier 39 and to a display device 40 reproduced, which can be, for example, a simple voltmeter. The output indicator on the The display device 40 can be read directly by means of the potentiometer 29 and the range switch 28 must be calibrated for the amount of the gas type concerned.

Falls die Strahlungsdurchlässigkeiten der beiden Kammern der Gaszelle 11 über das Durchlaßband des Filters 18 hin gleich sind, wird an der Ausgangsanzeigevorrichtung 40 die Ablesung Null auftreten, wenn in dem Probenbereich 15 kein Gas der zu messenden Gasart (die durch die Charakteristiken der Zelle 11 und des Filters 18 bestimmt wird) vorliegt Da dieser Zustand in der Praxis sehr schwierig zu verwirklichen ist, wird eine Abgleichsteuerung 41 in Verbindung mit dem Modulationsgegentakt- bzw. Abgleichverstärker 23 verwendet Es sei angenommen, daß kein vollständiger optischer Abgleich erreicht ist; in diesem Falle tritt im Ausgang des Demodulators 24 eine 30-Hz-Signalkomponente auf, selbst wenn der ProbenberMch 15 kein Gas der zu messenden Gasart enthält Zur Kompensation wird der Abgleichsteuerung 41 ein 30-Hz-Bezugssignal zugeführt, das von einem in Kaskade mit dem Phasenschieber 37 angeordneten Phasenschieber 38 geliefert wird. Die Abgleichsteuerung 41 bewirkt eine Änderung der Verstärkung des Modulationsgegentakt- bzw. Abgleichverstärkers 23 mit einer 30-Hz-Frequenz. Diese Verstärkungsänderung steht in einer festen Phasenbeziehung zu dem vom Phasenschieber 38 gelieferten 30-Hz-Bezugssignal. In der Abglcichsteuerung 41 oder in dem Phasenschieber 38 ist ein (in F i g. 1 nicht gezeigter) Schalter vorgesehen, um wahlweise den Phasensinn des 30-Hz-Bezugssignals umkehren zu können. Der Phasenschieber 38 ist so ausgelegt und eingestellt, daß bei Zufuhr des Bczugssignals an den Verstärker 23 dessen Verstärkungsfaktor genau in Abhängigkeit davon verändert wird, welche Kammer der Zelle 11 sich jeweils im Strahlengang befindet Der Phasensinn des aus dem Phasenschieber 38 austretenden Phasenbezugssignals wird in Abhängigkeit davon eingestellt, welche Kammer der Gaszelle die größte Durchlässigkeit besitzt. Die Abgleichsteuerung 41 und der Phasensinnschalter werden .^ eingestellt, daß sich eine minimale 30-Hz-Signalkomponente ergibt wenn sich kein Gas der zu messenden Gasart in dem Probenbereich 15 befindet Auf diese Weise wird selbst bei nicht genauem optischem Abgleich der Fehlabgleich durch die elektronische Schaltung kompensiert. Da ferner der Verstärkungsfaktor des Modulationsgegentaktverstärkers 23 synchron mit dem 30-Hz-Bezugssignal verändert wird, ist die Kompensation hinsichtlich ihrer Natur multiplikativ. Dies gewährleistet eine genaue Abgleichkompensation, selbst wenn sich dieIf the radiation transmittances of the two chambers of the gas cell 11 over the pass band of the Filters 18 are the same, the output display 40 will read zero when in the sample area 15 does not contain any gas of the type of gas to be measured (which is caused by the characteristics of the cell 11 and of the filter 18 is determined) because this state is very difficult to achieve in practice is, a balance controller 41 is in connection with the modulation push-pull or balance amplifier 23 used It is assumed that a complete optical alignment has not been achieved; in this case occurs in the output of the demodulator 24 has a 30 Hz signal component, even if the sampler 15 does not have a Contains gas of the gas type to be measured For compensation, the adjustment control 41 receives a 30 Hz reference signal fed by a phase shifter 38 arranged in cascade with the phase shifter 37 is delivered. The adjustment control 41 causes a change in the gain of the modulation push-pull or adjustment amplifier 23 with a 30 Hz frequency. This change in gain is fixed Phase relationship to the 30 Hz reference signal provided by phase shifter 38. In the adjustment control 41 or in the phase shifter 38, a switch (not shown in FIG. 1) is provided to selectively switch the To be able to reverse the phase sense of the 30 Hz reference signal. The phase shifter 38 is designed and set that when the reference signal is supplied to the amplifier 23, its gain factor is exactly in Is changed depending on which chamber of the cell 11 is located in the beam path The phase sense of the phase reference signal emerging from the phase shifter 38 is dependent thereon set which chamber of the gas cell has the greatest permeability. The adjustment control 41 and the phase sense switch will be. ^ set that a minimum 30 Hz signal component results if there is no gas of the gas type to be measured in the In this way, even if the optical alignment is not accurate, the misalignment will occur compensated by the electronic circuit. Since also the gain of the modulation push-pull amplifier 23 is changed in synchronism with the 30 Hz reference signal, the compensation is with respect to multiplicative by their nature. This ensures an accurate balance compensation even if the

optischen Pegel, die Ansprechempfindlichkeit des Photodetektors sowie die Verstärkung des 360-Hz-Verstärkers ändern sollten. Hierdurch wird der Betrieb und die Arbeitsweise der Anlage ganz wesentlich erleichtert und in einfacher Weise ein Neuabgleich ermöglicht, so oft dies erwünscht ist.optical level, the sensitivity of the photodetector and the gain of the 360 Hz amplifier should change. This greatly facilitates the operation and the way the system works and enables a new adjustment in a simple manner, as often as this is desired.

F i g. 2 zeigt ein Detailschaltbild der elektronischen Teile einer typischen Schaltung gemäß dem System aus F i g. 1. Es sei darauf hingewiesen, daß in der Schaltung in weitem Umfange mikroelektronische Operationsbzw. Funktionsverstärker verwendet werden. Diese werden im folgenden der Einfachheit halber mit der Abkürzung OV bezeichnet. In den in F i g. 2 verwendeten Schaltungssymbolen bedeuten jeweils die denF i g. FIG. 2 shows a detailed circuit diagram of the electronic parts of a typical circuit according to the system of FIG F i g. 1. It should be noted that in the circuit to a large extent microelectronic Operationsbzw. Function amplifier can be used. This are referred to below with the abbreviation OV for the sake of simplicity. In the in F i g. 2 used Circuit symbols each mean the

OV-Symbolen zugeordneten + - und Zeichen dieOV symbols assigned + - and characters the

nichtinvertierenden bzw. invertierenden Eingangsanschlüsse dieser Verstärker. Soweit innerhalb der Symbole Ziffern eingezeichnet sind, geben sie die jeweils für eine äußere Kompensation verwendeten Anschlußstifte wieder. Soweit Kompensationskondensatoren in der Schaltung eingezeichnet sind, handelt es sich um 30 Picofarad-Kompensationskondensatoren, die nicht näher bezeichnet werden. Die einzelnen Mikroschaltungen sind jeweils mit geregelter und stark gefilterter + und -15-V-Speisespannung versorgt. Die folgende Beschreibung des Detailschaltbildes von F i g. 2 erfolgt in Verbindung mit den Schaltungsblöcken und deren Bezifferung aus F i g. 1.non-inverting or inverting input terminals of these amplifiers. So far within the Symbols digits are drawn in, they indicate the respectively used for an external compensation Connector pins again. As far as compensation capacitors are drawn in the circuit, it is 30 picofarad compensation capacitors, unspecified. The single ones Microcircuits are each supplied with regulated and heavily filtered + and -15 V supply voltage. the the following description of the detailed circuit diagram of FIG. 2 takes place in connection with the circuit blocks and their numbering from FIG. 1.

Der Vorverstärker 20 ist innerhalb der gestrichelten Umrandung 20 gezeigt. Der Photodetektor 17 (aus Fig. 1), bei dem es sich typischerweise um einen Photoleiter handelt, liegt an einer 90-V-Versorgungsspannung und ist zwischen dem Anschluß 17a und dem Masseanschluß des Verstärkers 20 geschaltet. Ein Widerstand 50 und Kondensatoren 51 und 52 bilden ein Entkopplungsfilter-, Widerstände 53, 54 und 55, bei denen es sich um rauscharme Widerstände in Form abgeschiedener Filme handelt, dienen als Lastwiderstand für den Photodetektor. Einer oder mehrere dieser drei Lastwiderstände können kurzgeschlossen oder ausgeschaltet werden, um einen optimalen Lastwiderstand für den jeweils verwendeten speziellen Photodetektor zu erhalten. Das Photodetektorausgangssignal wird über einen Kopplungskondensator 56 und einen Trennwiderstand 57 wechselstrommäßig an das Tor eines Sperrschichtfeldeffekttransistors (JFET) 58 angekoppelt, der als Verstärker in Quelle-Folge-Schaltung mit automatischer Vorspannung betrieben wird. Ein Widerstand 59 und ein Kondensator 60 dienen als Entkopplungsfilter zum Anschluß der Senke des JFET 58 an eine + 15-V-Stromquelle. Die Ausgangsgröße tritt an einem Quelle-Lastwiderstand 61 auf und wird über einen Kondensator 62 wechselstrommäßig an den invertierenden Eingang eines OV (Operationsverstärkers) 63 angekoppelt, dessen nichtinvertierender Eingang über einen Widerstand 64 an Masse zurückgeführt ist. Widerstände 65 und 66 dienen zur Stabilisierung des Gleichstrom-Arbeitspunkts des OV 63, der Kondensator 67 dient als Wechselstrom-Rück.'uhrüberbrückung. Widerstände 68, 69 und 70 bilden eine negative Signalrückkopplung zur Verstärkungsregelung des Vorverstärkers 20. Im typischen Fall wird der Wert des Widerstandes 70 etwa halb so groß wie der Photodetektorwiderstand gewählt Die Widerstände 68 und 68 werden zur geeigneten Einstellung der Verstärkung des Vorverstärkers 20 so gewählt, daß sich der gewünschte Signalausgangspegel und ein gutes Signal/Rauscn-Verhalten der Photodetektor-Vorverstärker-Kombination ergeben.The preamplifier 20 is shown within the dashed border 20. The photodetector 17 (from Fig. 1), which is typically a Photoconductor acts, is at a 90 V supply voltage and is between the terminal 17a and the Ground connection of the amplifier 20 switched. Resistor 50 and capacitors 51 and 52 form a Decoupling filter, resistors 53, 54 and 55, which are low noise resistors in the form deposited films act as a load resistor for the photodetector. One or more of these three load resistors can be short-circuited or switched off to achieve an optimal load resistance for the particular photodetector used in each case. The photodetector output is AC-wise to the gate via a coupling capacitor 56 and an isolating resistor 57 a junction field effect transistor (JFET) 58 coupled as an amplifier in source-follower circuit is operated with automatic preload. A resistor 59 and a capacitor 60 serve as Decoupling filter for connecting the drain of JFET 58 to a +15 V power source. The starting point occurs at a source load resistor 61 and is AC-wise to the via a capacitor 62 inverting input of an OV (operational amplifier) 63 coupled, the non-inverting input is returned to ground via a resistor 64. Resistors 65 and 66 are used to stabilize the DC operating point of the OV 63, the capacitor 67 serves as an AC back.'clock bridging. Resistors 68, 69 and 70 form a negative signal feedback for gain control of the Preamplifier 20. Typically, the value of resistor 70 will be about half the photodetector resistor Resistors 68 and 68 are selected to suitably adjust the gain of the Preamplifier 20 chosen so that the desired signal output level and a good signal / noise behavior the photodetector-preamplifier combination.

Die Ausgangsgröße des Vorverstärkers wird einer aus einem Potentiometer 71 und einem zur Einstellung der Mindestverstärkung dienenden Widerstand 72 bestehenden Verstärkungsregelung zugeführt. Die Ausgangsgröße der Verstärkungsregelung wird wechselstrommäßig über einen Kondensator 73 an den nichtinvertierenden Eingang eines OV 74 angekoppelt, der die Verstärkungsfunktion des Verstärkers 21The output of the preamplifier becomes one of a potentiometer 71 and one for setting The resistor 72 used for the minimum gain is supplied to the existing gain control. The output size the gain control is alternating current via a capacitor 73 to the coupled to the non-inverting input of an OV 74, which has the gain function of the amplifier 21

ίο bewirkt. Die Ausgangsgröße des OV 74 wird mittels eines aus Widerständen 75 und 76 und Kondensatoren 77 und 78 bestehenden überbrückten T-Rückkopplungsfilters an den invertierenden Eingang des OV 74 gekoppelt. Ein Widerstand 79 schließt das Rückführfilter ab, ein Widerstand 80 verbindet den nichtinvertierenden Eingang des OV 74 mit Masse. Die Filterkomponenten sind so gewählt, daß der Verstärker 21 auf 360 Hz abgestimmt ist; mit den weiter unten angegebenen Werten der einzelnen Bauteile besitzt die Schaltung einen wirksamen Q-Faktor von etwa 3,5.ίο causes. The output variable of the OV 74 is determined by means of a bridged T feedback filter consisting of resistors 75 and 76 and capacitors 77 and 78 coupled to the inverting input of OV 74. A resistor 79 closes the return filter ab, a resistor 80 connects the non-inverting input of OV 74 to ground. The filter components are chosen so that the amplifier 21 is tuned to 360 Hz; with the ones given below The circuit has an effective Q factor of around 3.5 for the values of the individual components.

Der Ausgang des OV 74 ist über einen Kondensator 81 wechselstrommäßig mit dem Regelverstärker 22 gekoppelt. Über Widerstände 82 und 83 wird das Signal einem OV 84 zugeführt, der durch Betätigung eines Schalters 85 wahlweise auf automatische Verstärkungsregelung (in der Zeichnung dargestellt) oder auf manuelle Verstärkungsregelung umschaltbar ist. Ein Widerstand 86 dient in Verbindung mit den mit dem invertierenden Eingang des OV 84 verbundenen Widerständen zur Einstellung der Maximalverstärkung der Stufe. In der Betriebsart mit automatischer Verstärkungsregelung bewirkt ein JFET 87 die Änderung des Verstärkungsfaktors der Stufe (wie weiter unten noch im einzelnen erläutert wird). In der Betriebsart mit manueller Verstärkungsregelung wird ein Rückkopplungswiderstand 88 durch den Schalterarm 85a mit einem zur manuellen Verstärkungsregelung dienenden Potentiometer 89 verbunden. Der Abgriff des Potentiometers 89 ist über einen Widerstand 90 mit dem Eingang des OV 84 verbunden. In der Betriebsart mit manueller Verstärkungsregelung wird gleichzeitig die automatische Verstärkungsregelungsfunktion durch den Schalterarm 85b abgeschaltet, indem eine hohe negative Vorspannung an das Tor des JFET 87 angelegt wird, wodurch dieser gesperrt wird. Daher bewirkt in dieser Betriebsart das Potentiometer 89 allein eine Veränderung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers 22. Ein Widerstand 91 verbindet den nichtinvertierenden Eingang des OV 84 mit Masse.The output of the OV 74 is in alternating current with the control amplifier 22 via a capacitor 81 coupled. Via resistors 82 and 83, the signal is fed to an OV 84 which, by actuating a Switch 85 either to automatic gain control (shown in the drawing) or to manual gain control is switchable. A resistor 86 is used in conjunction with the with the inverting input of the OV 84 connected resistors for setting the maximum gain the stage. In the automatic gain control mode, a JFET 87 makes the change the gain factor of the stage (as will be explained in detail below). In the Manual gain control mode is provided by a feedback resistor 88 through the switch arm 85a is connected to a potentiometer 89 used for manual gain control. The tap of the Potentiometer 89 is connected to the input of OV 84 via a resistor 90. In the operating mode with manual gain control is also the automatic gain control function by the Switch arm 85b turned off by applying a high negative bias to the gate of JFET 87, whereby this is blocked. Therefore, in this operating mode, the potentiometer 89 alone causes a change of the gain of the amplifier 22. A resistor 91 connects the non-inverting Input of the OV 84 with ground.

Über einen Kondensator 92 ist der Verstärker 22 wechselstrommäßig mit dem Modulationsgegentakt- bzw Abgleichverstärker 23 gekoppelt. Widerstände 93 94 und 95 wirken zusammen mit einem Potentiomete 96 als Schwächungs- bzw. Dämpfungselemente, welchiVia a capacitor 92, the amplifier 22 is alternating current with the modulation push-pull or adjustment amplifier 23 coupled. Resistors 93, 94 and 95 work together with a potentiometer 96 as weakening or damping elements, welchi

S5 das an einen OV 97 durchgelassene Signal in de nachstehend beschriebenen Weise modulieren bzw beeinflussen können. Der OV 97 treibt zwei Gleichrich terdioden 98 und 99 in einer Vollwellengleichrichl schaltung. Ein Widerstand 100 dient als Lastwiderstan für die Diode 98 und zugleich auch als eine negativ Rückführung oder als Stabilisierwiderstand für de OV 97. Ein Widerstand 101 dient als Lastwiderstand ft die Diode 99 und gleichzeitig als der andei Stabiüsierungswiderstand für den OV 97. Ein Wide stand 102 verbindet den nichtinvertierenden Eingar des OV 97 mit Masse. Die Ausgänge der Dioden 98 ur 99 sind direkt in Differenzschaltung mit einem OV K mit Verstärkungsfaktor 1 gekoppelt. GleichgrolS5 the signal let through to an OV 97 in de modulate or influence the manner described below. The OV 97 drives two rectifiers terdioden 98 and 99 in a full-wave rectifier circuit. A resistor 100 serves as a load resistor for the diode 98 and at the same time also as a negative feedback or as a stabilizing resistor for de OV 97. A resistor 101 serves as a load resistor for the diode 99 and at the same time as the other Stabilizing resistor for the OV 97. A wide Stand 102 connects the non-inverting input of OV 97 to ground. The outputs of the diodes 98 ur 99 are coupled directly in a differential circuit with an OV K with a gain factor of 1. Equal size

709 649/3;709 649/3;

ίοίο

Widerstände 104 und 105 verbinden die Diode 98 mit dem invertierenden Eingang des OV 103 und bewirken die Verstärkungscharakteristik mit Verstärkungsfaktor 1. Widerstände 106 und 107 koppeln die Diode 99 mit dem nichtinvertierenden Eingang des OV 103 und bewirken einen abgeglichenen Gegentaktantrieb. Die aus dem Ausgang des OV 97, den beiden Dioden und dem OV !03 bestehende Schaltung bildet einen extrem linearen Vollwellengleichrichter. Das bedeutet, daß auf der Leitung 110 eine demodulierte Version des 360-Hz-Eingangssignals auftritt. Wie weiter oben dargelegt, ist die Amplitude der 30-Hz-Modulationskomponente proportional der in dem Probenbereich 15 vorliegenden Menge der zu messenden Gasart. Die Gleichstromkomponente auf der Leitung 110 gibt die von dem Photodetektor gemessene zerhackte Gesamtstrahlungsenergie wieder.Resistors 104 and 105 connect the diode 98 to the inverting input of the OV 103 and produce the amplification characteristic with gain factor 1. Resistors 106 and 107 couple the diode 99 to the non- inverting input of the OV 103 and produce a balanced push-pull drive. The circuit consisting of the output of the OV 97, the two diodes and the OV! 03 forms an extremely linear full-wave rectifier. This means that a demodulated version of the 360 Hz input signal appears on line 110. As explained above, the amplitude of the 30 Hz modulation component is proportional to the amount of the type of gas to be measured that is present in the sample region 15. The DC component on line 110 represents the total chopped radiant energy measured by the photodetector.

Die Leitung ItO ist über einen Widerstand 111 gleichstrommäßig an den Steuerverstärker 25 gekopstark negativ wird, steigt ihr Quelle-Senke-Widerstand an, wodurch das dem OV 84 zugefiihrte Signal und damit das dem Demodulator 24 zugefiihrte Signal zunimmt. Hierdurch wiederum vergrößert sich die negativeThe line It0 is coupled to the control amplifier 25 via a resistor 111 in terms of direct current negative, its source-sink resistance increases, whereby the signal fed to the OV 84 and thus the signal fed to the demodulator 24 increases. This in turn increases the negative

Spannung auf der Leitung 110. Die vorstehend beschriebene Wirkungsweise ist offensichtlich selbststabilisierend. Die Spannung auf der Leitung 110 wird einen solchen Wert einzunehmen suchen, für welchen der OV 112 auf einen Pegel vorgespannt wird, bei welchem die Torvorspannung an dem JFET 87 so vorgespannt ist, daß sich der für den Demodulator 24 benötigte Signalpegel einstellt. In der Praxis wird die Spannung auf der Leitung 110 stets eine gegenüber dem 1,4-V-Bezugspegel entgegengesetzte Polarität und gewöhnlich einen hiervon etwas verschiedenen Betrag besitzen, und zwar wird dieser Unterschied hinreichend groß sein, um den Kondensator 113 über den Widerstand 111 zu laden (oder zu entladen), derart, daß der Ausgang des OV 112 hinreichend negativ wird,Voltage on line 110. The operation described above is obviously self-stabilizing. The voltage on the line 110 will seek to assume a value for which the OV 112 is biased to a level at which the gate bias at the JFET 87 is biased so that the signal level required for the demodulator 24 is established. In practice, the voltage on the line 110 will always have a polarity opposite to the 1.4 V reference level, and usually a slightly different amount, and this difference will be sufficient to allow the capacitor 113 to be connected via the resistor 111 charge (or discharge) in such a way that the output of OV 112 becomes sufficiently negative,

nelt Dieser enthält einen als invertierender Verstärker 20 damit der JFET 87 bei dem erforderlichennelt This contains an inverting amplifier 20 so that the JFET 87 is required

hoher Verstärkung geschalteten OV 112, wobei durch einen Kondensator 113 der Verstärker integrierend arbeitet. Der Kondensator 113 bewirkt in Verbindung mit dem Widerstand 111, daß der Steuerverstärker 25 als ein linearer Integrator mit langer Zeitkonstante wirkt. Eine Diode 114 dient zur Verringerung der Verstärkung des Verstärkers auf einen sehr niedrigen Wert, falls der invertierende Eingang des OV 112 jemals auf ein unter Massepotential liegendes Potential gelangen sollte. OV 112 switched to high gain, with the amplifier operating in an integrating manner through a capacitor 113. The capacitor 113 in conjunction with the resistor 111 causes the control amplifier 25 to act as a linear integrator with a long time constant. A diode 114 is used to reduce the gain of the amplifier to a very low value if the inverting input of the OV 112 should ever go to a potential below ground potential.

Mit dem invertierenden Eingang des OV 112 ist ferner über einen Widerstand 115, der gleich groß wie der Widerstand 111 ist, eine Bezugspotentialquelle 26 verbunden. Eine Zenerdiode 116 liegt über einen Widerstand 117 an einer +15 V-Speisespannung und wird durch einen Kondensator 1!8 überbrückt. Mittels Widerständen 119 und 120 wird die an der Diode 116 liegende Konstantspannung von 5,6 V geteilt, derart, daß am linken Ende des Widerstandes 115 eine stabile Bezugsspannung von etwa + 1,4 V liegt. Falls daher die Leitung 110 auf -1,4 V liegt, ist das Ausmaß der Spannungsänderung an der Ausgangsklemme des OV 112 gleich Null (da der nichtinvertierende Eingang des OV 112 an Masse liegt).A reference potential source 26 is also connected to the inverting input of the OV 112 via a resistor 115, which is the same size as the resistor 111. A Zener diode 116 is connected to a +15 V supply voltage via a resistor 117 and is bridged by a capacitor 1.8. The constant voltage of 5.6 V applied to the diode 116 is divided by means of resistors 119 and 120 in such a way that a stable reference voltage of approximately +1.4 V is present at the left end of the resistor 115. Therefore, if line 110 is -1.4 volts, the amount of voltage change at the output terminal of OV 112 will be zero (since the non-inverting input of OV 112 is grounded).

Falls der Schalter 85 sich — wie in der Zeichnung gezeigt — in seiner Stellung für automatische Verstärkungsregelung befindet, führen die vorstehend beschriebenen Bedingungen zu einer konstanten Vorspannung von etwa -3 V am Tor des JFET 87. Es ist zu beachten, daß der Widerstand 121 die Torelektrode des JFET 87 mit dessen Quelleelektrode verbindet und daß die Diode 122 die Torelektrode direkt mit dem Ausgang des OV 112 verbindet. Da der JFET 87 vom Verarmungstyp ist, bedeutet eine Torvorspannung von Quelle-Senke-Widerstandswert arbeitet. Da der OV 112 einen sehr hohen Verstärkungsfaktor besitzt, wird die Spannungsdifferenz im Gleichgewichtszustand nur sehr geringfügig sein und wird den Gleichgewichtswert als eine Funktion der Zeitkonstante der automatischen Verstärkungsregelungsschleife anstreben, wie sie durch den Widerstand 111 und den Kondensator 113 eingestellt ist. Diese Zeitkonstante beträgt typischerweise eine Sekunde. Die vorstehend beschriebene Wirkungsweise der automatischen Verstärkungsregelungsschaltung zeigt, daß unabhängig von den Eingangspegeln, den optischen Pegeln und den Verstärkungsfaktoren der Verstärker das Signal iiuf der Leitung 110 aul einem im wesentlichen konstanten Gleichspannungs wert gehalten wird. Wie in der erwähnten USA.-Patent schrift 37 93 525 beschrieben, bedeutet dies, daß die Amplitude der 30-Hz-Komponente auf der Leitung IK proportional der Menge der betreffenden Gasart in den Probenbereich 15 ist. Daher kann ein Meßwert diesel Komponente unmittelbar in Einheiten des Gehalts ai der betreffenden Gasart geeicht werden.If switch 85 is in its automatic gain control position as shown in the drawing, the conditions described above will result in a constant bias of approximately -3 volts across the gate of JFET 87. Note that resistor 121 is the Gate electrode of JFET 87 connects to its source electrode and that diode 122 connects the gate electrode directly to the output of OV 112 . Since the JFET 87 is of the depletion type, a gate bias of source-drain resistance means operating. Since the OV 112 has a very high gain, the equilibrium voltage difference will be very small and will seek equilibrium value as a function of the time constant of the automatic gain control loop as set by resistor 111 and capacitor 113 . This time constant is typically one second. The above-described mode of operation of the automatic gain control circuit shows that, regardless of the input levels, the optical levels and the gain factors of the amplifiers, the signal on line 110 is kept at a substantially constant DC voltage value. As in the aforementioned USA. Patent 37 93 525., this means that the amplitude of the 30 Hz component is proportional to the amount of the subject gas type in the sample area 15 on the line IK. A measured value of this component can therefore be calibrated directly in units of the content ai of the gas type concerned.

Das Tiefpaßfilter 27 wird durch Widerstände 125,126 127 in Verbindung mit Kondensatoren 128,129 und 13< gebildet. Die Zeitkonstanten sind so gewählt, daß di<The low-pass filter 27 is formed by resistors 125, 126 127 in conjunction with capacitors 128, 129 and 13 <. The time constants are chosen so that di <

30-Hz-Komponente durchgelassen und dii 720-Hz-Komponente unterdrückt bzw. gesperrt wire Der Ausgang des Filters 27 ist durch einen Kondensato 131 wechselstrommäßig mit dem Bereichsschalter 2J gekoppelt. Mit Hilfe eines Schalterarms 28a kann eim Anzapfung längs einer Widerstandsleiter gewähl werden, um eine bekannte Schwächungs- bzw. Dämp fungsstufe zu erzeugen. Die Widerstandsleiter besteh aus Widerständen 132 bis 138. Die sechs Stellungen de Bereichsschalters ergeben je nach den betreffende:The 30 Hz component is allowed through and the 720 Hz component is suppressed or blocked. The output of the filter 27 is coupled to the range switch 2J in terms of alternating current through a capacitor 131. With the aid of a switch arm 28a , a tap along a resistance ladder can be selected in order to generate a known attenuation or attenuation level. The resistance ladder consists of resistors 132 to 138. The six positions of the range switch result, depending on the one in question:

0 V, daß der JFET 87 einen sehr niedrigen Widerstand 55 Widerstandswerten relative Verstärkungen von 0,3,0,10 V that the JFET 87 has a very low resistance 55 resistance values relative gains of 0,3,0,1

zwischen seiner Senke- und seiner Quelleelektrode besitzt. Es wirkt mit dem Widerstand 82 als ein Schwächungs- oder Dämpfungsglied und kann auf den OV 84 einen sehr hohen Signalverlust ausüben. Diesbetween its drain and source electrodes. It acts as a with resistor 82 Attenuator or attenuator and can exert a very high signal loss on the OV 84. this

0,03, 0,01,0,003 und Aus. Ein Kondensator 139 dient zu weiteren Schwächung von hochfrequenten Signal komponenten. Ein Widerstand 140 und ein verändert eher Widerstand 141 bilden das Kalibrier-Potentiome wiederum bedeutet einen sehr niedrigen Signalpegel am 60 ter 29. Bei Vorliegen einer bekannten Gasmenge in der Demodulator 24 und eine niedrige negative Spannung Probenbereich 15 wird der Widerstand 141 s auf der Leitung 110. Wenn die Spannung auf der Leitung eingestellt, daß er einen gegebenen Signalpegel durc 110 einen niedrigen Wert besitzt, so wird der Eingang Änderung der Last an dem Widerstand 132 erzeugt. Di des OV 112 durch die Bezugsspannung positiv und Stellungen des Bereichsschalters 28a werden hierdurc dieser seinerseits erzeugt eine negative Ausgangsgröße. 65 automatisch auf den richtigen Wert eingestellt.
Bei einer hinreichend negativen Ausgangsgröße beginnt Der Schalterarm 28a ist direkt gleichstrommäßig m0.03, 0.01, 0.003, and Off. A capacitor 139 is used to further weaken high-frequency signal components. A resistor 140 and a changed rather resistor 141 constitute the calibration potentiometric turn means a very low signal level at 60 ter 29. In the presence of a known amount of gas in the demodulator 24, and a low negative voltage sample area 15, the resistor 141 s on line 110 When the voltage on the line is set to have a given signal level through 110 a low value, the change in load input on resistor 132 is generated. Di of the OV 112 is positive due to the reference voltage and the positions of the range switch 28a are thereby in turn generated a negative output variable. 65 is automatically set to the correct value.
When the output variable is sufficiently negative, the switch arm 28a is directly DC-wise m

die Diode 122 leitend zu werden und macht die Basis des dem nichtinvertierenden Eingang des OV 142 verbur JFET 87 negativ. Sobald die Basis des JFET genügend den. Dieser Eingang besitzt eine sehr hohe Impedandiode 122 to conduct and makes the base of the non- inverting input of OV 142 connected to JFET 87 negative. Once the base of the JFET has enough. This input has a very high impedance

und stellt keine nennenswerte Belastung für den Bereichsschalter 28 dar. Der invertierende Eingang des OV 142 wird von einem mit dem Ausgang des Verstärkers verbundenen Zwillings-T-Filter getrieben. Hierdurch wird die Vorrichtung zu einem Bandpaß- oder Resonanzverstärker 30. Durch entsprechende Wahl der Werte von Kondensatoren 143, 144 und 145 mit Widerständen 146, 147 und 148 erhält das Zwillings-T-Filter eine 30-Hz-Resonanz. Ein Widerstand 149 dient dazu, dem Verstärker 30 einen Q-Faktor von etwa 8 zu verleihen. Ein Widerstand 150 schließt das Zwillings-T-Filter ab.and poses no significant load on range switch 28. The inverting input of OV 142 is driven by a twin T-filter connected to the output of the amplifier. This turns the device into a bandpass or resonance amplifier 30. By appropriate selection of the values of capacitors 143, 144 and 145 with resistors 146, 147 and 148 , the twin T-filter is given a 30 Hz resonance. Resistor 149 is used to give amplifier 30 a Q factor of about eight. Resistor 150 terminates the twin T-filter.

Ein Kondensator 151 koppelt das 30-Hz-Signal wechselstrommäßig an einen OV 159, und zwar über ein Zwillings-T-Kerbfilter aus Kondensatoren 152,153 und 154 mit Widerständen 155, 156 und 157. Die Bauteile sind so gewählt, daß sie eine Kerbe und damit eine Signalsperrung bei 60 Hz ergeben. Ein Widerstand 158 schließt das Kerbfilter ab. Ein Widerstand 160 und ein Kondensator 161 dienen zur wechselstrommäßigen und Gleichstromstabilisierung des OV 159 und zur Einstellung seines Verstärkungsfaktors. Ein Widerstand 162 verbindet den nichtinvertierenden Eingang des OV 159 mit Masse.A capacitor 151 couples the 30 Hz signal alternately to an OV 159, via a twin T-notch filter made up of capacitors 152, 153 and 154 with resistors 155, 156 and 157. The components are chosen so that they have a notch and thus result in signal blocking at 60 Hz. Resistor 158 terminates the notch filter. A resistor 160 and a capacitor 161 are used for AC and DC stabilization of the OV 159 and for setting its gain factor. Resistor 162 connects the non-inverting input of OV 159 to ground.

Der Ausgang des OV 159 ist durch Widerstandskoppiung mit einem OV 165 und einem ]FET 170 verbunden, die zusammen den Synchrondemodulator 31 bilden. Ein Widerstand 166 dient zum Anschluß an den invertierenden Eingang des OV 165, die Reihenwiderstände 167 und 168 zum Anschluß an den nichtinvertierenden Eingang. Durch einen Rückführwiderstand 169 und den Widerstand 166 erhält der Verstärker einen Verstärkungsfaktor 1. Falls der JFET 170 sich in seinem Sperrzustand oder seinem Zustand mit hohem Widerstand befindet, erhalten ersichtlich beide Eingänge des OV 165 gleiche Signale, so daß in diesem Zustand der Verstärker die Verstärkung 1 besitzt und Ausgangsgröße und Eingangsgröße gleich groß werden. Das Auftreten einer von der Eingangsgröße verschiedenen Ausgangsgröße hat über den Widerstand 169 eine Fehlerspannung am invertierenden Eingang zur Folge; Hierdurch wird eine Korrektur der Ausgangsgröße des Verstärkers bewirkt. Der JFET 170 ist vom Verarmungstyp, und da seine Torelektrode durch einen Widerstand 171 mit der Quelle verbunden ist, ist sein Widerstand sehr niedrig, in der Größenordnung von etwa einigen zehn Ohm. Solange die Diode 172 nicht leitet, bleibt dieser Zustand erhalten, und man ersieht, daß nur ein sehr geringer Signalanteil an den nichtinvertierenden Eingang des OV 165 gelangt. Unter diesen Umständen tritt die Ausgangsgröße des OV 159 am Ausgang des OV 165 (invertiert) auf. Falls der Diode 172 ein 30-Hz-Signal (vorzugsweise ein Rechteckimpulssignal) zugeführt wird, wird der JFET 170 mit einer 30-Hz-Frequenz aus- und eingeschaltet. Falls die Phase dieses Signals mit dem 30-Hz-Eingang zusammenfällt, werden jeweils übernächste Halbwellen invertiert und treten zusammen mit den anderen nichtinvertierten jeweils übernächsten Halbwellen als Gleichspannung am Ausgang des OV 165 auf. Die Schaltung 31 stellt daher einen rauscharmen linearen Vollwellen-Synchrondemodulatordar.The output of the OV 159 is connected by resistance coupling to an OV 165 and a] FET 170 , which together form the synchronous demodulator 31 . A resistor 166 is used for connection to the inverting input of the OV 165, the series resistors 167 and 168 for connection to the non-inverting input. A feedback resistor 169 and resistor 166 give the amplifier a gain of 1. If the JFET 170 is in its blocking state or its high resistance state, it can be seen that both inputs of the OV 165 receive the same signals, so that in this state the amplifier provides the gain 1 and the output variable and input variable become the same. The occurrence of an output variable different from the input variable results in an error voltage at the inverting input via resistor 169; This results in a correction of the output variable of the amplifier. The JFET 170 is of the depletion type and since its gate is connected to the source through a resistor 171 , its resistance is very low, on the order of a few tens of ohms. As long as the diode 172 is not conducting, this state is maintained, and it can be seen that only a very small signal component reaches the non-inverting input of the OV 165 . Under these circumstances, the output of OV 159 appears at the output of OV 165 (inverted). If a 30 Hz signal (preferably a square wave signal) is supplied to diode 172 , JFET 170 is turned off and on at a 30 Hz frequency. If the phase of this signal coincides with the 30 Hz input, the next but one half-waves are inverted and occur together with the other non-inverted half-waves as a direct voltage at the output of the OV 165. The circuit 31 is therefore a full-wave, low-noise, linear synchronous demodulator.

Der Ausgang des OV 165 ist über ein aus Kondensatoren 173 und 174 und Widerständen 175,176 und 177 bestehendes Tiefpaßfilter direkt an den invertierenden Eingang eines OV 178 angekoppelt. Dieses Filter läßt die Gleichstromausgangsgröße des Demodulators 31 durch, unterdrückt jedoch die 60- Hz-Welligkeit von dem Demodulator sowie andere Signalkomponenten mit höherer Frequenz. Der OV 178 treibt ein mit eine-n Kondensator 180 überbrücktes Meßgerät 179. Ein Widerstand 181 dient zur Einstellung der Spannungsempfindlichkeit des Meßgerätes 179. Zwischen den Anschlüssen des OV 178 zur Kompensation einer bleibenden Regelabweichung ist ein Potentiometer 182 angeschlossen. Der Abgriff dieses Potentiometers ist mit der -15-V-Stromversorgung verbunden, derart, daß das Potentiometer als Nullpunktkontrolle für das Meßgerät wirkt. Widerstände 183 und 184 steuern die negative Rückführung um den OV 178, zur Stabilisierung und zur Einstellung des Verstärkungswertes. Ein Widerstand 185 verbindet den nichtinvertierenden Eingang mit Masse. Ein mit dem Bereichsschalter gekuppelter Schalterarm 28i> dient zur wahlweisen Einschaltung eines von mehreren Kondensatoren 186,187 oder 188 in die Rückführschaltung um den OV 178, zur entsprechenden Umschaltung der Meßgerät-Zeitkonstante. Die Kondensatoren sind so gewählt, daß die höchste Instrumentverstärkung oder die empfindlichste Schalterstellung 28 die längste Zeitkonstante für die Meßgerätverstärkerschaltung 39 hervorruft. Im Effekt werden die Meßgerätablesungen zeitintegriert, wobei die längeren Zeiten bei den empfindlichsten Einstellungen auftreten. Hierdurch werden statistische Meßgerätverstellungen oder Rauscherscheinungen bei Messung sehr niedriger Gaskonzentrationen verringert. Die Schaltungen zwischen dem Demodulator 24 und der Anzeigevorrichtung 40 bilden somit ein sehr empfindliches, geeichtes Wechselstromvoltmeter, das auf eine Frequenz von 30 Hz anspricht.The output of the OV 165 is coupled directly to the inverting input of an OV 178 via a low-pass filter consisting of capacitors 173 and 174 and resistors 175, 176 and 177. This filter passes the DC output of the demodulator 31, but suppresses the 60 Hz ripple from the demodulator and other higher frequency signal components. The OV 178 drives a n-a with capacitor 180 bridged meter 179. A resistor 181 serves to adjust the voltage sensitivity of the measuring device 179. Between the terminals of the OV 178 for compensating for a steady-state error, a potentiometer 182 is connected. The tap of this potentiometer is connected to the -15 V power supply in such a way that the potentiometer acts as a zero point control for the measuring device. Resistors 183 and 184 control the negative feedback around OV 178 for stabilization and for setting the gain value. Resistor 185 connects the non-inverting input to ground. A switch arm 28i> coupled to the range switch is used to selectively switch on one of several capacitors 186, 187 or 188 in the feedback circuit around the OV 178, to switch the measuring device time constant accordingly. The capacitors are chosen so that the highest instrument gain or the most sensitive switch position 28 produces the longest time constant for the meter amplifier circuit 39. In effect, the meter readings are time integrated with the longer times occurring at the most sensitive settings. This reduces statistical meter adjustments or noise phenomena when measuring very low gas concentrations. The circuits between the demodulator 24 and the display device 40 thus form a very sensitive, calibrated alternating current voltmeter which responds to a frequency of 30 Hz.

Wie oben beschrieben, wird für den Demodulator 31 ein 30-Hz-Bezugssignal benötigt. Dieses wird von dem Geber 22 geliefert, der eine in Beziehung zur Drehung der Gaszelle 11 stehende Ausgangsgröße erzeugt. Typischerweise erzeugt der Geber ein 30-Hz-Signal von etwa 400 mV auf der Leitung 22a. Dieses Signal wird wechselstrommäßig über einen Kondensator 189 und einen Widerstand 190 an den nichtinvertierenden Eingang eines OV 188 angekoppelt. Ein Widerstand 191 verbindet den nichtinvertierenden Eingang mit Masse. Ein zur Verstärkungsregelung dienender veränderlicher Widerstand 192 in Verbindung mit einem Widerstand 193 dient zur Stabilisierung des OV 188 und zur Einstellung der Verstärkung des Vorverstärkers 35. Dioden 194 und 195 dienen zur Begrenzung der Maximalsignalausgangsgröße des Verstärkers 35. Ein OV 196 wird als abgestimmter oder Resonanzverstärker betrieben, und zwar mittels eines zwischen seinem Ausgang und seinem invertierenden Eingang liegenden überbrückten T-Filters. Die Filterbauteile nämlich die Kondensatoren 197 und 198 in Verbindung mit den Widerständen 199, 200 und 201, sind so gewählt daß sie einen 30-Hz-Bandpaß mit einer Verstärkung vor etwa 5 und einem Q-Faktor von etwa 5 ergeben. De Ausgang des OV 188 ist über einen Widerstand 2C1 ai den Resonanzverstärker 36 angekoppelt. Ein Wider stand 202 verbinder den nichtinvertierenden Eingan] des OV 1% mit Masse, wechselstrommäßig ist de Widerstand 202 durch einen Kondensator 203 über brückt. Die Ausgangsgröße des Resonanzverstärkers i; eine Sinuswelle; mittels eines veränderlichen Widei Standes 192 v/ird sie auf eine Amplitude von 1 V, eingestellt.As described above, a 30 Hz reference signal is required for the demodulator 31. This is supplied by the transmitter 22, which generates an output variable that is related to the rotation of the gas cell 11. Typically, the transmitter generates a 30 Hz signal of approximately 400 mV on line 22a. This signal is coupled in terms of alternating current via a capacitor 189 and a resistor 190 to the non-inverting input of an OV 188. Resistor 191 connects the non-inverting input to ground. A variable resistor 192 used for gain control in conjunction with a resistor 193 is used to stabilize the OV 188 and to adjust the gain of the preamplifier 35.Diodes 194 and 195 are used to limit the maximum signal output of the amplifier 35. An OV 196 is operated as a tuned or resonance amplifier by means of a bridged T-filter located between its output and its inverting input. The filter components, namely the capacitors 197 and 198 in connection with the resistors 199, 200 and 201, are chosen so that they result in a 30 Hz bandpass pass with a gain of about 5 and a Q factor of about 5. The output of the OV 188 is coupled to the resonance amplifier 36 via a resistor 2C1 ai. A resistor 202 was used to connect the non-inverting input of the OV 1% to ground, in terms of alternating current, the resistor 202 is bridged by a capacitor 203. The output of the resonance amplifier i; a sine wave; it is set to an amplitude of 1 V by means of a variable Widei stand 192.

Der Ausgang des Verstärkers 36 ist wechselstron mäßig über einen Kondensator 204 an den PhaseiThe output of the amplifier 36 is alternately moderately via a capacitor 204 to the Phasei

schieber 37 angekoppelt Ein OV 205 ist das Herz des Phasenschiebers 37. Mittels Widerständen 206 und 207 erhält die Stufe die Verstärkung 1. Der Eingang des Phasenschiebers 37 ist ferner über einen Kondensator 208 an den nichtinvertierenden Eingang des OV 205 s gekoppelt Der nichtinvertierende Eingang ist über einen veränderlichen Widerstand 209 mit Masse verbunden. Die Ausgangsgröße des OV 205 ist die Vektorsumme der beiden Eingangsgrößen. Offensichtlich hat eine Änderung des Betrags des Widerstands 209 eine Änderung sowohl der Amplitude wie auch der Phase des dem nichtinvertierenden Eingang zugeführten Signals zur Folge. Infolge einer stark negativen Rückführung wird die Verstärkung 1 bei allen Phasenwinkeln aufrechterhalten. Bei Einstellung des Widerstands 209 auf Widerstand Null beträgt die Phasenverschiebung 180°. Bei Einstellung des Widerstands 209 auf einen Wert, für welchen der Widerstand groß im Vergleich zur kapazitiven Reaktanz des Kondensators 208 ist, überwiegt der nichtinvertierende Signaleingang, und die Ausgangsphasenverschiebung wird niedrig, typischerweise etwa 60°.slider 37 coupled An OV 205 is the heart of the phase shifter 37. By means of resistors 206 and 207, the stage receives the gain 1. The input of the phase shifter 37 is also coupled via a capacitor 208 to the non-inverting input of the OV 205 s. The non-inverting input is via a variable resistor 209 connected to ground. The output variable of the OV 205 is the vector sum of the two input variables. Obviously, a change in the amount of resistor 209 results in a change in both the amplitude and the phase of the signal applied to the non-inverting input. As a result of a strong negative feedback, gain 1 is maintained at all phase angles. When resistor 209 is set to zero resistance, the phase shift is 180 °. When resistor 209 is set to a value for which the resistance is large compared to the capacitive reactance of capacitor 208 , the non-inverting signal input predominates and the output phase shift becomes low, typically about 60 °.

Der Ausgang des OV 205 ist direkt mit dem einen oder anderen Eingang des OV 210 verbunden, je nach der Stellung eines Wählschalters 211. Mittels Widerständen 212 und 213 ist der jeweils nicht angeschlossene Eingang an Masse gelegt. Wie vorstehend erwähnt, betreibt der als Phasenschiebersteuerung wirkende Widerstand 209 die Schaltung über einen Bereich von etwa 120°. Ein Polaritätsschalter 211 verdoppelt den wirksamen Bereich der Phasensteuerung. Ein OV 210 wandelt die Sinuswelleneingangsgröße in eine symmetrische Rechteckwellenform um, welche über eine Diode 172 dem JFET 170 zugeführt wird. Durch die Wirkung des OV 210 wird der JFET 170 jeweils für eine Hälfte der Bezugsperiode eingeschaltet und für die andere Hälfte abgeschaltet. Normalerweise wird der Bezugsgeber 32 bezüglich der Gaszelle 11 so angeordnet, daß seine Ausgangsgröße ein 30-Hz-Signal solcher Phase ist, daß es durch Null geht, wenn der optische Strahlengang von einer Kammer auf die andere umgeschaltet wird. Die Phasenschiebersteuerung kann zur Kompensation eines Fehlers in der Feststellung des Nulldurchgangs durch den Geber 32 dienen. Dies ist vorteilhaft, da eine genaue mechanische Anbringung dos Gebers 32 Schwierigkeiten bereiten kann. Die Phasenschiebersteuerung kann ferner zur Kompensation bezüglich Signalkanalverzögerungen in den Schaltungsblöcken 20 bis 24, 27, 28 und 30 dienen, die von den Schaltungsverzögerungen in den Schaltungsblöcken 35 und 36 des Bezugskanals verschieden sein können.The output of the OV 205 is connected directly to one or the other input of the OV 210 , depending on the position of a selector switch 211. By means of resistors 212 and 213 , the input that is not connected is connected to ground. As mentioned above, resistor 209 acting as a phase shifter control operates the circuit over a range of approximately 120 °. A polarity switch 211 doubles the effective range of phase control. An OV 210 converts the sine wave input into a symmetrical square waveform, which is fed to the JFET 170 via a diode 172. Due to the action of the OV 210 , the JFET 170 is switched on for one half of the reference period and switched off for the other half. Typically, the reference transducer 32 is positioned with respect to the gas cell 11 so that its output is a 30 Hz signal of such phase that it passes through zero when the optical path is switched from one chamber to the other. The phase shifter control can serve to compensate for an error in the determination of the zero crossing by the transmitter 32. This is advantageous since precise mechanical attachment of the encoder 32 can cause difficulties. The phase shift control can also serve to compensate for signal channel delays in circuit blocks 20 to 24, 27, 28 and 30, which can be different from the circuit delays in circuit blocks 35 and 36 of the reference channel.

Der Phasenschieber 38 ist von gleicher Art wie der Phasenschieber 37 und mit diesem in Kaskade geschaltet. Die Ausgangsgröße des Phasenschiebers 38 ist mit einem Schalterarm 214 verbunden, der drei Stellungen besitzt In der Mittel- oder Aus-Stellung wird kein Signal übertragen. In den beiden äußeren Schalterstellungen kann das Signal von dem Phasenschieber 38 jeweils einem der beiden Eingänge eines OV 215 zugeführt werden. Wie im Fall lies OV 210, wirkt auch der OV 215 als Rechteckumformer-Verstärker, welcher die Sinuswelleneingangsgröße in eine symmetrische Rechteckwellenform umwandelt. Mittels Widerständen 216 bzw. 217 ist der jeweils nicht angeschlossene Eingang mit Masse verbunden. Ober einen Widerstand 218 wird die Rechteckwellenform direkt der Basis eines Transistors 220 zugeführt Während des negativen Teils der Rechteckwellenform ist die Diode 219 leitend und der Transistor 220 gesperrt Während des positiven Teils der Rechteckwellenform wird der Transistor 220 eingeschaltet und leitend. Im Leitungszustand des Transistors ist dessen Emitter-Kollektor-Widerstand k iin. Somit wird der Abgriff des Potentiometers % jeweils in übernächsten Halbwellen mit der 30-Hz-Frequenz praktisch an Masse gelegt Da diese Steuerung im Schwächungsteil des Eingangs zu dem OV 97 liegt, wird die Verstärkung des 360-Hz-Signalabschnitts jeweils für jede übernächste Halbwelle der 30-Hz-Wechselfrequenz herabgesetzt Im Betrieb wird der Phasenschieber 38 so eingestellt, bis die Umschaltwirkung auftritt sobald die Strahlung von der einen Kammer der Gaszelle 11 auf die andere umgeschaltet wird. Der Phasenschieber dient ferner auch zur Korrektur hinsichtlich jeglicher Unterschiede in den Signalverzögerungen zwischen den Schaltungsblöcken 23, 27, 28 und 30 und der inneren Bezugssignalverzögerung in den Schaltungsblöcken 38 und 41. Das Patentiometer 96 wird so eingestellt daß der Unterschied in der Verstärkung des Verstärkers zwischen jeweils übernächsten Halbwellen gleich der optischen Unbalance ist Der Polaritätsschalter 214 wird in die eine oder die andere Phasenstellung gebracht je nachdem, welche Kammer in der Gaszelle 11 die höchste mittlere Durchlässigkeit besitzt.The phase shifter 38 is of the same type as the phase shifter 37 and is connected in cascade with it. The output of the phase shifter 38 is connected to a switch arm 214 which has three positions. In the middle or off position, no signal is transmitted. In the two outer switch positions, the signal from the phase shifter 38 can be fed to one of the two inputs of an OV 215 in each case. As in the case of the OV 210, the OV 215 also acts as a square-wave converter amplifier, which converts the sine wave input into a symmetrical square wave form. The input that is not connected is connected to ground by means of resistors 216 and 217, respectively. The square waveform is fed directly to the base of a transistor 220 via a resistor 218. During the negative part of the square waveform, the diode 219 is conductive and the transistor 220 is blocked. During the positive part of the square waveform, the transistor 220 is switched on and conductive. When the transistor is on, its emitter-collector resistance is k iin. Thus, the tap of the potentiometer% is practically connected to ground in the next but one half-wave with the 30 Hz frequency 30 Hz alternating frequency reduced During operation, the phase shifter 38 is set until the switching effect occurs as soon as the radiation is switched from one chamber of the gas cell 11 to the other. The phase shifter is also used to correct for any differences in the signal delays between circuit blocks 23, 27, 28 and 30 and the internal reference signal delay in circuit blocks 38 and 41. The patentiometer 96 is adjusted so that the difference in gain of the amplifier between each The polarity switch 214 is brought into one or the other phase position depending on which chamber in the gas cell 11 has the highest average permeability.

Falls daher eine Unbalance herrscht, werden der Phasenschieber 38 und das Potentiometer % so eingeregelt, daß die Unbalance auf Null gebracht wird. Falls ein Nullabgleich nicht erreicht werden kann, wird der Schalter 214 in die entgegengesetzte Polarität umgelegt und sodann der Nullabgleich des Systems vorgenommen. Falls der optische Abgleich vollkommen ist, kann der Schalter 214 in die Aus- oder neutrale Stellung gebracht werden oder das Potentiometer 96 in seine Stellung minimaler Wirkung gebracht werden.Therefore, if there is an imbalance, the phase shifter 38 and the potentiometer% are adjusted so that the imbalance is brought to zero. If zeroing cannot be achieved, switch 214 is toggled to the opposite polarity and the system is then zeroed. If the optical alignment is complete, the switch 214 can be set to the off or neutral position, or the potentiometer 96 can be set to its position of minimum action.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Gasanalysator mit einer optischen Strahlungsquelle zur Durchstrahlung eines das zu untersuchende Gas enthaltenden Probenbereichs mit mehreren zwischen der Strahlungsquelle und dem Probenbereich angeordneten gasgefüllten Filterkammern zur Ausfilterung jeweils eines bestimmten Spektralanteils aus der Strahlung der Strahlungsquelle, mit Umschalteinrichtungen zur aufeinanderfolgenden Beaufschlagung der Filterkammern mit der Strahlung der Strahlungsquelle, mit einem hinter dem Probenbereich im Wege der aus diesem austretenden Strahlung angeordneten photoelektrischen Wandler, mit einer an den Wandler angeschlossenen Auswerteschaltung, die einen ersten Verstärker und eine Anzeigeeinheit enthält, mit Einrichtungen zur Erzeugung eines den Betrieb der Auswerteschaltung mit der Arbeitsfrequenz der Umschalteinrichtung synchronisierenden Bezugssignals sowie mit einem im Strahlengang eingeordneten Bandfilter, dadurch gekennzeichnet, daß an den ersten Verstärker (22) ein Modulator (23) angeschlossen ist, daß der Modulator (23) außerdem mit den Einrichtungen (32) zur Erzeugung des Bezugssignals verbunden ist, und daß zwischen den Einrichtungen1. Gas analyzer with an optical radiation source for irradiating a sample area containing the gas to be examined with several gas-filled filter chambers arranged between the radiation source and the sample area for Filtering out a specific spectral component from the radiation from the radiation source, with Switching devices for the successive exposure of the filter chambers to the radiation the radiation source, with one behind the sample area by way of the exiting from it Radiation arranged photoelectric converter, with one connected to the converter Evaluation circuit, which contains a first amplifier and a display unit, with devices for Generation of the operation of the evaluation circuit with the operating frequency of the switching device synchronizing reference signal as well as with a band filter arranged in the beam path, thereby characterized in that a modulator (23) is connected to the first amplifier (22), that the modulator (23) also has the means (32) for generating the reference signal connected, and that between the facilities (32) zur Erzeugung des Bezugssignals und dem Modulator (23) eine Verstärkerschaltung (35,36,37, 38,41) zur Einstellung der Amplitude und Phase des dem Modulator (23) zugeführten Bezugssignals vorgesehen ist.(32) for generating the reference signal and the modulator (23) an amplifier circuit (35,36,37, 38, 41) for setting the amplitude and phase of the reference signal fed to the modulator (23) is provided. 2. Gasanalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang ein Zerhacker2. Gas analyzer according to claim 1, characterized in that a chopper in the beam path (33) zur Unterbrechung der Strahlung mit einer(33) to interrupt the radiation with a Frequenz angeordnet ist, die wesentlich über der Arbeitsfrequenz der Umschalteinrichtung (11) Hegt, daß zwischen den ersten Verstärker (22) und den photoelektrischen Wandler (17) ein auf die Zerhackerfrequenz abgestimmter zweiter Verstärker (20,21) geschaltet ist, daß an den Modulator (23) ein bei der Zerhackerfrequenz arbeitender erster Demodulator (24) angeschlossen ist, daß mit dem ersten Demodulator (24) ein auf die Arbeitsfrequenz der Umschalteinrichtung (11) abgestimmter dritter Verstärker (30) verbunden ist und daß der Ausgang des dritten Verstärkers (30) über einen bei der Arbeitsfrequenz der Umschalteinrichtung (11) betriebenen zweiten Demodulator (31) mit der Anzeigeeinheit (40) in Verbindung steht.Frequency is arranged, which is significantly above the operating frequency of the switching device (11), that between the first amplifier (22) and the photoelectric converter (17) on the chopper frequency tuned second amplifier (20,21) is connected that to the modulator (23) at the chopper frequency working first demodulator (24) is connected that with the first demodulator (24) a third one tuned to the operating frequency of the switching device (11) Amplifier (30) is connected and that the output of the third amplifier (30) via a at the Working frequency of the switching device (11) operated second demodulator (31) with the Display unit (40) is in communication. 3. Gasanalysator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regelverstärker (25) zur Regelung der Verstärkung des ersten Verstärkers (22) in Abhängigkeit von der Abweichung des Ausgangssignals des ersten Demodulators (24) von einer Referenzspannung (26) vorgesehen ist.3. Gas analyzer according to claim 2, characterized in that a control amplifier (25) for Regulation of the gain of the first amplifier (22) as a function of the deviation of the Output signal of the first demodulator (24) is provided by a reference voltage (26). 4. Gasanalysator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Demodulator (31) ein Synchrondemodulator ist, dem das Bezugssignal zugeführt ist.4. Gas analyzer according to claim 2 or 3, characterized in that the second demodulator (31) is a synchronous demodulator to which the reference signal is fed. 5. Gasanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kalibrierung der aus einem Gleichstrommeßgerät bestehenden Anzeigeeinheit (40) der dritte Verstärker (30) mit einem stufenweise sowie einem kontinuierlich veränderbaren Dämpfungsglied (28 bzw. 29) beschaltet ist5. Gas analyzer according to one of the preceding claims, characterized in that for calibration the display unit (40) consisting of a direct current meter, the third amplifier (30) with a stepwise and a continuously variable attenuator (28 or 29) is connected