DE2938844A1 - Evaluating optical spectra by CCD sensor - using correlator receiving signal series from sensor and predetermined second series - Google Patents
Evaluating optical spectra by CCD sensor - using correlator receiving signal series from sensor and predetermined second seriesInfo
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Abstract
Description
Verfahren zur Auswertung optischer SpektrenProcess for the evaluation of optical spectra
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswertung optischer Spektren, bei dem ein Spektralbereich mit Hilfe eines aus mehreren in einer Zeile nebeneinander angeordneten photoempfindlichen Elementen bestehenden optischen Sensors abgetastet wird.The invention relates to a method for evaluating optical spectra, in which a spectral range with the help of one of several in a row next to each other arranged photosensitive elements existing optical sensor scanned will.
Verfahren zur Auswerturgoptischer Spektren werden in vielen Gebieten der Wissenschaft und Technik angewendet, um qualitative und quantitative Aussagen über Stoffe zu machen, von denen entweder das Spektrum selbst ausgeht (Emissionsspektroskopie), oder über Stoffe, die von einer Strahlung einer gegebenen spektralen Zusammensetzung durchstrahlt werden (nbsorptionsspektroskopie).Methods for the evaluation of optical spectra are used in many areas The science and technology applied to make qualitative and quantitative statements about substances from which either the spectrum itself emanates (emission spectroscopy), or about substances produced by radiation of a given spectral composition be irradiated (absorption spectroscopy).
Die bisher bekannten Verfahren zur Auswertung optischer Spektren sind jedoch verhältnismäßig aufwendig, da es bisher erforderlich war, jeden Punkt des Spektrums einzeln mit Hilfe eines auf diesen Punkt beschränkten photoempfindlichen Elementes abzutasten und auszuwerten. Es besteht jedoch ein großes Bedürfnis, Verfahren der genannten Art zur Auswertung optischer Spektren nicht nur im Laboratorium und in besonders aufwendigen technischen Einrichtungen durchführen zu können, sondern auch in Geräten und Anlagen, bei denen bisher der erforderliche Aufwand dies nut wirtschaftlichen Gründen nicht zuließ.The previously known methods for evaluating optical spectra are however, it is relatively expensive, since it was previously necessary to check every point of the Spectrum individually with the help of a photosensitive limited to this point Element to be scanned and evaluated. However, there is a great need for methods of the type mentioned for the evaluation of optical spectra not only in the laboratory and to be able to perform in particularly complex technical facilities, but even in devices and systems where the required effort was previously used economic reasons.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Auswertung optischer Spektren der ein- gangs genannten Art so auszugestalten, daß es auf einfache Weise und mit geringem technischen Aufwand durchgeführt werden kann.The invention is therefore based on the object of a method for Evaluation of the optical spectra of the to design the aforementioned type in such a way that that it can be carried out in a simple manner and with little technical effort can.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der optische Sensor aus einer oder mehreren Zeilen von photoempfindlichen Ladungstransportelementen (CCD-Sensoren) besteht, daß der Inhalt des Sensors, von einem Taktgeber gesteuert, periodisch ausgelesen und so in eine elektrische Signalfolge umgewandelt wird, und daß diese elektrische Sirnalfolge einem Korrelator zugeführt und in ihm mit einer vorgegebenen zweiten Signalfolge korreliert wird.This object is achieved in that the optical Sensor made up of one or more rows of photosensitive charge transport elements (CCD sensors) consists that the content of the sensor, controlled by a clock, is read out periodically and thus converted into an electrical signal sequence, and that this electrical signal sequence fed to a correlator and in it with a predetermined second signal sequence is correlated.
Die Vorteile eines solchen Verfahrens sind insbesondere darin z sehen, daß die Abtastung des optischen Spektrums auf einf:iie Weise, insbesondere ohne jegliche mechanische Bewegung, ddtirch erfolgt, daß das Spektrum auf eine oder mehrere Zeilen von photoempfindlichen Ladungstransportelementen prsojiziert wird. Der Inhalt solcher Zeilen von Ladungstransportelementen kann auf einfache Weise, von einem 'i'aktgeber gesteuert, ausgelesen und die dadurch erzeugte elektrische SignaLfolge, welche die spektrale Intensitätsverteilung wiedergibt, einem Korrelator zugeführt werden, in dem sie mit einer vorgegebenen Signalfolge verglichen wird, um so Aussagen über das auszuwertende Spektrum zu gewinnen.The advantages of such a procedure are in particular: that the scanning of the optical spectrum in a simple manner, in particular without any mechanical movement that occurs so that the spectrum falls on one or more Lines of photosensitive charge transport elements is projected. The content such rows of charge transport elements can be easily obtained from one 'i'aktgeber controlled, read out and the resulting electrical signal sequence, which reproduces the spectral intensity distribution, fed to a correlator in which it is compared with a predetermined signal sequence, so statements to win over the spectrum to be evaluated.
nu diese Weise ist auch die Auswertung sehr komplizierter Spektren möglich, in denen ein bestimmtes Teilspektrum somit nur schwer oder gar nicht nachzuweisen ist. Das Verfahren arbeitet sehr schnell, die Geschwindigkeit ist praktisch durch die Auslesezeit des Sensors bestimmt, die in der Größonordnungvon ms oder noch darunter liegt.This is also the way to evaluate very complicated spectra possible, in which a certain sub-spectrum can only be detected with difficulty or not at all is. The process works very quickly, the speed is practically through the readout time of the sensor is determined by the order of ms or even less lies.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus deri Unteransprüchen.Further refinements of the invention emerge from the subclaims.
Der Vollständigkeit halber sei hier erwähnt, daß e zur der DE-OS 24 24 549 bereits bekannt war, bei einem Raman-Streulicht auswertenden Strömungsmittelanlysiergerät das Streulicht über ein zerlegendes Prisma einem Detektor zuzuführen, der aus mehreren nebeneinander angeordneten photoelektrischen Elementen besteht, welche periodisch nacheinander abtastbar sind.For the sake of completeness, it should be mentioned here that e for DE-OS 24 24 549 was already known in a Raman scattered light evaluating fluid analyzer to feed the scattered light via a splitting prism to a detector made up of several juxtaposed photoelectric elements, which periodically are scanned one after the other.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von einigen tUS-führungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung in schematischer Darstellung, Fig. 2a-c in schematischer Darstellung die Emissionsspektren eines zu untersuchenden und eines darin gesuchten, bekannten Stoffes und darnus bgcleitete elektrische Signalfolgen, Fig. 3a-e in schematischer Darstellung die Absorptionsspektren eines zu untersuchenden und eines darin gesuchten, bekannten Stoffes und darílls abgeleitete elektrische Signalfolgen, Fig. 4 in schematischer Darstellung das Emissionsspektrum einer zu untersuchenden Strahlun;squelle mit zwei Vergleichsspektren, Fig. 5 eine Abwandlung der Anordnung nach Fig. 1.The invention is illustrated below with the aid of some tUS exemplary embodiments explained in more detail. 1 shows an arrangement for carrying out the method according to the invention in a schematic representation, Fig. 2a-c in a schematic representation the emission spectra of a known one to be investigated and one searched for therein Substance and darnus bgcleitete electrical signal sequences, Fig. 3a-e in schematic Representation of the absorption spectra of one to be examined and one searched for in it, known substance and darílls derived electrical signal sequences, Fig. 4 in a schematic Representation of the emission spectrum of a radiation source to be examined with two Comparison spectra, FIG. 5 a modification of the arrangement according to FIG. 1.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Ve1X-fahrens nach der Erfindung schematisch (1argestelll. nie von einer Lichtquelle 1 ausgehende Strahlung 10 fällt blech Durchgang durch eine Küvette 2, die ein zu untersuchendes Medium enthält oder von ihm durchströmt wir(1, auf ein Prisma 3 (oder ein geeignetes Gitter). Bei der Auswertung von Emissionsspektren tritt das emittierende Medium an die Stelle der Lichtquelle 1 urtd der Küvette 2.In Fig. 1 is a device for performing the Ve1X-fahrens according to of the invention schematically (1argestelll. Radiation never emanating from a light source 1 10 falls sheet metal passage through a cuvette 2, which is a medium to be examined contains or flows through it (1, onto a prism 3 (or a suitable grid). When evaluating emission spectra, the emitting medium takes the place the light source 1 and the cuvette 2.
durch dns Prisma 3 wird die Str:ih]ung 10 in ihre spek- tIalen Bestandteile 11 zerlegt. Dieses Spektrum (oder ein ausgewählter Teil desselben), das durch die Wellenlängen 10 und Ji20 begrenzt wird, wird auf einen Sensor 4 projiziert, der aus einer oder mehreren Zeilen von photoempfindlichen Ladungstransportelementen, sog. CCD (charge coupled device)-Sensoren besteht. Ein solcher Sensor ist ein Festkörperbauelement, das aus z.B. 1.000 in einer Zeile angeordneten photoempfindlichen Elementen 44 besteht, die so mit einer oder zwei Reihen von Ladungstransportelementen gekoppelt sind, daß der Signalinhalt der einzelnen Elemente, dessen Amplitude der Intensität des auf sie aufgefallenen Teils des Spektrums 11 entspricht, mit Hilfe eines von einem Taktgeber 5 dem Sensor zufrefiihrten Taktsignals ausgelesen werden kann.through the prism 3, the stream 10 is reflected in its spec- valley Components 11 disassembled. This spectrum (or a selected part of it), which is limited by the wavelengths 10 and Ji20, is projected onto a sensor 4, which consists of one or more lines of photosensitive charge transport elements, so-called CCD (charge coupled device) sensors. Such a sensor is a solid-state component, which consists, for example, of 1,000 photosensitive elements 44 arranged in a line, which are so coupled to one or two rows of charge transport elements, that the signal content of the individual elements, the amplitude of which corresponds to the intensity of the corresponds to part of the spectrum 11 which has been observed on them, with the aid of one of one Clock signal 5 fed to the sensor can be read out.
Solche Sensoren sind bekannt (siehe z.B. "Elektronik"(1979) 13, 74 bis 81). Praktisch ausgeführte Sensoren haben z.B.Such sensors are known (see e.g. "Elektronik" (1979) 13, 74 to 81). Practical sensors have e.g.
bei einer Länge von etwa 10 mm 1.000 Sensorelemente, so daß ein auf einen solchen Sensor mit einer Breite von etw:j-- ebenfalls 10 mm projiziertes Spektrum mit einer Genaudgkeit von 0,1 % bezüglich der Wellenlänge analysiert werden kann.at a length of about 10 mm 1,000 sensor elements, so that a such a sensor with a width of about: j-- also 10 mm projected spectrum can be analyzed with an accuracy of 0.1% with respect to the wavelength.
Die ausgelesene, am Ausgang des Sensors 4 auftretende elektrische Signalfolge 12, deren Amplitudenverteilung über die Zeit der Intensitätaverteilung des Spektrums 11 über seine optische Breite entspricht, wird dann einem Korrelator 6 zugefiihrt und in diesem ausgewertet. Ein Korrelator ist eine Vorrichtung, in der die ähnlichkeit zwischen zwei elektrischen Signalfolgen gemessen wird, wobei die zweite Signalfolge auch durch die zeitlich verschobene ers-te Signalfolge ersetzt werden kann (Autokorre1-tion). Solche Korrelatoren sind bekannt und z.B.The electrical output that has been read out at the output of the sensor 4 Signal sequence 12, the amplitude distribution of which over the time of the intensity distribution of the spectrum 11 corresponds to its optical width, then becomes a correlator 6 and evaluated in this. A correlator is a device in which measures the similarity between two electrical signal sequences, where the second signal sequence is also replaced by the time-shifted first signal sequence can be (auto-correction). Such correlators are known and e.g.
in ltilippow: Taschcnbuch der Elektrotechnik Band 2, Miinchen 1977, Seiten 128-172 beschrieben. Die Ausgangs- größe des Korrelators, der Korrelationsfaktor, ist; ein Maß für die Ähnlichkeit der beiden Signalfolgen. D(r Korrelator kann aus einer (oder wenigen) integrierten Halbleiterschaltungen aufgebaut sein.in ltilippow: Pocketbook of Electrical Engineering Volume 2, Munich 1977, Pages 128-172. The initial size of the correlator, is the correlation factor; a measure of the similarity of the two signal sequences. The correlator can consist of one (or a few) integrated semiconductor circuits be constructed.
In dem Korrelator 6 wird die elektrische Signalfolge 1<:' mit einer zweiten elektrischen Signalfolge 13 verglichen, die einem Speicher 7 entnommen wird und die einer vorgegebenen oder einer gesuchten spektralen Verteilung Ctltspricht, so daß sich am Ausgang des Korrelators 6 ein bestimmter Korrelationskoeffizient ergibt, der deutlich <0 ist, wenn in der aus dem zu untersuchenden Spektrum 11 gewonnenen elektrischen Signalfolge 12 die vorgegebene Signalfolge 13 enthalten ist.In the correlator 6, the electrical signal sequence 1 <: 'with a second electrical signal sequence 13, which is taken from a memory 7 and which corresponds to a predetermined or a desired spectral distribution Ctlt, so that at the output of the correlator 6 there is a certain correlation coefficient results, which is clearly <0 if in the spectrum to be examined 11 obtained electrical signal sequence 12 contain the predetermined signal sequence 13 is.
Mit der Ausgangsgröße des Korrelators C, können z.B. it:-nale ausgelöst werden, die anzeigen, daß das Medium in der durchstrahlten Küvette 2 eine bestimmte Zusammensetzung hat, bzw. nicht hat, oder die Ausgangsgröße kann auf bekannte Weise auf die Zusammensetzung des Medium in der Küvette einwirken, so daß ein Regelkreis geschaffen ist, der den Anteil einer oder mehrerer Komponenten in dem Medium über die sich daraus ergebeiide Intensitätsverteilung des Spektrums 11 konstant hält.With the output variable of the correlator C, e.g. it: -nale can be triggered that indicate that the medium in the irradiated cuvette 2 is a certain Composition has or does not have, or the output variable can be known in a known manner act on the composition of the medium in the cuvette, so that a control loop is created, the proportion of one or more components in the medium about the intensity distribution of the spectrum 11 resulting therefrom keeps constant.
Im folgenden seien einige praktische Anwendungen des oben im Prinzip beschriebenen Verfahrens näher erla"utert.The following are some practical applications of the above in principle described method is explained in more detail.
Anhand der Figur 2 wird die Anwendung des Verfahren; nach der Erfindung zur Auswertung von Emissionsspektren erlautert. Die Figur 2a zeigt inganz schematischer Darstellung das Linienspektrum eines zu untersuchenden Mediums; die Intensität I der Emissionslinien ist iil)er der Wellenläng # aufgetragen. Dieses Iinienspektrurn sol daraufhin untersucht werden, ob in ihm bei den Wellen- längen #1, #2 und #3 mit bestimmter Intensi-tät auftretende Linien enthalten sind, die für einen bestimmten Stoff charakteristisch sind, der in dem zu untersuchenden Medium festgestellt werden soX Wird dieses Spektrum auf den optischen Sensor 4 (siehe Fig. 1) projiziert, so tritt bei jedem Auslesen des Sensors an seinem Ausgang eine elektrische Signalfolge auf, wie sie in Fig. 2b dargestellt ist. Die Amplituderlverteilung dieser Signalfolge über der Zeit entspricht der Intensitätsverteilung des Spektrums über der Wellenl.inge .Using the figure 2, the application of the method is; according to the invention for the evaluation of emission spectra. FIG. 2a shows the whole more schematically Representation of the line spectrum of a medium to be examined; the intensity I. of the emission lines is plotted at the wavelength. This line spectrum should then be examined whether in it with the waves lengths # 1, # 2 and # 3 contain lines that occur with a certain intensity are characteristic of a certain substance in the medium to be investigated can be determined soX If this spectrum is transmitted to the optical sensor 4 (see Fig. 1) is projected, each time the sensor is read out, an electrical output occurs at its output Signal sequence as shown in Fig. 2b. The amplitude distribution of these Signal sequence over time corresponds to the intensity distribution of the spectrum over the shaft length.
In dem Korrelator 6 wird nun diese Signalfolge 12 mit einer Signalfolge 13 korreliert, wie sie in Fig. 2c dargestellt ist. Diese Signalfolge ist eine entsprechende Umsetzung der Intensitätsvertei lung über der Wellenlänge des gesuchten Spektrums in eine Amplitudenverteilung iiber der Aeit.In the correlator 6, this signal sequence 12 is now with a signal sequence 13 correlates, as shown in Fig. 2c. This signal sequence is a corresponding one Implementation of the intensity distribution over the wavelength of the spectrum sought into an amplitude distribution over the length.
Bei de Korrelation der beiden Signalfolgen 12 und 13, d.h. der in den Figuren 2b und 2c dargestellten Signalfolgen, ergibt sich dann am Ausgang des Korre].ators 6 ein Korrelationskoeffizient deutlich größer 0, wenn das der Signalfolge nach Fig. 2c entsprechende Spektrum iI1 dem Spektrum nach Fig. 2a, wie hier ja dargestellt, enthalten ist.With the correlation of the two signal sequences 12 and 13, i.e. the in The signal sequences shown in FIGS. 2b and 2c then result at the output of the Corre] .ators 6 has a correlation coefficient significantly greater than 0 if that of the signal sequence According to FIG. 2c, the spectrum iI1 corresponds to the spectrum according to FIG. 2a, as shown here, is included.
Es ist auf diese Weise also möglich, ein beliebiges, gegebenes Emissionsspektrum daraufhin zu untersuchen, ot) ein beliebiges, vorgogebenes Teilspektrum in ihm enthalten ist.In this way it is possible to have any given emission spectrum then to investigate, ot) contain an arbitrary, predetermined partial spectrum in it is.
Mit einem solchen Verfahren kann also eine Analyse der Zusammensetzung oder des Verunreinigungsgehaltes eines Stoffes dadurch erfolgen, daß dieser Stoff soweit erhitze wird, daß Bestandteile eine spezifische optische Strahlung emittieren, die dann, selbst wenn eine sehr komplizierte Struktur vorliegt, in dem Gesamtspektrum dadurch festgestellt werden kann, daß eine dem gesuchten Spektrum entsprechende Signalfolge mit der auf dem (;esamtspektrum gewonnenen Signalfolge korre]iert wird.With such a method, an analysis of the composition can be carried out or the impurity content of a substance take place in that this substance is heated to the extent that components have a specific optical radiation emit which, even if there is a very complicated structure in the Entire spectrum can be determined in that one of the sought-after spectrum corresponding signal sequence with the signal sequence obtained on the (esamtspektrum) is corrected.
Ein solches Verfahren läßt sich vielfältig anwender, so - außer selbstverständlich zur chemischen Analyse -Fertigungskontrolle bei der Herstellung von Glühlampen, Leuchtsoffröhren, lichtemittierenden Dioden etc.Such a process can be used in many ways, except as a matter of course for chemical analysis - production control in the manufacture of incandescent lamps, Fluorescent tubes, light emitting diodes, etc.
Anhand der Figur 3 wird die Anwendung des Verfahrens n;ch der Erfindung zur Auswertung von Absorptionsspektron erläutert.Die Fig. 2a zeigt in schematischer Darstellung das Absorptionsspektrum eines zu untersuchenden Wdiurn', die DurchlässigkeitD (Kehrwert der Absorption) ist tabor der Wellenlänge # aufgetragen. Dieses Absorptionspektrum soll daraufhin untersucht werden, ob in ihm bei den Wellenlängen #1 und #2 Absorptionsbanden auftreten, die für einen bestimmten Stoff charakteristisch sind, der in dem zu untersuchenden Medium festgestellt werden Wird dieses Spektrum auf den optischen Sensor 4 (siehe Fig. 1) projiziert, so tritt bei jedem Auslesen des Sensors an seinem Ausgang eine elektrische Signalfolge auf, wie sie in Fig. 3b dargestellt ist. Die Amplitudenverteilung dieser Signalfolge über der Zeit entspricht der Intensitätsverteilung des Spektrums über der Wellenlänge.The application of the method n; ch of the invention is illustrated in FIG for the evaluation of absorption spectrons. Fig. 2a shows a schematic Representation of the absorption spectrum of a Wdiurn 'to be examined, the permeability D. (Reciprocal value of the absorption) is applied to the wavelength #. This absorption spectrum it should then be examined whether there are absorption bands in it at wavelengths # 1 and # 2 occur that are characteristic of a certain substance, that of the substance under investigation Medium to be determined If this spectrum is transmitted to the optical sensor 4 (see Fig. 1) is projected, each time the sensor is read out, a electrical signal sequence, as shown in Fig. 3b. The amplitude distribution this signal sequence over time corresponds to the intensity distribution of the spectrum over the wavelength.
Diese Signalfolge wird nun (durch eine in Fig. 1 nicht dargestell-te Schaltung) differenziert, so daß sich die in Fig. 3c dargestellte Signalfolge ergibt. U1 ist dabei die Spannung am Ausgang der differenzierenden Schaltung.This signal sequence is now (by a not shown in Fig. 1-te Circuit) differentiated, so that the signal sequence shown in Fig. 3c results. U1 is the voltage at the output of the differentiating circuit.
Wird diese Signalfolge dann gleichgerichtet, so ergibt; sich die in Fig. 3d dargestellte Signalfolge, die als Signalfolge 12 dem Korrelator 5 zugeführt wird. In ihm wird sie mit einer Signalfolge 13 korreliert, wie sie in Fig. 3e dargestellt ist. Diese Signalfolge ist eine entsprechende Umsetzung der Intensitätsverteilung über der Wellenlänge des gesuchten Spektrums in einer Amplitudenvorteilung über der Zeit.If this signal sequence is then rectified, the result is; themselves the signal sequence shown in Fig. 3d, which as a signal sequence 12 to the correlator 5 is fed. In it, it is correlated with a signal sequence 13, as shown in Fig. 3e is shown. This signal sequence is a corresponding implementation of the Intensity distribution over the wavelength of the spectrum sought in an amplitude advantage over time.
Bei der Korrelation der beiden Signalfolgen 12 und 13, d.h. der in den Figuren 3d und 3e dargestellten Signalfolgen, ergibt sich dann am Ausgang des Korrelators 6 ein Korrelationskoeffizient deutlich größer 0, wenn das der Signalfolge nach Fig. 3e entsprechende Spektrum in dm Spektrum nach Fig. 3a, wie hier ja dargestellt, enth&3t;en ist.When correlating the two signal sequences 12 and 13, i.e. the in The signal sequences shown in FIGS. 3d and 3e then result at the output of the Correlator 6 has a correlation coefficient significantly greater than 0 if that of the signal sequence according to Fig. 3e corresponding spectrum in the spectrum according to Fig. 3a, as shown here, is included.
Auf diese Weise ist es also möglich, auch ein beliebiges, gegebenes Absorptionsspektrum daraufhin zu untersuchen, ob ein beliebiges, vorgegebenes Teilspektrum in ihm enttlllten ist.In this way it is possible, even any given one To investigate the absorption spectrum whether any, given partial spectrum is revealed in him.
Praktisch bedeutet dies, daß sich optisch durchlässige Körper auf ihre Zusammensetzung und ihren Verunreinigungsgehalt untersuchen lassen, selbst dann, wenn eine optisch komplizierte Struktur vorliegt.In practice this means that there are optically permeable bodies on have their composition and their impurity content examined, yourself when there is an optically complex structure.
Beispiele für geeignete zu untersuchende Medien sind Gläser, Kristalle und Flüssigkeiten und Gase. Z.B.Examples of suitable media to be examined are glasses, crystals and liquids and gases. E.g.
kö.rnea so in Ionenkristallen sehr genau komplizierte Spektren von Farbzentren analysiert werden.so in ion crystals very precisely complicated spectra of Color centers are analyzed.
Mit im Infrarotbereich @ empfindlichen Sensoren läßt sich das Verfahren nach der Erfindung auch auf dem Gebiet der Infra- oder Ultrarotspektroskopie, also (lor Untersuchung von Molekülspektren anwenden.The process can be carried out with sensors that are sensitive in the infrared range @ according to the invention also in the field of infrared or ultrared spectroscopy, ie (lor study of molecular spectra apply.
Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung die Emissionsspektren von Strahlungsquellen, wobei die Strahlungsintensitzt I über der Wellenlänge c aufgetragen ist.Fig. 4 shows a schematic representation of the emission spectra of Radiation sources, where the radiation intensity I is plotted against the wavelength c is.
Dabei ist 40 das Spektrum einer zu untersuchenden Strahlungsquelle, während 41 und 42 Vergleichsspektren sind.40 is the spectrum of a radiation source to be examined, while 41 and 42 are comparative spectra.
Werden die mit Hilfe des Verfahrens nach der Erfindung aus diesen Spektren gewonnenen, entsprechenden Signalfolgen miteinander korreliert - dabei können die d(tl Spektren 41 und 42 entsprechenden 51 gnal folgen auch synthetisch erzeugt worden sein - , so ist es möglich, all dem Ergebnis dieser Korrelation Aussagen über die l,age des Spektrums 40 innerhalb der beiden Vergleichsspekt;ren 41 und 42 und damit eine sehr sichere und störunabhängige Aussage über die Temperatur der Strahlungsquelle zu machen, soweit es sich um einen schwarzen, bzw. angenähert scharben Strahler handelt.Are the with the help of the method according to the invention from these Correlated corresponding signal sequences obtained from spectra - thereby the d (tl spectra 41 and 42 corresponding to 51 gnal can also follow synthetically have been generated - so it is possible to make all the result of these correlation statements on the position of the spectrum 40 within the two comparison spectra 41 and 42 and thus a very reliable and interference-independent statement about the temperature of the To make radiation source, as far as it is a black, or approximated sheared Spotlight acts.
Da hier ein Intensitätsvergleich nicht nur bei einer We.l.-lenlänge sondern über den gesamten Spektralbereich erfolgt, ist dieses Verfahren sehr störsicher, d.h. von eventuellen Verschmutzungen der Neßapparatur etc. Urlabhängig. Eine Anwendungsmöglichkeit dieses Verfahrens ist also die Temperaturmessung.Since here an intensity comparison is not only made for a shaft length but takes place over the entire spectral range, this method is very interference-free, i.e. depending on possible contamination of the measuring apparatus etc. Url-dependent. One possible application this method is therefore the temperature measurement.
Fig. 5 zeigt eine Abwandlung der in Fig. 1 dargestellten Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.FIG. 5 shows a modification of the arrangement shown in FIG for carrying out the method according to the invention.
Die von der Lichtquelle 1 ausgehende Strahlung wird bei dieser Abwandlung mit Hilfe einer geeigneten Spiegel vor'-richtung sowohl durch die das zu untersuchende Medium enthaltende Küvette 2, als auch durch eine ein Vergleicisder Bezugsmedium enthaltende Küvette 2a geleitet und dann durch ein Prisma 3 in ihre spektralen Bestandteile 11 zerlegt. Dabei wird mit Hilfe z.B. eines rotierenden Spiegels 20 entweder die aus der Küvette 2 oder die aus der Küvette 2a austretende Strahlung dem Prisma 3 zugeführt. Das Spektrum 11 wird dann, wie bereits anhand der Fig. 1 beschrieben, auf einen CCD-Sensor 4 projiziert, dessen Inhalt mit Hilfe eines von dem Taktgeber 5 dem Sensor zugeführten Taktsignals periodisch ausgelesen wird.In this modification, the radiation emanating from the light source 1 with the help of a suitable mirror vor'-direction both through the to be examined Medium-containing cuvette 2, as well as a comparison of the reference medium containing cuvette 2a and then passed through a prism 3 in their spectral components 11 disassembled. With the help of e.g. a rotating mirror 20, either the the cuvette 2 or the radiation emerging from the cuvette 2a is fed to the prism 3. The spectrum 11 is then, as already described with reference to FIG. 1, on one CCD sensor 4 projected, the content of which with the help of one of the clock 5 the sensor supplied clock signal is read periodically.
Die ausgelesene, am Ausgang des Sensors 4 auftretende elektrische Signalfolge entspricht, wenn die Strahlung die Küvette 2a durchläuft, dem durch den Inhalt dieser Küvette bestimmten Spektrum. In diesem Filze wird die Signalfolge durch den Schalter 21, der synchron mit dem rotierenden Spiegel 20 betatigt wird, als Signalfolge 14 einem Speicherelement 70 zugeführt. Durchläuft die Strahlung die Küvette 2, so wird das sich dann ergebende Ausgangssignal 12 des Sensors, bei der anderen Schalterstellung, dem Korrelator 6 direkt zugeführt. Gleich-Zeitig mit dieser Signalfolge 12 wird dann die in dem Speicher 70 gespeicherte Signalfolge als Signalfolge 1', ebenfalls dem krorrelator 6 zugeführt und ihm mit d(L' Signalfolge 12 korreliert. Dies bedeutet also, daß die Spektrum des in der Küvette 2a enthaltenen Bezugs-oder Vergleichsmediums mit dem Spektrum des in der Kükette 2 enthaltenden zu untersuchenden Mediums korreliert wird.The electrical output that has been read out at the output of the sensor 4 When the radiation passes through the cuvette 2a, the signal sequence corresponds to that through the content of this cuvette determined the spectrum. In this felt the signal sequence by the switch 21, which is operated synchronously with the rotating mirror 20, supplied as a signal sequence 14 to a storage element 70. The radiation passes through the cuvette 2, then the resulting output signal 12 of the sensor is at the other switch position, the correlator 6 is fed directly. At the same time with this signal sequence 12 then becomes the signal sequence stored in the memory 70 as a signal sequence 1 ', also fed to the krorrelator 6 and marked with d (L' signal sequence 12 correlates. This means that the spectrum contained in the cuvette 2a Reference or comparison medium with the spectrum of that contained in the cooling chain 2 to be examined medium is correlated.
Der sich dabei am Ausgang des Korrelators 6 ergebende korationskoeffizient kann dazu verwendet werden, um riüch geeigneter Weiterverarbeitung in einer Schaltungsanordrilsig 15 als Stellgröße zu dienen, die die Zusammensetzung des die Küvette 2 durchfließenden Mediums so ;it verbadern, daß sich das gleiche Spektrum wie bei dm Bezugs- oder Vergleichsmedium in der Küvette ergibt. Ein Regelkreis der hier beschriebenen Art kann selbst verständlich auch bei einer Anordnung nach Fig. 1 angewendet werden, bei der nur ein Spektrum untersucht wird. LeerseiteThe correlation coefficient resulting at the output of the correlator 6 can be used to ensure suitable further processing in a circuit arrangement 15 to serve as a manipulated variable that determines the composition of the cuvette 2 flowing through Medium so; it badern that the same spectrum as in the reference or Comparison medium in the cuvette results. A control loop here The type described can of course also be used with an arrangement according to FIG. 1 can be used in which only one spectrum is examined. Blank page
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