DE3400296C2 - Verfahren und Gerät zum Messen der Anregungslebensdauer lichtemittierender Materie - Google Patents

Verfahren und Gerät zum Messen der Anregungslebensdauer lichtemittierender Materie

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DE3400296C2
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Abstract

Ein Gerät zum Messen der Anregungslebensdauer weist einen mehrkanaligen Zeit/Spannungs-Wandler auf. Es ist so ausgeführt, daß es möglich ist, die Verschiebung der Zeitachsen unterschiedlicher Kanäle auszugleichen, die durch Verzögerungen in den Leitungen hervorgerufen ist. Dazu wird eine einstellbare Offsetspannung ausgangsseitig hinzuaddiert, die für jeden Kanal (1-8) getrennt einstellbar ist. Eingangsseitige Verzögerungselemente sind dadurch nicht mehr erforderlich.

Description

dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich der Laufzeitunterschiede der elektrischen Signale jeder Ausgangsspanncmg eine variable Hilfsspannung hinzuaddiert wird.
2. Gerät mit mehreren Meßkanälen zum Messen der Anregungslebensdauer lichtemittierender Materie, mit
— einer Anregunguichtqucde,
— wenigstens einem Photoempfänger,
— einer Vorrichtung zur E. zeugung eines Startpulses (Pa) bei Aussendung eines Anregungslichtpulses sowie zur Erzeugung von Stoppulsen (Pb) bei Detektion von nach Anregung auftretenden Lichtpulsen,
— Zeit/Spannungswandlern (1—8) zur Umwandlung der zwischen Startimpuls (Pa) und den jeweiligen Stoppulsen (Pb) liegenden Zeit in eine dieser Zeit proportionale Ausgangsspannung,
— Halteschaltungen (SHi-SHS) zur Speicherung der von den Zeit/Spannungswandlern jeweils gelieferten Ausgangsspannung,
— einer Um- bzw. Weiterschaltvorrichtung (FFt-FFi bzw. G\ — Ge) zur aufeinanderfolgenden Ansteuerung der Zeit/Spannungswandler unter Zuhilfenahme der Stoppulse, und
— mit einer Einrichtung zum Ausgleich der Laufzeitunterschiede der elektrischen Signale,
dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung zum Ausgleich der Laufzeitunterschiede der elektrischen Signale
— eine Hilfsspannungsquelle (ES]-ESs) in jedem Meßkanal zur Veränderung der von dem zugeordneten Zeit/Spannungswandler (1—8) gelieferten Ausgangsspannung, und
— eine Addierschaltung (OPi-OP«) in jedem Meßkanal zur Addition der Ausgangsspannung und der von der Hilfsspannungsquelle gelieferten Hilfsspanniing vorhanden ist.
3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich-
net, daß jeweils die Hilfsspannung und die Ausgangsspannung einer Halteschaltung (SHi- HS 8) addiert werden.
4. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßbereiche der Zeit/Spannungswandler (1—8) veränderbar sind.
5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspannung in jedem Meßkanal entsprechend einer Meßbereichsveränderung der Zeit/ Spannungswandler (1 —8) veränderbar ist
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Anregungslebensdauer lichtemittierender Materie gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 2.
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung werden weiter unten an Hand der F i g. 1 und 2 näher erläutert
Die Messung der Anregungslebensdauer erfolgt in der Regel mit Hilfe von Fotomultipliern, die das von einer Probe ausgesandte Licht messen, nachdem diese durch einen Lichtpuls angeregt worden ist Es wird die Zeit zwischen dem Anstieg des anregendes Pulses und dem Aussenden <tes Fluoreszenzpulses gemessen. Da sich die reine Zeitmessung für die spätere Behandlung der Signale nicht eignet, ist es erforderlich, die ermittelte Zeit in eine Spannung umzuwandeln, deren Amplitude proportional zur gemessenen Zeit ist. Dafür wird ein Zeit/Spannungs-Wandler verwendet. Die Messung der Anregungslebensdauer kann dadurch erheblich vereinfacht werden, daß mehrere auf eine einmalige Erregung hin ausgesandte Lichtpulse gemessen werden, und die gemessenen Zeiten in proportionale Spannungen umgewandelt werden. Zum Messen mehrerer solcher Lichtpulse und zum Umwandeln der gemessenen Zeiten in Spannungen werden Vielkanal-Zmt/Spannungs-Wandler verwendet.
Der mehrkanalige Wandler, wie er in F i g. 1 dargestellt ist, weist acht Kanäle auf. Der Wandler 1 weist einen Flip-Flop FF\, eine auf konstanten Strom geregelte Spannungsversorgung /ι, einen Ladekondensator C\, einen Schalter SWt zum Anlegen des Ladestromes an den Kondensator Q und eine Halteschaltung SWi auf, die die letzte Ladespannung des Kondensators Q hält. Die Flip-Flops FFi, FF2... in den verschiedenen Kanälen werden durch einen Startpuls Pa gesetzt, der beim Anstieg des erregenden Lichtpulses abgegeben wird. Wenn die Flip-Flops FFi, FF2... gesetzt sind, sind die Schalter SlVi, SIV2... eingeschaltet und die Kondensatoren Ci. C2 ... werden aufgeladen. Nach dem Anlegen des Startpulses Pa beginnen also alle Kanäle mit der Zeit/Spannungs-Wandlung. Wenn dann der Lichtpuls Peals Stoppuls angelegt wird, wird der Flip-Flop FFi im ersten Kanal rückgesetzt, und der Schalter SlVl wird dadurch ausgeschaltet. Die Flip-Flops in den anderen Kanälen werden durch einen ersten und einzelnen Stoppuls nicht rückgesetzt, da an ihren jeweiligen /?-Eingängen Tore GUG2... vorgeschaltet sind.
Durch das Abschalten des Schalter SVVi wird das Laden des Kondensators Q beendet. Die Ladespannung, die der verstrichenen Zeit entspricht, wird durch die Halteschaltung SH, gehalten. Wenn der Flip-Flop FFi rückgesetzt ist, wird die Torschaltung Gi am Eingang des zweiten Kanales geöffnet. Wenn dann zu einer zwei-
ten Zeil erneut ein Stoppuls angelegt wird, wird der Flip-Flop FF2 des zweiten Kanales rückgesetzt, und dadurch wird der Schalter 5W2 ausgeschaltet. Gleichzeitig wird das Tor G2 am Eingang des dritten Kanals geöffnet. Durch das Ausschalten des Schalters SW2 wird das Aufladen des Kondensators C2 beendet und die Ladespannung wird durch die Halteschaltung SW2 gehalten.
Wenn danach Stoppulse zum dritten Mal, vierten Mal ... angelegt, werden, werden die nächsten Flip-Flops FF3, FFi .·· nacheinander rückgesetzt, und die Zeit/ Spannungs-Wandlung kommt in einem Kanal nach dem anderen zum Ende. Da die Ausgangsspannungen der Wandler in den jeweiligen Kanälen den jeweils letzten Ladespannungen der Kondensatoren entsprechen, wie dies in F i g. 2 dargestellt ist, sind die Spannungen proportional zu den Zeiten, die nach dem Startpuls Pa verstrichen sind, bis die Stoppulse PbuPbt--- erhalten werden.
Ein entsprechendes Verfahren und eine geeignete Vorrichtung zu dessen Durchführung sind beispielsweise auch aus den Patents abstracts of Japan, P-157, Nor. 25, 1982, Vol. 6/No. 237, P-Nr. 57-1 37 843(A) bekannt.
Die Wandler aller Kanäle beginnen mit dem Umwandeln alle zur Zeit des Anlegend des Startpulses PA. Sie beenden die Umwandlung bei Erhalt des zugehörigen Stoppulses. Es ist jedoch so, daß die Zeit zwischen dem Startpiils und einem Stoppuls auf Grund von Verzögerungen nicht genau gemessen wird. Es bestehen nämlich Längenunterschiede in den Kabeln zu den Flip-Flops FFi, FF2 ... und Verzögerungszeiten in den Vorschaltungen. Dabei ist zu beachten, daß die Zeitintervalle zwischen einem Startpuls und den Stoppulsen im Nanosekundenbereich liegen. Durch die Verzögerungen tritt ein Me3fehler auf, der für jeden Kanal unterschiedlich ist. Diese Problem kann als ein Problem dahingehend verstanden werden, daß die Zeitachsen auf Grund der Verzögerung durch die Leitungen oder Bauteile gegeneinander verschoben sind. Die Streuung der Zeitachsen kann durch Verzögerungselemente Τ\, τι, Γ3 ... an der Eingangsseite jedes Wandlers behoben werden. Der Einsatz von Verzögerungselementen im Zusammenhang mit den erwähnten Geräten ist bereits allgemein bekannt, z. B. aus der Zeitschrift für Physikalische Chemie, Neue Folge, Bd. 40,1964, Seiten 198-222. Derartige Verzögerungselemente sind auch in F i g. 1 dargestellt. Die Verzögerungszeit jedes Elementes wird gesondert eingestellt. Dabei treten jedoch folgende Mängel auf:
1. Bei jedem Verzögerungselement muß die VerzögerungRzeit kontinuierlich einstellbar sein. Verzögerungselemente, die kontinuierlich verstellbar sind, und bei denen ein schneller Puls wie der Stoppuls unbehindert durchgelassen wird, sind jedoch sehr teuer.
2. An und für sich ist es erwünscht, den Einstellknopf für ein Verzögerungselement auf der Frontplatte anzubringen, damit die Verzögerungszeit genau eingestellt werden kann. Das Verzögerungselement kann jedoch von der Schaltungsgrundplatte wegen des schnellen Pulses, der durchzulassen ist, nicht an die Frontplatte verlegt werden. Es ist daher erforderlich, das Verzögerungselement auf der Schaltungsgrundplatte zu belassen und die Einstellachse mechanisch zu verlängern.
Der Erfindung liegt dip Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Gerät der eingangs genannten Art anzugeben, das es erlaubt, Meßfehler auf Grund von Verzögerungen leicht auszugleichen.
Die erfindungsgemäße Lösung ist für das Verfahren in Anspruch 1 und für das Gerät in Anspruch 2 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Fehler in der Zeitmessung nicht mehr eingangsseitig, sondem ausgangsseitig, also nach der Umwandlung der gemessenen Zeit in eine Spannung ausgeglichen wird. Dadurch wird die Eingangsseite, auf der schnelle Pulse zu verarbeiten sind, nicht mit weiteren Bauteilen belastet. Die Beeinflussung der ausgangsseitigen Dauerspannung ist auf einfachste Art und Weise durch Hinzuaddieren positiver oder negativer Hilfs- bzw. Offestspannungen beeinflußbar.
Der Stand der Technik und ein Ausführungsbeispiel der Erfindung werden im folgenden an Hand von Figuren näher veranschaulicht. Es zeigt
F i g. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines mehrkanaligen Zeit/Spannungs-Wandlers Vyikannter Art mit Zeitverzögerungselementen·,
F i g. 2 ein Diagramm zum Erläutern der Schaltung gemäß F i g. 1: und
F i g. 3 ein schematisches Blockdiagramm des mehrkanaIige:?Zeit/Spannungs-Wandlers.
Bei der Schaltung gemäß F i g. 3 wird auf bereits an Hand von F i g. 1 erläuterte Bauteile nicht mehr näher Bezug genommen. Es sind nun zusätzlich Hilfs- bzw. Offsetspannungsquellen ES\, ES2, ES3... vorhanden, deren Spannungen jeweils zu den Ausgangsspannungen der zugehörigen Zeit/Spannungs-Wandler 1, 2,3 ... eines jeweiligen Kanals addiert werden. Die Ausgangsspannungen sind diejenigen aus den Halteschaltungen SHu SH2... Addierer OP,, OP2,... addieren die Offsetspannungen ES), ES2 ■ ■ ■ und die Ausgangsspannung der Wandler ί, 2... jeder Wandler 2,2... weist mehrere (im Ausführungsbeispiel jeweils zwei) Kondensatoren Cn,.
Ci2 unterschiedlicher Kapazitäten als Ladekondensatoren auf. Die Kondensatoren sind so angeordnet, daß durch Umschalter S\\a. S\2a die Umschaltung zwischen den Kondensatoren Cn. Q2 ... erfolgen kann. Es sei angenommen, daß die Offsetspannungen ES\. ES2 ...
festliegen und sich vor und nach der Bereichswahl nicht ändern. Die Offsetspannungen sind jedoch so eingestellt, daß auch bei einer Bereichsauswahl keine Verschiebung der Zeitachsen erfolgt. Dazu sein weitere Schalter Sub. S\2b vorhanden, die mit den Bereichsauswahlschaltern S\\a, S\2a zusammengeschaltet sind. Die Schalter S\\b,S\2blegen Bereichswiderstände An, R\2 in Serie zu den Offsetspannungsquellen ES\, ES2. Beim Umschalten zwischen zwei Ladekondensatoren für zwei unterschiedliche Bereiche werden also mit Hilfe der Widerstäiide Ru. Rn auch die Offsetspannungen umgeschaltet. Dadurch erfolgt beim Umschalten kein Verstellen der Zeitachse.
Der Grund dafür, daß es sehr praktisch ist, die Zeitachsen durch einstellbare Offsetspannungen zur Dekkung zu bringen, wird im folgenden anhand der von den Halteschaltungen gelieferten Ausgangsspannungen gemäß Fig. 2 erläutert:
Wenn die Offsetspannungen addiert werden, werden die Ausgangsspannungen von den Halteschaltungen SH\. SH2... entsprechend den Offsetspannungen erhöht oder erniedrigt. Der Anstieg der Ausgangsspannung von einer Halteschaltung bedeutet im wesentlichen eine Verlängerung des Zeitintervalls zwischen Beginn und
Ende des Umwandeins durch einen Zeit/Spannungs-Wandler. Entsprechend bedeutet ein Abfall der Ausgangsspannung eine Verkürzung des Zeitintervalls. Die Änderung des Zeitintervalls, einmal langer und einmal kürzer, entspricht also der Verzögerungsfunktion eines Verzögerungselementes. Dies bedeutet aber, daß es mit den Offsetspannungen möglich ist. die Zeitachsen zur Deckung zu bringen.
Bei der beschriebenen Ausführungsform liegt ein mehrkanaliger Zeit/Spannungs-Wandler vor. Jeder Zeit/Spannungs-Wandler in jedem Kanal beginnt mit dem Umwandeln auf den Startpuls hin. Der Wandler im ersten Kanal beendet das Umwandeln auf den ersten Stoppuls hin. Entsprechend beendet der zweite Wandler das Umwandeln auf den Stoppuls zu einer zweiten Zeit hin. Die Anordnung ist so. daß die Wandler in aufeinanderfolgenden Kanälen das Umwandeln entsprechend jeweils nacheinander beenden, wenn ein weiterer Stoppuls angelegt wird. Bei dieser Anordnung ist das Gerät
baut, daß die Lebensdauer auf Grundlage der Spannung aus dem Wandler im jeweiligen Kanal bestimmt wird, der den Umwandelvorgang beendet hat. Der Ausgangsspannung des Wandlers in einem jeweiligen Kanal wird eine jeweilige, einstellbare Offsetspannung hinzuaddien. Durch das Einstellen können die Zeitachsen der einzelnen Kanäle zur Deckung gebracht werden. Das Gerät hat damit die folgenden Wirkungen:
1. Es ist nicht erforderlich, ein Verzögerungselement, durch das ein schneller Puls hindurchgehen muß. in die Schaltung einzufügen. Dadurch tritt keine Pulsverformung beim Anstieg oder bei der Abbruchszeit auf.
2. Die Gleichspannung bzw. Offsetspannung. durch die die Einregulierung der Zeitachse durchgeführt wird, ist auch dann elektrisch veränderbar, wenn dies über eine Verlängerungsleitung geschieht. Daher ist es sehr einfach, das Gerät zusammenzubauen.
3. Die Offsetspannung kann durch eine Gleichspannung bereitgestellt werden, was einen sehr billigen Aufbau des Gerätes ermöglicht. Außerdem kann die Einstellbreite entsprechend derjenigen, die mit einem Verzögerungselement erhalten wird, gewähl* werden. Wenn der Bereich noch zu negativen Spannungen erweitert wird, ist eine Einstellmöglichkeit in einem Gebiet möglich, das mit Verzögerungselementen überhaupt nicht zugänglich ist.
4. Bei bekannten Geräten mit Verzögerungselementen muß der schnelle Puls eine Mindestpulsbreite aufweisen, dimit er die Verzögerungsfunktion auslösen kann. Eine solche Beschränkung besteht beim beschriebenen Verfahren und beim beschriebenen Gerät nicht.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

34 OO 296 Patentansprüche:
1. Verfahren zum Messen der Anregungslebensdauer lichtemittierender Materie mit folgenden Schritten:
— Anregung der Materie mittels eines Anregungslichtimpulses,
— Detektion der von der Materie emittierten Lichtpulse,
— Bildung eines Startpulses (PA) mit Hilfe des Anregungslichtpulses und von Stoppulsen (Pb) nach Detektion der von der angeregten Materie emittierten Lichtpulse,
— aufeinanderfolgende Messung der zwischen dem Startpuls und dem jeweils nächsten Stoppuis verstrichenen Zeit durch Umwandlung der genannten Zeit in eine zeitproportionale Ausgangsspannung,
— Ausgleich der Laufzeitunterschiede der elektrischen Signale sowie
— jeweils vorübergehende Speicherung der so erhaltenen Ausgangsspannungen,
DE3400296A 1983-01-08 1984-01-05 Verfahren und Gerät zum Messen der Anregungslebensdauer lichtemittierender Materie Expired DE3400296C2 (de)

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DE3400296A1 DE3400296A1 (de) 1984-07-12
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