DE1923149U - Spektroskopisches geraet. - Google Patents

Description

MO58380 29.6.65

Berlin, den 23.6.1965 /

Gebrauchsmusteranmeldung

Anmelder: Firma R. PUESS

1 Berlin 4I

Düntherstraße 8

Spektroskopisches Gerät

Es sind spektroskopische Geräte bekannt, bei denen ein quantitatives Ausmessen der Spektralbereiehe, insbesondere Spektrallinien, durch Strahltangs«· detektoren, z.B. Phot©multiplier, in der Weise erfolgt, daß die Lichtintensität dieser Meßbereiche in elektrische Energie umgesetzt wird, die an einem Meßinstrument angezeigt wird. Solehe Geräte werden vielfach bei spektralanalytischen Materialuntersuchungen, z.B. Metallprüfungen, angewendet. In der Regel wird dabei das zu untersuchende Matenal auf elektrischem Wege, ζ.Β« durch Funkenübergang, zu der die spektralanalytische Auswertung ermöglichenden Strahltang angeregt»

Bei den bekannten Geräten dieser Art sind die bezüglich ihrer Intensität aus« zumessenden Spektralbereiche (Spektrallinien) fest eingestellt, oder das Spektrum wird an einem Strahlungsdetektor (Photomultiplier) so vorbeigeführt, daß eine zeitlich stetige Abtastung erfolgt. Geräte der ersten Art erfordern einen erheblichen Zeitaufwand, wenn an Stelle der bereits eingestellten Spektralbereiche andere erfaßt werden sollen, bei den Instrumenten der zweiten Art bereitet die exakte Zuordnung der Wellenlängen Schwierigkeiten«

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Bie Erfindiang beseitigt diesen Hachteil und ermöglicht insbesondere eine jederzeitige genaue Einstellung des Strahlungsdetektors auf einen bestimmten spektralen Meßbereich ζ Spektrallinie ) auch dann, wenn nur ein einziger Strahlungsdetektor vorhanden ist, der in beliebiger Reihen» folge auf irgendeinen Bereich eingestellt werden kann, wobei entweder das Spektrum feststehend bleibt und der iftektor bewegt wird oder letzterer feststeht und das Spektrum bewegt wird*

Neuerungsgemäß sind im Strahlenweg liegende Strahlführungs- und Ausblend« mittel in Form von zwei lichtundurchlässigen Blenden vorgesehen) die zwischen sich einen Strahlendurchlaß in voller Höhe des Spektrums bilden, das übrige Sehfeld jedoch auf einen feil seiner Höhe verdecken·

In weiterer Ausgestaltung der Heuerung wird vorzugsweise ein Strahlführungs» mittel, z.B. ein ümlenkprisma, verwendet, das einen feil der Höhe des zu messenden Spektralbereiches zugleich mit den an diesen angrenzenden, von der Strahlungsdetektorblende nicht abgeblendeten feilen des übrigen Meß» spektrums einem Okular zugeführt· Dieses Umlenkprisma wird zweckmäßig so angeordnet, daß seine dem Okular abgewandte Kante der leflexionsflache in Nähe desjenigen Bandes der Meßstrahlblende liegt, der den in voller Breite sichtbaren feil des Meßspektrums freigibt«

Die Relativlage von Spektrum und Strahlungsdetektor wird in der Dispersions·» richtung zweckmäßig von Hand veränderbar gestaltet, 2.B* in der Weise, daß das Dispersionsmittel, vorzugsweise ein Sitter, drehbar angebracht ist« Dies ermöglicht beispielsweise die Verwendung nur eines einzigen Strahlungsdetektors, durch den die Intensität jedes gewünschten Spektralbereiches

( Spektrallinie ) in beliebiger Beihenfolge gemessen werden kann, Bas Sesamtspektrum wandert dann in der Dispersionsrichtung an den Ausblendmitteln für den Strahlungsdetektor entlang.

Da die Analysenstrahlenquelle, z.B. ein durcu Funkenübergang zur Strahlung angeregtes, zu untersuchendes Metallstück, keine gleichmäßige Strahlungsintensität erzeugt, empfiehlt es sieh, einen weiteren Strahlungsdetektor zur gleichzeitigen Messung einer Vergleichsintensität vorzusehen, der die Empfindlichkeit des Meßstrahldetektors mit an sich bekannten Schaltmitteln derart regelt, daß Schwankungen der Intensität der Analysenstrahlenquelle kompensiert werden*

Schließlich ist es für die gleichzeitige visuelle Beobachtung von Torteil, außer dem Meßspektrum ein Hilfsspektrum zu erzeugen, das vorzugsweise in Nähe des nicht abgeblendeten Eandes des Meßspektrutns liegt und beispielsweise durch das erwähnte Umlenkprisma zusammen mit dem Meßspektrum so betrachtet werden kann, daß identische Linien beider Spektren in die gegenseitige Verlängerung fallen«

Zur weiteren Vervollkommnung dar visuellen Beobachtung empfiehlt es sich schließlich noch, das ausnutzbare Spektrum Über den sichtbaren Bereich hinaus in den ultravioletten oder infraroten Bereich auszudehnen oder aus« dehnbar zu machen und zur Sichtbarmachung dieser Bereiche einen oder mehrere W- resp. IR-empfindliehe Wandler - z.B. eine Fluoreszenzplatte fur W vorzusehen*

Die Zeichnung zeigt «· im wesentlichen schematisch und mit zur besseren

Übersicht in ihren Proportionen veränderten, insbesondere verkürzten Lichtwegen <* einAusführungsbeispiel der feuerung in mehreren feilen und verschiedenen Ansichten*

In fig« 1 ist das durch die Beobachtungeoptik sichtbare Gesichtsfeld des Gerätes dargestellt,

Fig. 2 zeigt die Anordnung der Fig*l um $0° gedreht, d,h, von der Seite her gesehen,

Fig·3 läßt die Gesamtanordnung aller Mittel erkennen,

die zur Erzeugung des Meßspektrums und einer Yer«· gleichsintensität führen«

Bas in Fig.1 dargestellte Gesichtsfeld ist durch die senkrecht zum Spektrum verlaufenden Linien 1 und 2 begrenzt. Es laßt das eigentliche Meßspektrum 3 erkennen, beispielsweise ein Linienspektrum. In JJähe des in der Zeichnung oberen Bandes des Meßspektrums 5 wird außerdem ein Hilfsspektrum 4 abgebildet, das von einem Vergleichsmaterial abgeleitet ist und ist übrigen durch die gleichen Leit- und Dispersionsmittel erzeugt wird wie das Meßspektrum 3_t so daß gleiche Wellenlängen, d.h. gleiche Linien der beiden Spektren 3 und 4 in der gegenseitigen Verlängerung liegen«

Die Ausblendmittel für den Strahlungsdetektor sind durch zwei Blenden 5 und β veranschaulicht, die einen parallel zu den Spektrallinien liegenden Spalt 7 bilden· Biese Blenden 5 und 6 erstrecken sich in der Linienrichtung fast auf die ganze Hohe des Meßspektrums und lassen lediglich zwischen ihren Bändern 8 und $ und dem in der Zeichnung oberen Band des Meßspektrums 3 einen Streifen unbededkt, so daß an dieser Stelle auch die Umgebung der durch den Spalt f tretenden Spektrallinie oder eines sonstigen Spektralbereiches sichtbar wird«

Zur visuellen Betrachtung dieses über des. Blendenrändern 8 und $ sichtbaren Teils des Meßspektrums J ist, wie sieh insbesondere aus Fig« 2 ergibt, ein Strahlführungsmittel in Form eines Umlenkprismas 10 vorgesehen, dessen die Reflexionsfläeae 15 begrenzender unterer Band ti in der "Sähe der oberen linder β bzw. $ der Blenden 5 und 6 liegt« lie in Fig. 2 obere Lichtei^trittsflache des fmlenkprismas 10 steht einem Okular gegenüber, so daß durch dieses hindurch eine Beobachtung der an der Fläche reflektierten sichtbaren feile des Meßspekstrums sowie des Hilfsspektrums möglich ist« - Der Beobachter sieht durch das Okular 14 als Verlängerung nach unten auch denjenigen Spektralbereich bzw« diejenige Spektrallinie, die durch den Blendenspalt J ausgeblendet wird, und zwar bis zur Höhe der unteren Kante 11 dieser Seflexionsflache. Somit ist es dem Beobachter stan« dig möglieh, außer den von den Elenden 5 und 6 freigelassenen feilen dar Umgebung der-gemessenen Linie auch noch diese selbst besonders hervorge« hoben, d.h« nach unten verlängert, zu betrachten und dabei die wesentlichen Bereiche oder Linien des Meßspektrums 3 mit denen des Hilfsspektrums 4 zu vergleichen,

Fig· 2 läßt schließlich noch schematisch eine Optik 15 erkennen, durch die der im Spalt 7 ausgeblendete Spektralbereich einem Strahlungsdetektor 16 zugeführt wird«

Die Gesamtanordnung der Fig* 3 läßt die Analysenstrahlquelle 18 erkennen, von der der spektroskopisch zu untersuchende Lichtstrahl zunächst mittels eines Blendenspaltes If ausgeblendet und auf einen Lichtleitkörper 20 geführt wird, dessen Reflexionsfläche 2t ihn einem optischen System 22 zuführt, das auf seiner Austrittsseite den Strahl parallel bündelt. In dieser Form wird der Meßstrahl einem Dispersionsgitter 23 zugeführt. Die von die« de, reflektierten und zugleich dispergieren Strahlen treten zweckmäßig

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wieder durch das gleiche optische System 22, wo sie erneut fokussiert und darauf dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Blendenspalt ^ und hinter die* sera über das optische System 15 dem Strahlungsdetektor 16 zugeführt werden.

Die optische Achse des in den Figuren 1 und 2 dargestellten Okulars I4 liegt in der Darstellung der Fig* J senkrecht zur Zeichenebene, so daß dad Umlenkprisma 10 an seiner durch die Kante 12 begrenzten Sietrittsfläche sichtbar ist«

Das Ausblenden verschiedener Spektralbereiche oder Spektrallinien am Meßspalt 7 erfolgt im Ausführungsbeispiel der Fig« 3 durch eine Drehbewegung des. Bispersiensgitters 2J in einer der dmreh den kreisförmigen Doppelpfeil angedeuteten Eichtungen.

Zur Erzeugung einer Yergleichsintensität, die die Schwankungen der Analysen« strahlungsquelle 16 kompensieren soll, sind weiterhin folgende Mittel Tor«, gesehen: In Strahlriohtung hinter dem Ausblendspalt I9 und vor dem Leit« körper 20 befindet sich ein Strahlenteiler an sieh bekannter Art, der aus einer teilverspiegelten glasplatte oder gemäß Barstellung aus einem Doppel» prisma 24, 25 zusammengesetzt ist, das aus verschiedenen Glassorten oder aus Einaelprismen gleicher Glas sort e, aber mit einem zwischengefügten Kitt«» mittel 26 von gegenüber dem des Glases unterschiedlichem Brechungsindex be« steht. Dieser Strahlungsteiler führt einen kleinen feil des vorzugsweise nicht dispergieren Lichtstrahls oder eines Spektralb ere i ehe s (Spektral·* linie ) hieraus einem vergleichenden Strahlungsdetektor 51 sra. Zweckmäßig erfolgt dies ähnlich wie bei den Mitteln zur Erzeugung des Meßspektruras in der Weise, daß der Yergleiehsi^Licht strahl durch ein optisches System 27 tritt, das ihn parallel richtet und einem Spiegel 28 zuführt, von dem aus

der Lichtstrahl wiederum durch das gleiche System 27 fokussiert und durch einen Spalt 2$ und einweiteres System 50 dem Tergleichsdetektor 31 zugeführt wird.

Der Vergleiehsdetektor 51 ist mit dem eigentlichen Meßdetektor 16, wie dursh 52 angedeutet, elektrisch in Gestalt einer an sich bekannten Kempen·· sationsschaltung verbunden, die derart wirkt, daß in dem an den Strahlungs· detektor 16 angeschlossenen Anzeigeinstrument 55 IntensitätβSchwankungen der Strahlenquelle 1Θ sich nicht bemerkbar machen können.

Bas Anzeigeinstrument 55 kann auch durch Mittel zur Digitalanzeige er« setzt werden·

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Claims (1)

1. -B058330 23.6.B5 ff

   Schutzansprüche

   1» Spektroskopisches Gerät, insbesondere für ffiaterialtmtersuchiuagen, enthaltend Strahlungsdetektoren* z.B. Photomultiplier, zur Messung der Intensität bestimmter Spektralbereiehe, insbesondere Spaktrallinien, dadurch gekennzeichnet, daß es im Strahlenw#g liegende Ausblendemittel in Form Tön zwei lichtundurchlässigen Blenden (5t^) enthält, die zwischen sich einen Strahlendurchlaß in Toller Höhe des Spektrums bilden, das übrige Sehfeld jedoch auf einen Teil seiner Sähe verdecken.

   2« Spektroskopisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Strahlführungsmittel, Torzugsweise ein ümlenkprisma (10) enthält, das einen feil der Höhe des zu messenden Spektralbereiches zugleich mit den an diesen angrenzenden, τοη der Strahlungsdetektorblende (5,6) nicht abge« blendeten Teilen des übrigen Meßspektrums eimern Okular (H) zuführt.

   3. Spektroskopisches Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Okular (I4) abgewandte Kante (11) der Reflexionsfläche (13) des Umlenkprismas (1O) in Iahe desjenigen Randes (8,9) der Meßstrahlblende (3,6) liegt, der den in Toller Breite sichtbaren Teil des Meßspektrums (3) freigibt.

   4, Spektroskopisches Gerät nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekenn*· zeichnet, daß weiterhin die Einrichtungen zur Tisuellen Beobachtung des Spektrums gleichzeitig zur Beobachtung der Einstellung der zu messenden Spektralbereiche ( Spektrallinien ) a^f diejenigen Teile der Ausblendemittel

   dienen, welche als Eintrittsspalte für die Strahlungsdetektoren ζ z,B# Photomultipliert 16 ) ausgebildet sind*

   5« Spektroskopisches Gerät nach inspruch 1 oder folgenden, dadurch ge» kennzeichnet, daß die Strahlführungs- und Ausüenmittel für jeden Strahlungsdetektor so angeordnet sind, daß die Relativlage von Spektrum und Strahlungsdetektoren in der Dispersionsrichtung von Hand ©der durch andere Mittel veränderbar ist.

   6« Spektroskopisches Gerät nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß fffir das gesamte Spektrum nur ein einziger Strahlungsdetektor (16) vorgesehen ist, durch den die Intensität jedes gewünschten Spektral·· bereiches (gpektrallinie ) in beliebiger Reihenfolge meßbar ist.

   7· Spektraskopisches Gerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativlage des Spektrums zum Strahlungedetektor durch Verstellung, insbesondere !Drehung des Dispersionsmittels, vorzugsweise eines optischen Gitters (25), veränderbar ist derart, daß das Spektrum in Dispersionsrichtung an den Ausblend0mitteln (5»6) für den Strahlungsdetektor (16) entlang« wandert_#

   Θ« Spektroskopisches Gerät nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß es zur gleichzeitigen Messung einer Vergleichsintensität einen weiteren Strahlungsdetektor (31), verzmgsweise einen Photoamltiplier, enthält, der die Empfindlichkeit des Meßstrahlungsdetektors mit an sich bekannten Schaltmitteln derart regelt, daß Schwankungen der Intensität der Analysen«, strahlquelle (18) kompensiert werden.

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   9· Spektroskopisches Gerät nach Anspruch Θ, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang zwischen der Analysenstrahlenquelle J18) und dem Dispersionsmittel (23) ein Strahlenteiler _an sich bekannter Art _ teil» yerspiegeltte Glasplatte oder Doppelprisma (24,25) aus verschiedenen Glassorten oder aus Einzelprismen gleicher Glassorte und mit einem zwischen» gefügten Kittmittel (26) von gegenüber dem Glas unterschiedlichem Brechungsindex « vorgesehen ist, der einen kleinen feil des vorzugsweise nicht die«· pergierten Lichtstrahls oder eines Spektralbereichs (Spektrallinie) hieraus dem vergleichenden Strahlungsdetektor (31) zuführt«

   10· Spektroskopisches Gerät nach Ansprach $₉ dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Strahlenteiler und einem Eintrittsspalt (29) für den vergleichen» den Strahlungsdetektor (3I) ein optisches System (27) liegt, das den Yer» gleichsstrahl zunächst parallel bündelt, einem Planspiegel (28) zuführt und den refelektierten Strahl wieder fokussiert dem Eintrittsspalt des ver» gleichenden Strahlungsdetektors zuführt»

   11« Spektroskopisches Gerät nach Arispraeh 1 ©der folgenden, dadurch ge· kennzeichnet, daß es optische Mittel zur Einblendung eines Hi?.fsspektrums (4) enthält, das vorzugsweise in Nähe des nicht abgeblendeten Bandes des Meßspektruins (3) liegt und durch das Umlenkprisma (1O) zusammen mit dem Meßspektrura so betrachtet werden kann, daß identische Linien beider Spek«· tren in die gegenseitige Verlängerung fallen·

   12» Spektroskopisches Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl für das Meß- als auch für das Hilfsspektrum die gleichen Dispersions«· mittel (23) vorgesehen sind*

   «11-

   15. Spektroskopisches Gerät nada Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekeimzeichnet, daß das ausnutzbare Spektrum über den sichtbaren Bereich hinaus in den ultravioletten ©der infraroten Bereich ausgedehnt oder aus« dehnbar ist und zur Sichtbarmachung dieser Sereiche einen oder mehreere W - resp. IS « empfindliche Wandler - z«B, eine Fluoreszenzplatte für Wf - vorgesehen sind«