DE2754444B1 - Spektrometer - Google Patents

Description

b) der Taktgenerator (10) zur Ansteuerung der einzelnen Speicherplätze mit dem Speicher verbunden ist,

c) Einrichtungen zur Verstellung des Schrittmotors (30) entsprechend dem Inhalt des jeweils angesteuerten Speicherplatzes vorgesehen sind,

d) der Taktgenerator (10) zur Steuerung des Abszissenvorschubs mit dem Registriergerät (40) verbunden ist.

Die Erfindung betrifft ein Spektrometer nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Durch die Verdrehung des Dispersionselements in einem Spektrometer erfolgt eine Abtastung des Spektrums. Als Eingangsgröße kann dabei die Wellenlänge oder auch die Wellenzahl vorgegeben werden. In Abhängigkeit von der jeweils vorgegebenen Wellenlänge oder Wellenzahl wird das Dispersionselement um einen solchen Winkel verdreht, daß die der vorgegebenen Wellenlänge oder Wellenzahl entsprechende Strahlung auf den Austrittsspalt des Spektrums fällt Üblicherweise wird ein Registrierstreifen eines Schreibers in linearer Abhängigkeit von der Wellenlänge oder Wellenzahl in einer Abszissenrichtung vorbewegt und in einer Ordinatenrichtung die zugehörige Absorption oder Transmission aufgezeichnet.

Zwischen der Eingangsgröße und dem dieser zugeordneten Drehwinkel des Dispersionselements besteht im allgemeinen ein nichtlinearer Zusammenhang. Bei Verwendung eines Gitters als Dispersionselement wird dieser nichtlineare Zusammenhang durch eine Winkelfunktion dargestellt Wenn als Eingangsgröße die Wellenlänge dient dann ist der Sinus des Drehwinkels dieser Eingangsgröße proportional. Dient als Eingangsgröße die Wellenzahl, dann besteht eine Proportionalität zwischen Eingangsgröße und Kehrwert des Sinus des Drehwinkels.

Bei bekannten Geräten wird der nichtlinare Zusammenhang durch Hebelgetriebe hergestellt deren Eingangsbewegung linear von der Eingangsgröße abhängt und die als Ausgangsbewegung einen nach der gewünschten Funktion von der Eingangsgröße abhängigen Drehwinkel liefern. Ein Beispiel einer solchen mechanischen Konstruktion zeigt die DE-AS11 59 663.

Wird als Dispersionselement ein Dispersionsprisma benutzt, dann ergibt sich als Zusammenhang zwischen Eingangsgröße und Drehwinkel eine empirisch ermittelte Funktion, die sich gar nicht in analytischer Form darstellen läßt Es ist dann erforderlich, die Funktion in Form einer Steuerkurvenscheibe zu speichern, die von einem Fühlerhebel abgetastet wird.

Alle diese mechanischen Getriebe erfordern hohe Präzision und genaue Justage und sind daher in der Herstellung sehr aufwendig. Es bietet außerdem Schwierigkeiten, ein Spektrometer so auszubilden, daß das Spektrum wahlweise in Abhängigkeit von der linear veränderlichen Wellenlänge oder in Abhängigkeit von der linear veränderlichen Wellenzahl als Eingangsgröße

ίο abgetastet werden kann.

Es ist bekannt, als Stellmotor für das Dispersionselement einen Schrittmotor zu verwenden. Dieser Schrittmotor wird jedoch nach Maßgabe der Wellenlänge oder Wellenzahl ansgesteuert, so daß auch dort ein

is mechanisches Funktionsgetriebe zwischen Schrittmotor und Dispersionselement vorgesehen werden muß (DE-OS2513 225).

Durch die US-PS 39 76 378 ist ein Spektrometer bekannt bei welchem der Schreiber und der Mechanis mus zum Verdrehen eines Prismas durch je einen Schrittmotor angetrieben werden. Die Fortschaltimpulse für die beiden Schrittmotore werden durch einen gemeinsamen Taktgenerator erzeugt, wobei durch Frequenzteiler unterschiedliche Drehgeschwindigkei ten der Schrittmotore, die aber in wohldefiniertem Verhältnis zueinander stehen, erhalten werden. Der Mechanismus zum Verdrehen des Prismas enthält eine Kurvenscheibe, welche in üblicher Weise den linear mit der gewünschten Wellenlänge veränderlichen Drehwin kel des Schrittmotors in die nichtlinear von der Wellenlänge abhängige Drehbewegung des Prismas umsetzt

Es ist weiterhin ein computergesteuertes Spektrometer mit einem verdrehbaren Dispersionselement einem Schrittmotor zur Veränderung der Winkelstellung des Dispersionselements, einem Programmgeber zur Steuerung des Schrittmotors, einem Taktgenerator und einem Registriergerät bekannt (Applied Spectroscopy, Bd. 28, Nr. 1[1974J 45-51).

Bei diesem bekannten Spektrometer wird das Spektrum schrittweise in gleichen Schritten von 1 cm-' in einem vorgegebenen Wellenzahlbereich abgetastet Der Programmgeber steuert diesen Vorgang mit Einstellung des Monochromator auf die Anfangswel lenlänge, Bestimmung der Grundlinie sowie dann bei jedem Schritt Einregulierung der Multiplierspannung und Messung. Nach einer Messung erfolgt eine Prüfung, ob die Endwellenlänge eines abzutastenden Wellenlängenbereichs erreicht ist Ist dies nicht der Fall, dann wird der Monochromator um einen Wellenzahlschritt weitergeschaltet und die Unterprogramme »Einregulierung der Multiplierspannung« und »Messung« werden wiederholt. Die Weiterschaltung des Monochromator um gleiche Wellenzahlschritte erfolgt dort mittels eines Schrittmotors. Dabei soll jedem Schritt des Schrittmotors ein konstanter Wellenzahlschritt von lern-¹ entsprechen. Da, wie in der Literaturstelle auch angegeben ist zwischen der Wellenzahl und der mit dieser linear zusammenhängenden Schrittzahl des Schrittmotors ein nichtlinearer Zusammenhang besteht muß notwendigerweise zwischen Schrittmotor und Dispersionselement ein nichtlineares Getriebe — ähnlich wie bei den vorerwähnten Spektrometern — vorgesehen sein, um die stets gleichen Wellenzahlschritte zu realisieren.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Spektrometer der eingangs definierten Art mit einfa-

cheren Mitteln und und ohne Verwendung aufwendiger mechanischer Getriebe aufzubauen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs genannten Maßnahmen gelöst.

Bei dem Spektrometer nach der Erfindung erfolgt somit die Steuerung des Dispersionselements digital, d. h. in diskreten Schritten und in Abhängigkeit von einer in Form einer Impulsfolge, nämlich der Taktimpulse vorgegebenen Eingangsgröße. Die nichtlineare Funktion wird digital durch den Programmgeber vorgegeben. Eine solche Anordnung läßt sich mit einem handelsüblichen Schrittmotor und handelsüblichen, digital arbeitenden elektronischen Bauelementen aufbauen. Mechanische nichtlineare Getriebe können dabei entfallen.

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert, die schematisch und als Blockschaltbild einen Antrieb für ein Dispersionsprisma zeigt.

Ein Taktgeber 10 liefert Impulse mit einer hohen Frequenz über eine Leitung 12 an einem Frequenzteiler 14. Der Frequenzteiler 14 liefert eine erste Taktimpulsfolge an einem Ausgang 16 und eine zweite Taktimpulsfolge an einem Ausgang 18. Das Teilerverhältnis des Frequenzteilers 14 ist umschaltbar, und zwar getrennt für die Ausgänge 16 und 18.

Der Ausgang 16 des Frequenzteilers 14 ist mit einem Programmgeber 20 verbunden. Der Programmgeber 20 enthält zwei Programmspeicher 22 und 24. Die Programmspeicher 22 und 24 enthalten jeweils einen Festwertspeicher (ROM), in welchem die nichtlineare Funktion, die den Zusammenhang zwischen Wellenlänge bzw. Wellenzahl und Drehwinkel darstellt, gespeichert ist und dessen Speicherplätze durch die Impulse des Taktgebers 10 oder (wenn eine Frequenzteilung erfolgt) des Frequenzteilers 14 nacheinander ansteuerbar sind. Es sind weiterhin Mittel zur Umsetzung der von dem Festwertspeicher ausgegebenen nichtlinearen Funktion in eine entsprechende Impulsfolge an einem Ausgang 26 vorgesehen. Von den beiden Festwertspeichern zur Speicherung der verschiedenen Funktionen ist jeweils einer einschaltbar, wie durch den Schalter 28 angedeutet ist.

ίο Die Speicherfunktion kann auch von einem Rechner übernommen werden, wenn sich der Zusammenhang zwischen Eingangsgröße und Drehwinkel durch eine analytisch darstellbare Funktion, wie den Sinus, vorgeben läßt. In diesem Falle enthält der Programmgeber einen Rechner, durch welchen die Funktion in Abhängigkeit von den zugeführten Taktimpulsen berechenbar ist, und Mittel zur Erzeugung einer den Schrittmotor beaufschlagenden Impulsfolge nach Maßgabe dieser Funktion. Auch dabei können in dem Rechner mehrere, wahlweise abrufbare Programme zur Berechnung verschiedener Funktionen vorgesehen sein.

Die Impulsfolge am Ausgang 26 des Programmgebers

20 beaufschlagt einen Schrittmotor 30. Durch den Schrittmotor 30 wird ein Tisch 32 verdreht, auf welchem ein Dispersionselement (Gitter, Prisma) 34 im Strahlengang des Spektrometers angeordnet ist.

An dem zweiten Ausgang 18 des Frequenzteilers 14 liegt ein zweiter Schrittmotor 36. Durch den Schrittmotor 36 wird über eine Welle 38 eine Registriertrommel

jo eines Schreibers in linearer Abhängigkeit von der durch die Taktimpulse vorgegegebenen Eingangsgröße in der Abszissenrichtung (Umfangsrichtung) angetrieben. In der axialen Ordinatenrichtung wird in üblicher Weise die gemessene Transmission oder Absorption aufge-

j5 zeichnet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Spektrometer mit einem verdrehbaren Dispersionselement, einem Schrittmotor zur Veränderung der Winkelstellung des Dispersionselements, einem Programmgeber zur Steuerung des Schrittmotors, einem Taktgenerator und einem Registriergerät, dadurch gekennzeichnet, daß

   a) der Programmgeber (20) einen Speicher (22,24) enthält, in dessen Speicherplätzen die Werte einer Funktion gespeichert sind, welche den nichtlinearen Zusammenhang zwischen der Winkelstellung des Dispersionselements und der Wellenlänge oder Wellenzahl angibt,