DE2839949A1

DE2839949A1 - Verfahren zum erfassen aufeinanderfolgender messwerte einer funktion

Info

Publication number: DE2839949A1
Application number: DE19782839949
Authority: DE
Inventors: Hans Adolf Von Ing Gr Derschau
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 1978-09-14
Filing date: 1978-09-14
Publication date: 1980-03-27

Description

"Verfahren zum Erfassen aufein-
anderfolgender Meßwerte einer Funktion" Beschreibung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erfassen aufeinanderfolgender Meßwerte einer abhängigen Variablen beim Durchlaufen der zugehörigen unabhängigen Variablen mit einer über den jeweiligen Meßwert selbst gesteuerten Geschwindigkeit.
Bei der Erfassung einer abhängigen Variablen, beispielsweise der Absorption oder Extinktion einer Probe als Funktion einer unabhängigen Variablen, beispielsweise der Wellenlänge des Lichtes wird üblicherweise die unabhängige Variable kontinuierlich durchlaufen und die abhängige Variable wird dabei laufend gemessen und erfaßt, zum Beispiel registrierf. Um auch kleine Veränderungen der zu messenden Größe einwandfrei erfassen zu können ohne beim Auftreten von großen Veränderungen ein übersteuern befürchten zu müssen ist es bekannt die Verstärkung der Meßsignale in Abhängigkeit von ihrer Amplitude zu regeln, so daß einem kleinen Meßwert eine hohe Verstärkung entspricht und umgekehrt. Bekannt ist es auch die Meßwerterfassung mit variabler spektraler Bandbreite des Meßlichtes durchzuführen. Beide Verfahren führen jedoch zu verzerrten Meßkurven.
Es ist ferner bekannt bei einem Photometer im elektronischen Teil eine hohe Zeitkonstante vorzusehen und beim Auftreten von hohen Signalamplituden die Abtastgeschwindigkeit herabzusetzen. Ein solches Gerät erfaßt zwar auch höhere Meßwerte unverzerrt, es ist jedoch nicht in der Lage bei kleinen, stark verrauschten Meßsignalen eine gesicherte Meßwerterfassung zu gewährleisten und seine Grund-Abtastgeschwindigkeit stellt stets einen Kompromiß zwischen Genauigkeit und Meßgeschwindigkeit dar.
Es ist nun das Ziel der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Erfassen aufeinanderfolgender Meßwerte einer abhängigen Variablen beim Durchlaufen der zugehörigen unabhängigen Variablen zu schaffen, bei dem die gesuchte Funktion unverzerrt aus Werten zusammengesetzt wird, die in allen Signalbereichen meßtechnisch einwandfrei ermittelt sind.
Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß in aufeinanderfolgenden Abtastschritten jeder Meßwert als Mittelwert mehrerer schnell nacheinander gewonnener Einzelsignale gebildet und zugleich eine die Streuung der Einzelsignale kennzeichnende statistische Größe bestimmt wird, und daß die Durchlaufgeschwindigkeit umgekehrt proportional zu dieser Größe gesteuert wird. Es ist dabei vorteilhaft das Verfahren so zu führen, daß die Weiterschaltung von einem Abtastschritt zum nächsten erfolgt sobald die dem jeweiligen Meßwert zugeordnete, die Streuung der Einzelsignale um diesen Wert kennzeichnende Größe innerhalb eines vorgebenen Bereiches liegt.
Zur Kennzeichnung der Streuung der Einzelsignale um den Meßwert wird vorzugsweise die Standardabweichung bestimmt, welche definitionsgemäß ein Maß dafür ist, wie die Amplituden der Einzelsignale um den Mittelwert herum streuen.
Bei dem neuen Verfahren wird also die Meßwerterfassung diskontinuierlich vorgenommen, wobei der während jedes Abtastschrittes ermittelte Meßwert als Mittelwert aus einer Vielzahl von Einzelsignalen gewonnen wird und die zugeordnete, die Streuung kennzeichnende Größe innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt. Jeder Meßwert ist damit meßtechnisch einwandfrei ermittelt und zwar unabhängig davon ob das jeweilige Meßsignal stark verrauscht ist oder nicht.
Bei der Ermittlung jedes Meßwertes wird beispielsweise die Gewinnung von Einzelsignalen und die Bestimmung von Mittelwert sowie Standardabweichung kontinuierlich solange durchgeführt bis die Standardabweichung im vorbestimmten Wertbereich liegt. Danach erfolgt die Weiterschaltung der unabhängigen Variablen zum nächsten Abtastschritt. Es ist auch möglich bei jedem Abtastschritt eine vorbestimmte Zahl von Einzelmessungen zu gewinnen und daraus Mittelwert sowie Standardabweichung zu bestimmen. Ist die Standardabweichung zu groß, so wird die Meßwerterfassung unter Beibehaltung der Zahl der Einzelmessungen wiederholt und dieser Zyklus läuft solange ab, bis die Standardabweichung im vorbestimmten Wertbereich liegt.
Durch diese meßtechnisch einwandfreie Erfassung der Meßwerte erfolgt das Durchlaufen der unabhängigen Variablen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit; die Dauer jedes Abtastschrittes hängt davon ab wie stark verrauscht das jeweilige Signal der abhängigen Variablen ist. Die Abtastgeschwindigkeit wird also bei dem neuen Verfahren automatisch gewählt und zwar ohne jeden Kompromiß alleine in Abhängigkeit von der Genauigkeit der Meßwerterfassung.
Es ist vorteilhaft die Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Abtastschritten gleich groß zu wählen. Die Größe dieser Abstände wird dem jeweiligen Meßproblem angepaßt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren 1 und 2 der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung; Fig. 2 die Registrierung einer mit der Vorrichtung nach Fig. 1 gemessenen Funktion.
In Fig. 1 ist stark schematisiert ein Photometer dargestellt, bei dem das Licht einer Lichtquelle 1 durch eine Probe 2 tritt und mittels eines Monochromators 3 spektral zerlegt wird. Mittels eines Motors 5, welcher beispielsweise als Schrittmotor ausgebildet ist wird der Wellenlängenvorschub des Monochromators 3 gesteuert, so daß Licht der jeweils gewählten Wellenlänge auf einen photoelektrischen Empfänger 4 trifft. Bei einer vorgegebenen Wellenlänge, beispielsweise der Wellenlänge Ao der Fig. 2 werden mittels einer Anordnung 6 schnell hintereinander mehrere Einzelsignale des Empfängers 4 gewonnen und einem Rechner 7 zugeleitet. Dieser bildet aus den Einzelsignalen den Mittelwert M und bestimmt eine die Streuung der Einzelsignale um diesen Mittelwert kennzeichnende Größe. Als diese Größe wird in der folgenden Beschreibung die Standardabweichung 5'verwendet. Das C'-Signal wird einem Vergleicher 8 zugeführt, welchem über einen Eingang 10 ein Vergleichswert zugeführt ist.
Entspricht das M -Signal von Rechner 7 dem über 10 zugeführten Soll-Wert oder liegt es innerhalb eines vorgegebenen Bereiches um diesen Wert, so gibt der Vergleicher 8 einen Impuls zurück zum Rechner 7, welcher bewirkt das der zugehörige Mittelwert M dem Registrierer 9 zugeführt wird. Der Wert kann hier registriert werden, wie dies Fig. 2 zeigt oder er kann für eine spätere Auswertung gespeichert werden. Zugleich gibt der Vergleicher 8 einen Impuls zum Schrittmotor 5, welcher bewirkt, daß der Wellen längenvorschub des Monochromators 3 um einen vorbestimmten Betrag weiterbewegt wird. Es wird dann beispielsweise die in Fig. 2 mit 11 bezeichnete Wellenlänge eingestellt und die nächste Messung vorgenommen.
Entspricht dagegen bei der Wellenlänge to der Wert nicht dem Vergleichswert so liefert der Vergleicher 8 einen Impuls zum Rechner 7, welcher zur Anordnung 6 weitergeleitet wird und bewirkt, daß bei derselben eingestellten Wellenlänge die Messung wiederholt wird. Zu diesem Zweck werden wie beim vorgehenden Schritt wieder eine vorbestimmte Zahl von Einzelsignalen gewonnen und dem Rechner 7 zugeführt. Entspricht jetzt der Çe-Wert dem Soll-Wert, so wird der Wellenlängenvorschub des Monochromators 3 weitergeschaltet, entspricht dagegen der Wert dem Soll-Wert immer noch nicht, so wird die Meßwerterfassung in der geschilderten Weise wiederholt.
Auf diese Weise wird sch-ließlich wie in Fig. 2 andeutungsweise dargestellt ist die Kurve 12 aus einer Vielzahl von einzelnen Meßpunkten M zusammengesetzt, wobei der Abstand aufeinanderfolgender Meßpunkte entsprechend dem eßproblem gewählt ist. Man wird diesen Abstand normalerweise gleich groß wählen und zwar so groß, daß bei einer Registrierung gemäß Fig. 2 die Kurve zwischen aufeinanderfolgenden Meßpunkten M linear gezogen werden kann ohne das eine Verfälschung der Meßkurve eintritt.
Leerseite

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Erfassen aufeinanderfolgender Meßwerte einer abhängigen Variablen beim Durchlaufen der zugehörigen unabhängigen Variablen mit einer über den jeweiligen Meßwert selbst gesteuerten Geschwindigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß in aufeinanderfolgenden Abtastschritten jeder Meßwert als Mittelwert mehrerer schnell nacheinander gewonnener Einzelsignale gebildet und zugleich eine die Streuung der Einzelsignale kennzeichnende statistische Größe bestimmt wird und daß die Durchlaufgeschwindigkeit umgekehrt proportional zu dieser Größe gesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kennzeichnung der Streuung der Einzelsignale um den Meßwert die Standardabweichung bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Weiterschaltung von einem Abtastschritt zum nächsten erfolgt sobald die, die Streuung der Einzelsignale kennzeichnende Größe des jeweiligen Meßwertes innerhalb eines vorgebenen Bereiches liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung jedes Meßwertes die Gewinnung von Einzelsignalen und die Bestimmung des Mittelwerts und der die Streuung der Einzelsignale um diesen Mittelwert kennzeichnenden Größe solange kontinuierlich wiederholt wird, bis diese Größe innerhalb ihres vorgegebenen Bereiches liegt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung jedes Meßwertes eine vorbestimmte Zahl von Einzelsignalen gewonnen und dieser Vorgang unter Beibehaltung der Zahl der Einzelmessungen solange wiederholt wird bis die, die Streuung der Einzelsignale kennzeichnende Größe innerhalb ihres vorgebenen Bereiches liegt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Abtastschritten gleich groß sind.