DE2649746A1

DE2649746A1 - Vorrichtung zur messung des durch ein material durchgelassenen lichts

Info

Publication number: DE2649746A1
Application number: DE19762649746
Authority: DE
Inventors: Syndey Norman Pocock
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1975-11-05
Filing date: 1976-10-29
Publication date: 1977-05-18
Also published as: GB1559810A; DE2649746C3; JPS5258581A; FR2331013A1; US4124301A; DE2649746B2; IT1071820B

Description

Vorrichtung zur Messung des durch ein Material durchgelassenen Lichts

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zur Messung des durch ein Material, das ein Strömungsmittel oder ein Feststoff sein kann, durchgelassenen Lichts. In dieser Beschreibung der Patentanmeldung wird unter dem Begriff "Licht" sichtbares Licht, Ultraviolett- und Infrarotstrahlung verstanden.

Ein bei den mit Batterien betriebenen Meßvorrichtungen häufig auftretendes Problem besteht darin, daß dann, wenn

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diese eingeschaltet gelassen worden sind oder nicht gerade im Gebrauch sind, die Batterie durch den Stromverbrauch sehr rasch leer wird. Sowohl bei mit Batterie als auch mit dem Leitungsstrom betriebenen Meßinstrumenten müssen oft auch andere Komponenten, wie z.B. Lichtquellen, oft ersetzt bzw. ausgetauscht werden, wobei das Problem insbesondere in den Entwicklungsländern gravierend werden kann. Viele Meßinstrumente haben ferner eine beträchtliche Einlauf- oder Anheizzeit, während welcher keine zuverlässigenMeßergebnisse erhältlich sind. Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist, die Standzeit der Kompnenten einer Vorrichtung zur Messung oder Absorption des Lichts auf ein Maximum zu erhöhen und ihre Einlaufzeit im wesentlichen zu eliminieren, während gleichzeitig diese Vorrichtung im Gebrauch einfach ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung des durch ein Material durchgelassenen Lichts weist eine Lichtquelle, einen von der Lichtquelle im Abstand vorgesehenen Lichtdetektor oder Lichtmeßfühler bzw. -anzeiger, eine Schaltungseinrichtung zum Schalten bzw. Betreiben der Lichtquelle blitzlichtartig und zum Ableiten eines Signals entsprechend der Intensität oder Stärke des durch den Lichtdetektor aus der Lichtquelle empfangenen Lichts, eine mit der Schaltungseinrichtung verbundene Anzeigeeinrichtung oder Darstellungseinrichtung, die mit der Schaltungseinrichtung zur Anzeige oder Darstellung bezüglich des abgeleiteten Signals verbunden ist sowie einen von Hand betätigbaren Schalter auf, der zum Einleiten der Arbeit der Schaltungseinrichtung und zur Aufrechterhaltung der angezeigten Ablesung während der Betätigung des Schalters angeordnet ist.

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Bei einer Art der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Schaltungseinrichtung zum Ableiten eines Bezugssignals entsprechend der Intensität des durch den Lichtdetektor von der Lichtquelle nach der Durchlassung oder Übertragung des Lichts durch ein zu prüfendes Material empfangenen Lichts angeordnet, wobei die Schaltungseinrichtung ferner eine Zeitmeßeinrichtung zum Bestimmen der für das Exponentialabklingen von Gröberem zum Kleineren des Bezugssignals und des Materialprobesignals oder Abtastsignals erforderlichen Zeit aufweist, wobei das abgeleitete Signal auf die Abklingzeit bezogen ist bzw. mit dieser zusammenhängt.

Die Lichtquelle kann z.B. eine Lichtemissionsdiode (LED) oder eine Quelle weißen Lichts sein, ggf. in Verbindung mit zumindest einem Farbfilter oder Monochromator. Die Lichtquelle kann wahlweise auch ein Lampenleucht- oder Lampenglühfaden z.B. einer Wolframlampe sein, wobei dann die Schaltungseinrichtung ferner eine Einrichtung zur Feststellung oder Messung der Erzielung einer vorbestimmten Arbeitstemperatur seitens des Lampenglühfadens und zum Bewirken, daß das Signal entsprechend der Intensität des durch den Lichtdetektor empfangenen Lichts nach Erreichen dieser Temperatur abgeleitet wird, aufweist.

Das abgeleitete Signal kann die momentane Ausgangsleistung oder die maximale Ausgangsleistung oder das Integral der Ausgangsleistung des Lichtdetektors oder -meßfühlers sein.

Es kann ferner eine Schaltungseinrichtung vorgesehen sein, die zum Schalten oder Betreiben der Lichtquelle

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zur Erzegung einer Reihe von Blitzlichtern angeordnet ist, wobei dann die Anzeige oder Darstellungseinrichtung während der Betätigung des von Hand betätigbaren Schalters eine auf ein entsprechend der Intensität des durch einen Lichtdetektor während des unmittelbare vorhergehenden Blitzlichtes empfangenen Lichts abgeleitetes Signal bezogene Anzeige oder Darstellung erzeugt.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielsweise beschrieben; darin zeigen:

Figur 1: eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Blockschal tform, wobei ein analoges Signal angezeigt bzw. dargestellt ist;

Figur 2 (a) zwei Alternativarbeitsreihenfolgen der Arund 2 (b): beitsweise der Komponenten einer Vorrichtung mit einer LED-Quelle;

Figur 3: eine elektronische Schaltung zum Betreiben der Vorrichtung in der in Figur 2 (a) gezeigten Reihenfolge;

Figur 4: die Arbeitsreihenfolge einer Vorrichtung mit einer Glühfadenlampenquelle;

Figur 5: eine Anordnung einer LED-Quelle, einer Flüssigkeitsprobenküvette und eines Detektors für eine Einblitzlich-Einstrahlenbündel-Vorrichtung;

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JSf .

Figur 6 (a): eine Anordnung einer LED-Quelle von Flüssigkeitsproben- und Bezugsflüssigkeitküvetten und eines Detektors für eine Doppelblitzlicht-Einzelstrahlenbündel-Vorrichtung;

Figur 6 (b)} die Anordnung einer Absorbierfähigkeitsmessung in Digitalform;

Figur 7: die Arbeitsreihenfolge einer Vorrichtung

mit einer mit Gas gefüllten Röhre als Lichtquelle; und

Figur 8; eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Blockschaltbildform, wobei ein Digitalsignal angezeigt bzw, dargestellt ist«

In den Figuren 2 (a) , 2 (b), 4, 6(b) und 7 sind die den Zeitablauf anzeigenden Abszissen nicht maßstabgerecht.

Gemäß Figur 1 ist eine eine Flüssigkeitsprobe 12 enthaltende Küvette 10 zwischen einer LED 14 und einem Fotodiodendetektor 16 angeordnet. Die LED ist durch eine Steuerschaltung 18 mit einer ersten Seite eines Zungenschalters 20 verbunden, der in die Offenstellung vorgespannt ist. Die zweite Seite des Schalters 20 ist, wie gezeigt mit einer Batterie 21 verbunden, wobei jedoch wechselweise eine Netzstromversorgung verwendet werden kann,

Die Fotodiode 16 ist durch eine Verstärker- und Verarbeitungsschaltung bzw. Korrekturverstärkerschaltung 22 mit einer Haltevorrichtung 24 verbunden, welche durch einen Regelwiderstand 26 mit einer Anzeige- oder Darstellungseinheit 28 verbunden ist. Die Schaltung 22,

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die Haltevorrichtung 24 und die Anzeige oder Darstellungseinheit 28 sind sämtlich mit der ersten Seite des Schalters 20 verbunden, wobei die Schaltung 22 auch mit der Steuerschaltung 18 verbunden ist. Die Netzrückleitung ist nicht gezeigt.

Nun wird die Arbeitsfolge unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2(a) beschrieben. Kein Strom wird von der Batterie abgeleitet, bis der Schalter 20 von Hand gegen die Vorspannung geschlossen und in dieser Stellung gehalten wird» Durch das Schließen des Schalters wird ein Signal S1 erzeugt, welches bewirkt, daß Strom durch die Steuerschaltung 18 der LED 14 zugeführt wird, welche eine stabile Ausgangsleistung monochromatischen oder einwelligen Lichts, wie mit der Kurve A gezeigt, rasch erreicht. Die Fotodiode 16 erreicht eine stabile Ausgangsleistung, welche dem durch die Flüssigkeit 12 und die Küvette 10 mit einer ziemlich kleineren Geschwindigkeit, wie mit der Kurve B gezeigt, durchgelassenen Licht entspricht. Das Signal S1 bewirkt auch, daß die Verstärker und Verarbextungsschaltung bzw. Korrekturverstärkerschaltung 22, wie mit der Kurve D gezeigt, erregt wird; die Schaltung kann beispielsweise die Fotodiodenausgangsleistung in ein Signal umsetzen, welches das Absorbtionsvermögen oder die Durchlässigkeit der Flüssigkeit 12 darstellt» Nach einer vorbestimmten Zeit, welche ausreichend lang ist, um es den Einschwingungsvorgängen zu ermöglichen, nachgelassen zu haben, und damit die Fotodiodenausgangsleistung eine stabile Höhe erreicht, erzeugt die Steuerschaltung 18 ein Signal S2, welches bewirkt, daß das durch die Schaltung 22 erzeugte momentane Signal mit der Haltevorrichtung 24 verbunden

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wird, welche das Signal durch den Regelwiderstand 26
der Anzeige-oder Darstellungseinheit 28 zuführt. Die
Arbeitsweise der Anzeige- oder Darstellungseinheit ist durch die Kurve C dargestellt; die Haltevorrichtung 24 liefert ein Konstanteignal, welches durch die Anzeige- oder Darstellungseinheit 28 angezeigt bzw» dargestellt wird, so lange bis die Einheit 18 durch den Schalter erregt wird.

Kurz nach dem Signal S2 erzeugt die Steuerschaltung 18 ein Signal S4, welches den Strom von der LED unterbricht, wie durch die Kurve A gezeigt; die Zeit zwischen den
Signalen S1 und S 4 kann der Größenordnung von Millisekunden sein. Die Fotodiode hört auf/ eine Ausgangsleistung zu liefern, wie durch die Kurve B gezeigt. Nachdem die Anzeige oder Darstellung auf der Einheit 28
durch einen Beobachter festgestellt worden ist, wird
dem Schalter 20 ermöglicht, zu öffnen, wobei der ganze Strom von der Vorrichtung abgeschaltet wird und sämtliche Komponenten einschließlich der Anzeige- oder Darstellungseinheit aufhören, zu arbeiten.

Daher leitet die Vorrichtung Strom von der Batterie 21 nur dann, wenn eine Bedienungsperson den Schalter in
der geschlossenen Stellung gegen die Vorspannung hält; die Vorrichtung kann nicht eingeschaltet gehalten werden, wobei der Stromverbrauch auf ein Minimum herabgesetzt wird, da die LED nur zwischen den Signalen S1 und S4 arbeitet, wobei beispielsweise die LED etwa 50 Milliampere für einige Millisekunden ableitet. Nach dieser
Zeit arbeiten nur die Haltevorrichtung 24 und die Anzeige- oder Darstellungseinheit 28, wobei der Stromverbrauch sehr gering ist. Die Verstärker und Verarbeitungsschaltung bzw. Korrekturverstärkerschaltung 22 wird
zwischen den Signalen S1 und S5 erregt, wobei jedoch die

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Fotodiode 16 kein Ausgangssignal für die Schaltung zur Verarbeitung liefert, nachdem das Signal S4 die LED abgeschaltet hat. Die Dauer der Arbeit der LED ist kurz genug, um jegliche Erhitzung anderer Teile der Vorrichtung zu verhindern, wobei gefunden wurde, daß reproduzierbare Ergebnisse ohne die normale Einlauf- oder Einheitszeit erhältlich sind, welche ansonsten bei den herkömmlichen Vorrichtungen erforderlich ist.

Ein der Figur 2 entsprechendesvolles Schaltungsdiagramm oder ein solches Schaltbild ist in Figur 3 gezeigt, welche in drei Teilen betrachtet werden kann. Der linke Abschnitt A betrifft die Stromspeisung und die Impulsspeisung zur LED-Lichtquelle 14. Der obere rechte Abschnitt B umfaßt den Fotodetektor, die analogen Schaltungen und den Speicher, während der untere rechte Abschnitt C einen Zeitfolgegeber betrifft, welcher die Innenfolge von dem Augenblick an, wenn der zur Ablesung nieder zu drückende Schalter 20 betätigt wird, steuert.

Die meisten Schaltungen sind von den unstabilisierten + -Schienen mit Strom versorgt. Zwischen diesen wird ein Mittelabgriff oder eine Mittelanzapfung durch IC2 (einen Typ 307) abgeleitet, worauf durch den Verbindungspunkt der gleichen Widerstände R2 und R3 Bezug genommen wird. Diese Mittelschiene ist mit Ov bezeichnet und stellt den Hauptbezugspunkt für sämtliche analoge Schaltungen dar. Die Entkopplungskondensatoren C2, C3 shunten zwei Hälften der Stromspeisung, Der zur Ablesung nieder zu drückende Schalter 20 muß eine Kontaktprelldauer haben, welche auf ein paar Millisekunden begrenzt ist, wobei ein abgedichteter, magnetisch betriebener Schalter zur klimatischen Haltbarkeit verwendet werden kann» Die Stabilisierungsschaltung IC1 (ein Typ

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μΑ 723C) wird nur verwendet, um die Lichtemissionsdiode 14 mit 7v zu beimpulsen, wie durch die Strombegrenzungswiderstände R1, R5 (wobei R1 verwendet wird, um den Maximalstrom einzustellen und der R5 probeweise ausgewählt wird, falls Bedarf besteht, um die Helligkeitstoleranz in LED 14 aufzunehmen) angelegt. Der Steuerstift 10 von IC1, der normalerweise zum Schutz vor überlastung verwendet wird, wird verwendet, um den 7v-Impuls zur LED-Schaltung zu beenden. Der Kondensator C1 ist aus Stabilisierungsgründen notwendig.

Grünes Licht mit annähernd 567 Nanometern wird durch die LED 14 ausgestrahlt und durch die Küvette 10 (siehe Figur 1) hindurch zur Siliziumdiode 16 durchgelassen bzw. übertragen, welche in dem nicht vorgespannten Zustand als eine Stromquelle betrachtet werden kann. Dies erzeugt Proportionalspannung am Ausgangsstift von IC3 (einem Typ 536); die Rückkopplungsschaltung besteht aus dem 10M-Q- -Widerstand R7, welcher durch den Stabilisierungskondensator von 1OpF geshuntet ist, wie mit C5 bezeichnet» Die (dem durch die Küvette durchgelassenen oder übertragenen Licht proportionale) Ausgangsspannung wird an eine Wippen-Folge-und- Halte-Schaltung angelegt, welche gleiche Widerstände R11, R12 und den FET-Verstärker IC5 (eines Typs 536) aufweist. Zusätzliche Komponenten, welche dieser Anordnung zugeordnet sind, sind der FET-Folge-Halte-Schalter TR1 und der analoge Speicherkondensator C7 mit einem Wert 0,47 uF\ Unter augenblicklicher Außerachtlassung des Thermistors R9 erzeugt die Anlegung einer negativen Spannung aus IC3 eine gleiche positive Ausgangsleistung am Stift von IC5, während TR1 geschlossen wird und die ganze Schaltung folgt. Vor der Beendigung des LED-Lichtimpuls geht TR1 offenstromkreismäßig in den Haltezustand über. Die Ausgangsspannung von

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IC5 ist durch die sich bewegende Spule des Meßinstruments M angezeigt; der Potentiometer R 15 ermöglicht es, daß dies auf eine 100%-ige Durchlässigkeit eingestellt wird, während der Widerstand R14 lediglich den Justrierbereich begrenzt. Die Erfassungszeitkonstante in dem vollen Zustand ist durch den wechselnden Quellenwiderstand des SpeicherStromkreises bestimmt, der annähernd 1 Kiloohm ist, sowie durch den Kondensator G7« Damit der Stromkreis bzw. die Schaltung 0,1% des Gleichgewichtswertes erreichen kann, sollte eine Periode, welche fünfmal so groß wie die Zeitkonstante CR ist, nach etwaigen anfänglichen Einschwingungsvorgängen, wie z.B. Kontaktprellen des Schalters 20, nachgelassen haben, gestattet werden; dies ist die Zeitnacheilung S- bis

Der Widerstand RI1 kann in seinem Wert reduziert werden, wenn ein Thermistor- R9 ggf. in thermischen Kontakt mit der optoelektronischen Anordnung mit der Küvette gebracht wird. Der Widerstand R10 bildet auch eine Einrichtung zum Proportionieren der Relativwirkung des Thermistors, um somit den Betriebstemperaturkoeffizienten im gewünschten Bereich der Raumtemperatur aufzuheben, d.h. das Wippenschaltungszunahmefaktornormalverhältnis 1 ; 1 wird durch einen begrenzten Prozentsatz verändert«

Es bleibt nun, den Zeitfunktionsgeber zu beschreiben, welcher aus IC4 und zugeordneten Komponenten besteht, IC4 (ein Typ MC 14049) ist ein Sechseckinverter, welcher zwei ungebrauchte Abschnitte läßt. Wenn die Speisung durch Schließen des Schalters 20 angelegt wird, so hält der Kondensator C4 den Eingang für den ersten Inverter 50 voll negativ, wobei jedoch er exponentiell

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zu laden beginnt,. Wenn die Sechseckinverterübergangsspannung (welche sehr annähernd 40% dieser Hälfte der Speisespannung entspricht) erreicht wird, so schwingt der Stift 6 negativ«. Dieser übergang ist jedoch nicht sehr schnell, wobei zwei weitere Inverterabschnitte 51/ 52 _r verwendet werden, um einen wirklich raschen Spannungsübergang von dem Stift 2 des Inverters 52 zu ergeben, wodurch der negativ verlaufende Haltebefehl gegeben wird, der durch den Widerstand R13 an den FET-Schalter TR1 angelegt wird« Das Blitzlicht der LED 14 kann nun beendet werden, nachdem die optische Messung vollzogen und der Relativwert gehalten wurde«. Um jegliche Gefahr, daß das LED-Licht abzufallen beginnt, bevor der Haltebefehl vollständig ist, zu verhindern, wird eine (sehr unkritische)weitere kurzzeitige Zeitverzögerung durch R8, C6 und und den vierten Abschnitt IC4 erhalten. Der positiv verlaufende Antrieb von dem Stift 15 von IC4 wird über R4 angelegt, um den Stift von IC1 positiv zu machen, um den 7v-Impulsausgang am Stift 6,der die LED antreibt, zu sperren. Der Haltebefehl ist annährend bei 10 Millisekunden, während die zu sätzliche Verzögerung annähernd eine halbe Millisekunde beträgt.

Die verwendung integrierter Schaltungen mit sehr hohen Speiseunterdrückungsfaktoren mit sämtlichen auf die abgeleitete OV-Leitung bezogenen wesentlichen Funktionen ermöglicht es, daß die Präzision der Vorrichtung von Speiseschwankungen zwischen 11 und 18V im wesentlichen unabhängig ist.

Es wurde während der Beschreibung der in Figur 2 (a) dargestellten Arbeitsweise festgestellt, daß die Verstärkerund Verarbextungsschaltung bzw. Korrektur-

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verstärkerschaltung 22 während der ganzen Arbeitszeit der Arbeit der Vorrichtung zwischen den Signalen S1 und S5 erregt wurde. Eine Alternctivarbeitsreihenfolge der Komponenten ist in Figur 2(b) gezeigt« Durch das Schlies sen des Schalters 20 wird ein Signal S1 erzeugt, welches die LED (Kurve E) und die Verstärkerschaltung 22 (Kurve H) erregt. Die Fotodiode liefert eine Ausgangsleistung, welche mit der Kurve F angedeutet ist. Nach einer Zeit, welche lang genug ist, damit die Fotodiodenausgangsleistung stabilisiert wird, wie mit Punkt J gezeigt, liefert die Steuerschaltung 18 ein Signal S2, welches die Arbeit der Haltevorrichtung 24 und der Anzeige- oder Darstellungseinheit 28 (Kurve G)einleitet. Die Steuerschaltung erzeugt dann ein Signal S3, welches die Zufuhr von Strom an die Verstärkungs- und Speiseschaltung 22 sperrt, wie mit der mit Strichlinien gezeigten Verbindung in Figur 1 dargestellt. Die Steuerschaltung liefert dann ein Signal S4, um die Arbeit der LED zu beenden. Diese Anordnung ergibt eine weitere Herabsetzung des Stromverbrauch, wobei jedoch sie extra Komponenten erfordert.

Figur 4 zeigt die Arbeitsweise, wenn die LED 14 in Figur 1 durch einen Lampenglühfaden, wie z«B, einen Glühfaden einer Wolframlampe ersetzt wird. Die Lampe wird zwischen den Zeiten der Signale S1 und S4, wie mit der Kurve K gezeigt, blitzlichtartig betrieben, wobei jedoch die Temperatur und daher auch die Helligkeit der Lampe mit der Zeit steigt, wie durch die Kurve L gezeigt. Die Ausgangsleistung der Fotodiode 16 steigt auf ähnliche Weise nach einer Zeitverzögerung an, wobei sie durch die Kurve M dargestellt wird. Die Lampentemperatur kann beispielsweise durch einen (nicht gezeigten)

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Temperatur- oder Helligkeitsmeßfühler ermittelt werden, worauf sie durch einen (nicht gezeigten) Vergleicher mit einem gespeicherten Signal verglichen wird, das durch die Linie N entsprechend der erforderlichen Helligkeit dargestellt ist. Sobald der erforderliche Pegel oder die notwendige Höhe erreicht worden ist, und zwar typisch nach weniger als 1 Sekunde, bewirkt der Vergleicher, daß das Signal bei der Zeit S2 erzeugt wird, worauf die Haltevorrichtung der Anzeige-oder Darstellungseinheit 28 ein Signal entsprechend dem Punkt P auf der Kurve M zuführt. Die Ausgangsleistung aus der Fotodiode wird daher stets mit derselben Farbtemperatur getestet. Die Lampe ist nicht monochromatisch, wobei erforderlichenfalls ein oder mehrere Filter oder Monochromatoren in die optische Bahn eingebracht werden können ,

Figur 5 zeigt die Anordnung der Quelle, der Probe und des Detektors für die in den Figuren 1 und 2 dargestell te Vorrichtung, Die LED 14 und die Fotodiode 16 sind in einem Epoxyharzblock 20 eingekapselt, welcher eine Ausnehmung 32 hat, in welche die Küvette 10 der Flüssigkeit 12 eingebracht werden kann. Die Vorrichtung ergibt ein einziges Blitzlicht und einen einzigen Lichtstrahl oder ein einziges Lxchtstrahlenbündel für jede Probe, wobei sie vor ihrer Verwendung geeicht werden muß, um eine Skala zu erhalten, welche beispielsweise die Durch lässigkeit oder Absorbtion im Prozentsatz anzeigt.

Zwischen den Proben ist die normale Praxis, die Nulleinstellung eines Meßinstruments in Abwesenheit einer Probe zu überprüfen, Zweckmäßigerweise wird eine

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Kuliabsorption oder eine 100%-ige Durchlässigkeit durch eine Einrichtung, wie z.B. eine variable Irisblende in der optischen Bahn oder durch einen Verstärker mit veränderlichem Verstärkungsgrad, welcher an die Fotozelle angeschlossen ist, eingestellt. Bei einem durch Blitzlicht betriebenen Element würde die Einstellung der Absorbxerfähigkeitsablesung auf Null in solcher Weise langwieriges Ausprobieren wiederholter Blitzlichter erfordern. Bei dem erfindungsgemäßen Instrument dagegen kann durch das Halten der Anzeige- oder Darstellungseinheit eingeschaltet mit dem Schalter 20 und dem Veränderungswider stand 26, wodurch praktisch die Verstärkungs- oder Instrumentempfindlichkeit verändert wird, die Halteablesung unter Verwendung nur eines Blitzlichtes auf Null gestellt werden.

Ein Beispiel einer Anordnung einer Quelle, eines Dektektors und einer Probe für eine Doppelblitzlichtvorrichtung ist in Figur 6 (a) gezeigt.Die LED 14 und die Fotodiode 16 sind in dem einen Epoxyharzblock 34 eingekapselt, der eine öffnung 36, welche etwas größer als die Küvettenhalterung 38 ist, die die· Küvette 10 trägt, welche die Probeflüssigkeit 12 enthält, sowie eine Bezugsküvette 40, welche entweder eine Bezugsflüssigkeit 42, wie Z₁B, destilliertes Wasser, oder eine Reagenzlösung, enthält. Die öffnung 36 enthält eine in Indizierungs- oder Schaltvorrichtung 46, welche mit der Vorderkante der Küvettenhalterung, wie gezeigt, sowie mit einer Ausnehmung 48 in der Küvettenhalterung zusammenarbeitet; die Indizierungs- oder Schaltvorrichtung 46 ermittelt oder indiziert die beiden Stellungen der Küvettenhalterung entsprechend der Probenflüssigkeit 12 und der Bezugsflüssigkeit 42 aufeinanderfolgend in Stellung zwischen der Quelle und dem Detektor und bewirkt, daß die Zeitschaltung 18 (Figur 1) die LED veranlaßt, zweimal aufzu-

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- Αβ -

leuchten. Die Fotodiodenausgangsleistung besteht aus zwei Signalen, wie in Figur 6 (b) gezeigt, wobei das Signal Q der Probeflüssigkeit und das Signal R der Bezugsflüssigkeit entspricht. Die Verstärkungs- und Verarbeitungsschaltung (22 in Figur 1) ist angeordnet, um die Zeit (t₂ - t..) zu messen, welche für das Signal in der Bezugshöhe oder an dem Bezugspegel erforderlich ist, auf dieselbe Probensignalhöhe exponentiell abzufallen. Dies entspricht der Anwendung des Beerschen Gesetzes und gestattet, daß die Absorbierfähigkeit oder das Absorptionsvermögen, welches in logaritmischem Maßstab ist, durch eine Linearvorrichtung angezeigt oder dargestellt wird*

Nun wird eine weitere Arbeitsweise in Figur 7 dargestellt. Bei diesem Beispiel weist die Quelle beispielsweise eine mit einem Gas gefüllte Röhre, wie z.B. eine fotografische Blitzröhre, auf, welche keine genau reproduzierbare Lichtausgangsleistung ergibt. Bei dieser Anordnung wird ein einziges Blitzlicht verwendet, wobei zwei identische Detektoren angeordnet sind, um durch identische Küvetten hindurchgelassenes Licht zu empfangen, welche jeweils die Probeflüssigkeit und eine Bezugsflüssigkeit enthalten. Eine derartige Anordnung von Komponenten ist auf dem Gebiet der Messung des Absorptionsvermögens oder der Durchlässigkeit von Licht allgemein bekannt und daher nicht dargestellt. In Figur 7 ist die Ausgangsleistung der Blitzröhre durch die Kurve U gezeigt; die Umhüllung oder der Kolben ist unregelmäßig, so daß es zweckmäßig ist, die jedem Detektor zugeordneten Verstärkungs- und Verarbeitungsschaltungen zunIntegrieren der betreffenden Detektorausgangsleistungen anzuordnen, wobei die Signale durch

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die Kurven V und W dargestellt sind, wovon jede eine Plateau erreicht, wenn die Integration vollständig ist,. Die Verarbeitungsschaltung mißt dann die Zeit, welche für einen exponentionellen Abfall erforderlich, wie durch die gestrichelte Linie dargestellt, von einem Plateau zum anderen (t. - t₃), wobei die Temperatur wie zuvor das Absorbiervermögen der Probeflüssigkeit darstellt, die durch die Anzeige- oder Darstellungseinheit angezeigt oder dargestellt wird. Eine Schaltung, welche sich zur Erstellung einer Zeitmessung eignet, ist in Figur 8 gezeigt. Diese Schaltung ergibt auch eine digitale Auslesung.

Die LED-Quelle 60 ist angeordnet, um zwei Fotozellen 62, 64 mit einem einzigen Blitzlicht von einer Nennlänge von 14 Millisekunden zu beleuchten; die Fotozelle 62 ist eine Bezugsfotozelle und direkt beleuchtet, wobei sie zweckmäßigerweise an der Seite der Quelle verklebt werden kann; die Fotozelle 64 ist eine Probenfotozelle, die Licht nach dem Durchgang durch ein zu prüfendes Material hindurch empfängt«. Die Fotozellen sind durch entsprechen de Verstärker 66, 68 und Durchlässigkeitsgatter oder Durchlässigkeitstore 70, 72 mit zwei Proben- und Halteschaltungen verbunden, welche mit einem Vergleicher 74, beispielsweise des Typs LF355, verbunden sind. Es wird angenommen, daß die Probefotozelle weniger Licht als die Bezugsfotozelle empfängt, so daß die der Bezugsfotozelle zugeordneten Proben- und Halteschaltungen R₂I' C₂₁ angeordnet sind, mit der Zeitkonstante in der Größen ordnung von Zehnern und Millisekunden exponentiell abzufallen« Die Zeitkonstante der Bezugsproben und Halteschaltung C₂₂ ist theoretisch unendlich; in der Praxis reichen 10 Sekunden aus.

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ίο

Nach der Einleitung des LED-Blitzlichtes bei einer Zeit t (Figur 6b) werden die Ausgänge der Verstärker 66, 68 mit ihren entsprechenden Proben- und Halteschaltungen für nominell 10 Millisekunden verbunden. Wenn die Durchlässigkeitstore 70, 72 mit der Zeit t₁ abgeschaltet werden, verbleibt die Spannung am Kondensator C₃₃, während jene an C₃₁ abfällt, bis sie der Spannung an C₃₃ gleich wird; diese Gleichheit wird durch den Vergleicher 74 ermittelt, der ein Ausgangssignal zu dieser Zeit t₂ durch den Wechsel oder die Änderung zwischen einer hohen und einer niedrigen Ausgangsleistung erzeugt.

Das Zeitintervall t.. bis t₂ ist dem Absorptionsvermögen des Probematerials proportional, vorausgesetzt, daß die Ausgänge der Verstärker 66, 68 zuerst durch einen Eichungsvorgang unter Verwendung des Potentiometers R₃₃ gleichgemacht werden*

Um das Zeitintervall zu messen, wird der Vergleicher 74 mit einer Zweieinangs-NAND-Torschaltung 76 verbunden, welche durch einen Taktgeber 78 mit Impulsen versorgt wird, wobei ihr Ausgang mit einer zweiten Zweieinangs-NAND-Torschaltung verbunden ist, welche einen rückstellbaren Zähler 82, einen Dekodierer 84 und die digitale Anzeige oder Darstellungseinheit 86 beliefert. Der zweite Eingang der NAND-Torschaltung 80 wird durch eine Impulsschärfungsklinke 88 beliefert, welche auch die Arbeitsweise der Durchlässigkeitstore 70, 72 aus einem 10-Millisekunden-Impulsgeber 90 regelt oder steuert. Ein 14-Millisekunden-Impulsgeber 92 regelt oder steuert die LED 60, wobei die beiden Impulsgeber durch den von Hand betätigbaren Schalter 20 mit einer Speiseeinrichtung 21 verbunden sind.

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Der Vergleicher 74 bewirkt, daß Taktimpulse aus der NAND-Torschaltung 76 zwischen den Zeiten t und t₂ der NAND-Torschaltung 80 zugeführt werden. Die Torschaltung 80 wird durch den Impulsgeber 90 über die Klinke 88 mit einem Ebenbild oder einer Nachbildung der Schaltimpulse beliefert, welche zur Steuerung der Durchlässigkeitstore verwendet werden, d.h. zwischen den Zeiten t und t₁« Die Anordnung ist derart getroffen, daß Taktimpulse am Ausgang der NAND-Torschaltung 80 nur während des Zeitintervalls t- bis t₂(typisch weniger als 100 Millisekunden erscheinen). Diese Impulse werden durch den Zähler 82 gezählt und durch die Anzeige-oder Darstellungseinheit 86 digital angezeigt oder dargestellt.

Unter gewissen Umständen, beispielsweise dann, wenn eine chemische Reaktion in dem Probematerial stattfindet, kann es erwünscht sein, um ein LED-Blitzlicht zu erzeugen, welches in Intervallen wiederholt wird, wobei die digitale Anzeige oder Darstellung mit jedem Blitzlicht auf den neuesten Stand gebracht wird. Jeweilige Drift kann dann durch die Änderung der angezeigten oder dargestellten Menge ermittelt werden. Dies kann erzielt werden, indem ggf. ein 1-Sekunden-Impulsgeber 94 vorgesehen wird, welcher die Arbeit der Impulsgeber 90 und 92 in 1-Sekunden-Intervallen wieder einleitet. Die LED leuchtet dann in 1-Sekunden-Intervallen auf, wobei die Anzeige oder Darstellung in 1-Sekunden-Intervallen auf den neuesten Stand gebracht wird, so lange bis der Schalter 20 von Hand geschlossen gehalten wird.

Da der größte Teil des Stromes durch die digitale Anzeige- oder Darstellungseinheit 86 und die Lichtquelle 60 gleich verbraucht wird, kann angeordnet werden,daß

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-tr-

die Anzeige oder Darstellung während der Arbeit der
Lichtquelle LED 60 elektronisch ausgeblendet wird, um
den maximalen Stromverbrauch herabzusetzen, wenn der
Verbrauch der Anzeige- oder Darstellungseinheit beträchtlich ist.

Durch die Auswahl der Werte von C₅₁, R_₁ und der Frequenz der Taktimpulse kann ein gewünschter Skalenfaktor ausgewählt werden, so daß die Anzeige oder Darstellung eine Ablesung von beispielsweise einer optischen Dichte, d.h* ein Absorptionsvermögen, oder des Hämoglobingehaltes einer Blutprobe in Gramm pro 100 Milliliter ergeben kann. Die Eichung wird durch elektrische Simulierung des Absorptionsvermögens an zwei Punkten in der Digitalskala durch Druckknopfdämpfungsglieder R₂^/ ^R25 in Verbindung mit dem Widerstand R₃₆ überprüft werden, welcher groß genug sein muß, um die Toleranzen am Ausgangswiderstand des Verstärkers 68 zu verdecken.

Es versteht sich, daß gewisse Merkmale der Vorrichtung austauschbar sind. So z.B. das wiederholte Aufleuchten und das Bringen auf den neuesten Stand mit einer analogen Anzeige oder Darstellung verwendet werden kann.

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Claims

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Bestimmung oder Messung des durch ein Material durchgelassenen Lichts, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (14), einen von der Lichtquelle in Abstand vorgesehenen Lichtdetektor oder Lichtmeßfühler bzw. -anzeiger (16), eine Schaltungseinrichtung Q.2) zum Schalten bzw. Betreiben der Lichtquelle blitzlichtartig und zum Ableiten eines Signals entsprechend der Intensität oder Stärke des durch den Lichtdetektor aus der Lichtquelle empfangenen Lichts, eine mit der Schaltungseinrichtung verbundene Anzeige- oder Darstellungseinrichtung (28), die mit der Schaltungseinrichtung zur Anzeige oder Darstellung bezüglich des abgeleiteten Signals verbunden ist, sowie einen von Hand betätigbaren Schalter 20, der zum Einleiten der Arbeit der Schaltungseinrichtung und zur Aufrechterhaltung der angezeigten oder dargestellten Ablesung während der Betätigung des Schalters angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungseinrichtung zum Ableiten eines Bezugssignals entsprechend der Intensität des durch den Lichtdetektor (62) von der Lichtquelle (60) nach der Durchlassung oder Übertragung des Lichts durch ein zu prüfendes Material empfangenen Lichts angeordnet ist, wobei die Schaltungseinrichtung ferner eine Zeitmeßeinrichtung (74, 76, 78, 80, 82) zum Bestimmen der für das exponentielle Abklingen oder den exponentiellen Abfall von Größerem zum Kleinerem des Bezugssignals und des Materialprobesignals oder Abtastsignals erforderlichen Zeit aufweist, wobei

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-Vr-

das abgeleitete Signal auf die Abklingzeit bezogen ist bzw. mit dieser zusammenhängt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine weitere Einrichtung zur Einstellung oder Einbringung eines Bezugsmaterials (42) und eines zu untersuchenden Materials (12) aufeinanderfolgend zwischen die Lichtquelle und den Lichtdetektor und durch eine Einrichtung (46) zum Betreiben der Lichtquelle zum Beleuchten jedes Materials mit einem Blitzlicht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Richten von Licht aus der Lichtquelle entlang zweier entsprechender optischer Bahnen auf zwei Lichtdetektoren und durch eine Einrichtung zur Einbringung eines Bezugsmaterials und eines zu untersuchenden Materials in jede optische Bahn.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Quelle eine Glühfadenlampe und daß ferner eine Einrichtung vorgesehen ist, um die Erreichung einer vorbestimmten Arbeitstemperatur seitens des Lampenglühfadens zu ermitteln und um die Ableitung eines Signals nur dann zu gestatten, nachdem diese Höhe oder dieser Wert erreicht worden ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Schaltungseinrichtung (94), welche angeordnet ist, um die besagte Quelle so zu betreiben, daß diese eine Reihe

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Blitzlichter erzeugt, worauf dann die Anzeige-oder Darstellungseinrichtung während der Betätigung des von Hand betätigbaren Schalter eine Anzeige oder Darstellung erzeugt, welche auf ein Signal bezogen ist, das entsprechend der Intensität des Lichtes abgeleitet ist, das durch einen Lichtdetektor während des unmittelbar vorhergehenden Blitzlichtes empfangen wird»

Der Patentanwalt

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