201607. lajstromszámú szabadalom • Transzmissziós analizátor
HU 201607 A A találmány tárgya transzmissziós analizátor, amelynek vizsgálandó mintára a közeli infravörös tartományba eső monokromatikus fényt kibocsátó, fényforrást és adott esetben szűrőt tartalmazó optikai rendszere, mintatartóban elhelyezkedő mintán áthatoló fénysugár intenzitását érzékelő mérődetektora, a fényforrással optikai kapcsolatban álló referencia detektora, a detektorokhoz csatlakoztatott adatgyűjtő, feldolgozó és vezérlő egysége van. A láthatóhoz közeli infravörös hullámhossz tartományban a meghatározott hullámhosszak abszorbanciáját mérő transzmissziós analizátorok anyagösszetételt határoznak meg a vizsgált mintán áthatolt elektromágneses fénysugárzás spektrumában levő információk feldolgozásával. Az ismert transzmissziós analizátorok sajátosan nyitott optikai rendszerében a fényt a levegőn vezetik keresztül, és az optikai elemek felülete az atmoszférikus változásoknak is kitett környezeti levegővel érintkezik. Ez számos esetben a mérés eredményét érdemben is károsan befolyásolhatja. Egyes esetekben a transzmissziós analizátor szerkezeti felépítésének célszerűsége egymástól eltérő optikai úthosszákat okoz, és az optikai szerkezeti elemekről reflexióval szórt fény ugyancsak befolyásolhatja a mérési eredményeket, így a szóródás és a reflexió ellen speciális konstrukciós és technológiai megoldásokat kell foganatosítani. Ilyen kategóriába eső transzmissziós analizátort ismertet az US-C 4.286.327 lajstromszámú szabadalmi leírás, amelyben az optikai rendszer fényforrásaként egymástól optikailag elszigetelt, azonos típusú szélessávú fényemittáló diódák vannak sík nyomtatott áramköri lapon négyzetes rendben elrendezve, amelyek egy vagy több darabos sorozatból állnak, és a meghatározott hullámhosszúságok konkrét értékeit a fényemittáló diódák elé helyezett szűrők biztosítják. A fényforrás által kibocsátott fény Fresnel lencsén és homogenizátoron keresztüljut a mintára, majd azon áthaladva a szilícium fényérzékelő mérődetektorra. Az ilyen elrendezéssel megvalósított transzmissziós analizátor mérési pontosságát és a mérési eredmények reprodukálhatóságát az optikai elrendezés hátrányosan befolyásolja, mivel a különböző hullámhosszúságú fény úthossza a vizsgálandó mintában is különböző és a kis időállandóval működő fényemittáló diódák fényintenzitás változását referencia detektor nem kompenzálja. A megoldás további hiányossága, hogy valamennyi hullámhosszúsághoz egy vagy több fényemittáló dióda tartozik, továbbá a szorosan egymás mellett elrendezett optikai szűrők a rendszert fényszórás érzékennyé teszik és így az optikai rendszer felépítésénél a közeli infravörös hullámhossz tartományban fényt át nem eresztő anyagokat (műanyagokat) kell alkalmazni. Az optikai rendszer előnytelen tulajdonságai és követelményei összességükben korlátozzák a felhasználás területét. A HU-186.069 lajstromszámú szabadalmi leírás olyan transzmissziós analizátort ismertet, amelyben fényforrásként kör mentén elhelyezett, közel monokromatikus sugárzást kibocsátó elemek, előnyösen fényemittáló diódák vannak beépítve. A meghatározott hullámhosszúságokat a fényforrások, illetve a fényforrások elé elhelyezett optikai szűrők 1 biztosítják. A fénysugarat a kör tengelyében a fényforráshoz képest forgathatóan elhelyezett tükör vetíti a fényforrásokat tartalmazó kör síkjára merőlegesen gyűjtőlencsén keresztül a mintatartóban levő mintára. Ez a szabadalmi leírás olyan fényvetítő tükörelrendezést is ismertet, amely a fényforrásokhoz képest rögzített gúlát tartalmaz, mely gúlának a fényforrásokkal egyező számú tükröző oldallapja van. A gyakorlati megvalósíthatóság szempontjából előnyösebb forgatható tükörelrendezés nagypontosságú pozícionált hajtást igényel, melynek hibája a mérés eredményét közvetlenül befolyásolja. A két mérési pozíció közötti forgatási idő a mérési sebesség szempontjából lassító tényező. Az optikai elrendezés elvéből származóan az optikai rendszer befoglaló méretei az előző megoldáshoz képest lényegesen, a szükségesnél is nagyobbak. Ennek a transzmissziós analizátornak az elsőként ismertetett megoldáshoz képest előnye, hogy a mérőrendszerben szakirodalomból ismert fénykicsatolással és ehhez tartozó fényérzékeléssel jelhányados képzés révén semlegesíti a fényintenzitás tranziens jelenségeit. Mindkét ismertetett megoldásban azonos, hogy a fényforrások által kibocsátott sugárzást időben egymás után a tükör forgatásával, illetve a fényforrások átkapcsolásával továbbítják a minta felé. Mindkét analizátorban közös jellemző az optikai elrendezés nyitottsága és az, hogy mindegyik megadott hullámhosszúsághoz legalább egy azonos vagy eltérő típusú fényforrás, célszerűen fényemittáló dióda tartozik. Jóllehet az elsőként ismertetett megoldásban nem esik róla szó, a megoldás elvben alkalmassá tehető folyamatosan haladó minták analizására, azonban a rendszer nyitottsága az így kapott mérési eredmények megbízhatóságát lényegesen csökkenti. A másodikként ismertetett transzmissziós analizátor felépítése révén automatikus, folyamatos mérésre önmagában nem alkalmas, hiszen a minta mérése valamint a méréstechnikai szempontból etalon mérésként tekinthető levegőmérés időben eltér és az eltérés összemérhető a minta haladási sebességével. Mindkét esetben csak úgy biztosítható a mérés folyamatossága, ha a minta haladását átmenetileg megszakítva végzik el a levegő etalon mérést. A találmánnyal célunk optikailag időben állandósított állapotú zárt optikai rendszerű transzmissziós analizátor létrehozása, amely a felhasználói körülményeket és a méréstechnikai követelményeket azonos építőelem választékból a mindenkori felhasználásnak megfelelően kielégítse és legyen alkalmas mind egyedi, mind sorozatos mérések automatikus, szükség esetén távvezérelt elvégzésére megbízható mérési eredmény sorozat nyújtása mellett. Találmányunk alapfelismerése az a gondolat, hogy a fényforrás, a szűrő, a minta megfelelő elrendezésével és ezek közvetlen vagy fényvezető száloptikán történő csatlakoztatásával nagymértékben megközelíthető az elméletileg helyesnek tartott zárt optikai rendszer és a száloptika alkalmazása a rendszer felépítését a mindenkori követelményekhez igazodóan rugalmasan biztosítja. A kitűzött feladat megoldása során olyan transzmissziós analizátorból indultunk ki, amelynek vizs2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
