183889. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés anyagok spektrumának mérésére
1 183 889 2 A találmány tárgya eljárás és berendezés anyagok spektrumának mérésére. Fotométerekben és spektrofotométerekben sugárzások mérőérzékelőjeként gyakran alkalmaznak félvezetőből készített fotoellenállásokat vagy fotodiódákat. Ezeket a mérőérzékelőket úgy kapcsolják alkalmas mérőáramkörhöz, hogy az így előálló intenzitásmérő egység kimenő feszültsége a mérőérzékelőt érő mérendő sugárzás intenzitásával arányosan változzék. A fotoellenállások sötét-ellenállása, vagyis a besugározatlan fotoellenálláson mérhető ellenállás értéke, azonban nem végtelen, hanem véges érték és a hőmérsékletnek is függvénye. Hasonlóképpen a fotodiódák sötét-árama sem nulla, hanem véges értékű és ugyancsak függvénye a hőmérsékletnek. A sötét-ellenállást, illetve sötét-áramot befolyásolja még a mérőérzékelőt érő magsugárzás (a, j3, 7), továbbá értékük az eszközök élettartama során maradandóan is változik. Ennek következtében az említett intenzitásmérő egységek kimenő feszültsége abban az esetben sem nulla, ha a sugárzásra érzékeny mérőérzékelőt nem éri sugárzás, hanem valamely kis, de véges érték, amely az időben lassan változik. Spektrum mérés során erre a lassan változó nullaszint jelre szuperponálódik a hasznos spektrum jel. Az intenzitásmérő egység kimenetén mérhető feszültség így együtt tartalmazza a nullaszint feszültség pillanatnyi értékét és a mérendő sugárzás intenzitására jellemző feszültséget. Minthogy azonban a mérendő sugárzás intenzitására csak az utóbbi jellemző, a nullaszint feszültséget igyekeznek megállapítani és azt - ha lehet automatikusan -, a kimenő feszültségből levonni, hogy az így kapott különbségi feszültség már csak a mérendő sugárzás intenzitására legyen jellemző. Széles körben alkalmazott az a megoldás, melynél a spektrofotométer sugárútját időnként átlátszatlan rekesszel elzárják, és az intenzitásmérő egység kimenetén ilyenkor mérhető nullaszint feszültség nagyságát megmérik, értékét analóg módon tárolják, majd a sugárút megnyitását követő mérési szakaszban ezt a feszültséget az erősítő kimenő feszültségéből levonják. Ismeretes olyan megoldás is, hogy a rekesznek a sugárútban való tartózkodási ideje alatt a mérőérzékelőhöz kapcsolt erősítő bemenetére olyan feszültséget vagy áramot is kapcsolnak, hogy a kimenő feszültség nullára álljon be, majd a következő mérési szakasz alatt az analóg módon tárolt feszültség vagy áram is a bemenetre kapcsolva marad, és így a kimenő feszültség már csak a mérőérzékelőrejutó mérendő sugárzás intenzitására lesz jellemző. Ezek az eljárások látszólag a nullaszült jel változásából adódó hibát kiküszöbölik. A valóságban a hiba egy része fennmarad, sőt kedvezőtlen esetben nem kívánatos újabb hiba is fellép. Az előbbi elvi, az utóbbi gyakorlati okokra vezethető vissza. Az elvi okokra visszavezethető maradó hiba abból ered, hogy a mérési szakasz kezdetekor kinullázott kimenő feszültség csak akkor maradna az egész mérési szakaszra nulla, ha időközben a mérőérzékelő sötét jele nem változnék, A valóságban azonban a sötét jel, s ezzel a nullaszint jel a mérési szakasz időtartama alatt is változik, és ez a megváltozás már mérési hibát eredményez. A nem kívánatos újabb hiba onnan ered, hogy a sötét szakasz alatt a kimenet nullára állításához szükséges feszültséget analóg módon tárolják, nevezetesen egy kondenzátort töltenek fel a szükséges feszültségre, amelynek az a feladata, hogy a következő mérési szakaszra a feszültséget tárolja. Az ilyen tárolás azonban csak véges pontosságú lehet, mivel a kondenzátor egyrészt saját vezetése, másrészt a csatlakozó áramkörök véges ellenállása következtében töltést veszít. Ez azt jelenti, hogy a mérési szakasz kezdetekor tökéletesen nullázott kimenet feszültsége a mérési periódus végére akkor is eltér a nullától, ha időközben a mérőérzékelő sötét jele nem változik. Csak egy esetben fordulhat elő, hogy a kimenet nullája a mérési szakasz alatt nem változik meg, ha a kondenzátor töltésveszteségéből és a nullaszint mozgásából ere- - dő hiba azonos nagyságú és ellenkező előjelű. Ez csak véletlenül és csak viszonylag rövid időre állhat fenn, erre számítani nem lehet. Ezért az ismert berendezésekben a mérés pontossága a mérési szakasz folyamán folytonosan romlik, mivel a mérendő sugárzás intenzitására jellemző spektrum jel vagy ismeretlen amplitúdójú, időben közel fűrészfog alakkal változó nullaszint jelre van szuperponálva. Célul tűztük ki, hogy találmányunkkal a fentebb ismertetett eljárások és berendezések mérési pontosságát növeljük. A találmányunk szerinti eljárás és berendezés a következő felismeréseken alapszik: a) A sugárzásra érzékeny mérőérzékelő sötét jelének lassú változása nagyrészt termikus okokra vezethető viszsza, a lassú termikus változások rövidebb szakaszai lineáris függvénnyel jól közelíthetők. b) A szinthelyreállító áramkör töltéstároló kondenzátorában a töltésveszteség kezdeti szakasza ugyancsak jól közelíthető lineáris függvénnyel. c) Két különböző, a termikus időállandóhoz képest egymáshoz időben közel lévő időpontban megmért nullaszint jel ismeretében tetszőleges közbülső időpontra a riullaszínt jel értéke jól interpolálható lineárisan, ha pedig a nullaszint jel időbeli változásáról egy olyan mérési sorozattal rendelkezünk, amelynek elemei között eltelt idő a termikus időállandóhoz képest kicsiny, úgy magasabb fokú közelítést alkalmazva az interpolációhoz a közbülső időpontokra még pontosabb adatokat kaphatunk. A találmány tehát egyrészt eljárás anyagok spektrumának mérésére, amelynek során a mérendő anyagmintáját kívánt hullámhosszokon sugárzással besugározzuk és méljük s minta által kibocsátott sugárzásra intenzitásmérő egység által kiadott villamos spektrum jeleket. Az eljárási az jellemzi, hogy mérjük az intenzitásmérő egység által sugárzásmentes állapotban kiadott nullaszint jelet és a mért nullaszint értéket tároljuk, utána legalább egy hullámhosszon egy vagy több spektrum jel mérést végzünk és a mért egy vagy több spektrum értéket tároljuk, majd ismét mérjük az intenzitásmérő egység által sugárzásmentes állapotban kiadott nullaszint jelet és értékét tároljuk, adott esetben kívánt legalább egy hullámhosszon az egy vagy több spektrum jel mérést és értékének tárolását, valamint a nullaszint jel mérést és értékének tárolását tetszőleges számban megismételjük, majd a tárolt spektrum értékeket a tárolt nullaszint értékek alapján előállított korrekciós értékekkel módosítjuk. Ugyancsak a találmány szerinti az olyan eljárás anyagok spektrumának mérésére, amelynek során a mérendő anyag mintáját kívánt hullámhosszokon sugárzással besugározzuk és mérjük a minta által kibocsátott sugárzásra intenzitásmérő egység által kiadott villamos spektrum jeleket, amikorís az intenzitásmérő egység sugárzásmentes állapotában az intenzitásmérő egységet nullázzuk. A találmány szerint az intenzitásmérő egység nullázása után legalább egy hullámhosszon egy vagy több spektrum jel 5 0 " 5 20 25 '0 35 40 45 50 55 60 65 2
