DE2405567C3 - AjwkcUwuj.% tue Messung der ia einem, bestimmten Zeitraum an einer Stelle auftretenden Bestrahlungsenergie - Google Patents
AjwkcUwuj.% tue Messung der ia einem, bestimmten Zeitraum an einer Stelle auftretenden BestrahlungsenergieInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Messung der in einem bestimmten Zeitraum an einer
Stelle auftretenden Bestrahlungsenergie, mit einem von der Strahlung beaufschlagten fotoelektrischen Empfänger,
einem Integrator zur Integration des Ausgangssignals
des Empfängers, einer an den Ausgang des Integrators angeschlossenen Schwellwertschaltung zur
Erzeugung eines den Integrator in den Ausgangszustand zurücksetzenden Schaltsignals bei Erreichen eines
bestimmten Schwellwerts durch das integrierte Ausgangssignal des Empfängers und einer ihren Zustand
unter dem Einfluß des Schaltsignals ändernden Einrichtung.
Eine derartige Anordnung ist bekannt (US-PS 58 770). Das fotoelektrische Element befindet sich bei
dieser Anordnung in einem Zweig einer Brückenschaltung und speist nach Beaufschlagung mit Strahlungsenergie
einen Strom in einen Integrator ein, der einen Kondensator von großer Kapazität aufweist. Der
Kondensator ist im Rückkopplungszweig eines Verstärkers angeordnet. Der Verstärkerausgang steht über
einen Ruhekontakt eines Relais mit der Basis eines Transistors in der Schwellwertschaltung in Verbindung.
Die Emitterspannung des Transistors läßt sich mittels eines Potentiometers einstellen. Sobald die arn Emitter
eingestellte Spannungsschwelle von der Basisspannung
ίο des Transistors unterschritten wird, steuert der Transistor
einen nachgeschalteten Transistor leitend, in dessen Kollektorkreis das Relais angeordnet ist. Der leitende
Transistor betätigt das Relais, das den Ruhekontakt öffnet und einen Arbeilskontakt schließt, über den sich
di- Kondensator entlädt. Bei dieser bekannten Anordnung
führt der Integrator während des gesamten Meßzeitraums eine kontinuierliche Integration aus.
Bei einer anderen bekannten Vorrichtur.g zur Messung der in einem bestimmten Zeitraum an einer
Stelle auftretenden Bestrahlungsenergie ist einem fotoelektrischen Empfänger ein Integrator nachgeschaltet,
an den ein Schalter angeschlossen ist. Der Schalter gibt an einen Zähler ein Signal ab, dessen Dauer der
Amplitude des Ausgangssignals des Integrators proportional ist. Während der Dauer dieses Signals gelangen
Taktimpulse eines Taktgenerators in den Zähler, dem eine Anzeigeeinrichtung nachgeschaltet ist (US-PS
37 10 115). Die Integration läuft in dnm vorgegebenen
Meßzeitraum bei dieser Anordnung ebenfalls kontinuierlichab.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs erwähnten Gattung derart
weiterzuentwickeln, daß bei geringem schaltungstechnischem Aufwand auch bei längeren Meßzeiträumen eine
genaue Messung der Bestrahlungsenergie möglich ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einrichtung aus einem Zähler besteht, dessen
Inhalt bei Auftreten des Schaltsignals um eine Einheit erhöht wird, und daß die Anspi jchschwelle der
Schwellwertschaltung so bemessen ist, daß diese Ansprechschwelle innerhalb des bestimmten Zeitraums
wiederholt erreicht wird.
Mit dieser Anordnung wird die Gesamtmeßzeit in einzelne Integrationsintervalle aufgeteilt, die gezählt
und als Meßwert ausgegeben werden. Die Ansprechschwelle kann geeicht werden und bleibt danach immer
eingestellt. Während bei den bekannten Anordnungen für lange Meßzeiträume Kondensatoren großer Kapazität
zur Erzielung einer genauen Messung notwendig sind, läßt sich bei der vorstehend beschriebenen
Anordnung die Genauigkeit mit Kondensatoren von geringer Kapazität erreichen, die kleine Abmessungen
und geringe Gewichte aufweisen. Der Meßzeitraum kann durch die Wahl eines Zählers mit entsprechender
Zählkapazität beliebig groß sein. Mit geringem Aufwand läßt sich deshalb ein großer Meßbereich erzielen.
Für die Rücksetzung des Integrators nach jedem Integrationsintervall benötigt die Anordnung nur ein
Schaltelement. Da die Anordnung ί/otz großem Meßbereich nur wenige, kleine Bauteile enthält,
beansprucht sie nur wenig Raum und ist in der Handhabung sehr einfach.
Die Anordnung kann bei Untersuchungen eingesetzt werden, durch die der Einfluß von Strahlungsenergie auf
ft5 Materialien, z. B. Textilien, festgestellt werden soll. An
Textilien werden die Untersuchungen durchgeführt, um die Lichtbeständigkeit der verwendeten Farben zu
prüfen. Diese Untersuchungen erstrecken sich über
lange Zeiträume, in denen mit Schwankungen der Bestrahlungsstärke gerechnet werden muß. Auch bei
Verwendung von Tageslicht für die Bestrahlungen treten z. B. Lichtschwankungen auf. Bei künstlichen
Lichtquellen beeinflussen Schwankungen der Energieversorgung und die Alterung die Beleuchtungsstärke.
In einer bevorzugien Ausführungsform ist vorgesehen,
daß der Integrator einen Differenzverstärker aufweist, in dessen Rückkopplungszweig übei einen
Wahlschalter Kondensatoren unterschiedlicher Kapazität und in dessen Eingangsstromkreis über einen
weiteren Wahlschalter Widerstände mit unterschiedlichen Widerstandswerten einschaltbar sind. Diese
Anordnung ermöglicht die Umschaltung auf unterschiedliche Meßbereiche. Die Verwendungsmöglichkeit
der Meßanordnung wird somit erveitert
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist zu den Kondensatoren ein steuerbares Schaltelement parallel
geschaltet, das beim Ansprechen der Schwellwertschaltung in den leitenden Zustand umgeschaltet wird. Als
steuerbares Schaltelement kann ein Feldeffekttransistor verwendet werden, der während des AbLufs der
Integration nichtleitend ist. Die Integration wird von dem Feldeffekttransistor daher praktisch nicht beeinflußt.
Über dem Feldeffekttransistor ist weiterhin ein schneller Ausgleich der Ladungen des jeweils im
Rückkopplungskreis liegenden Kondensators erreichbar, so daß die Zeit für den Ladungsausgleich sehr klein
gegenüber der für die Integration zur Verfügung stehenden Zeit ist.
Eine günstige Ausführungsform besteht darin, daß der Schwellwertschaltung ein Transistor nachgeschaltet ist,
in dessen Kollektorkreis eine Betätigungsspule eines elektromechanischen Zählers angeordnet ist. Wenn der
Transistor in den leitenden Zustand gesteuert wird, fließt ein Strom durch die Betätigungsspule, durch den
der Zähler um eine Einheit weitergeschaltet wird.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist zu der aus dem Transistor und der Betätigungsspule
bestehenden Reihenschaltung ein Kondensator parallel geschaltet, der an einer Spannungsquelle mit großem
Innenwiderstand angeschlossen ist. Bei gesperrtem Transistor wird der Kondensator auf die Spannung der
Spannungsquelle aufgeladen. Die im Kondensator gespeicherte Energie steht für die Betätigung des
Zählers zur Verfugung. Die Anordnung kann daher von einer Spannungsquelle geringer Leistung gespeist
werden. Da für den einwandfreien Betrieb der Anordnung Batterien oder Solarzellen ausreichen, kann
die Anordnung im Freien und an Stellen verwendet werden, an denen kein elektrisches Leitungsnetz
vorhanden is«.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt ein Schaltbild einer Anordnung zur Messung der in einem bestimmten Zeitraum an einer
Stelle auftretenden Bestrahlungsenergie. Ein optisches Filter 10 wird von einer nicht dargestellten Lichtquelle
beleuchtet. Von der zur Verfügung stehenden Strahlung, z. B. dem Sonnenlicht, durchdringt das Filter 10 ein für
die jeweilige Untersuchung gewünschter Spektralbereich der Strahlung. Dem Filter 10 ist ein fotoelektrischer
Empfänger 12 nachgeschaltet, auf den Strahlung nach dem Durchlaufen des Filters 10 auftrifft. Der
fotoelektrische Empfänger 12 ist mit einem Eingang eines Differenzverstärker. 14 verbunden, dessen zweiter
Eingang an Bezugspotential gelegt ist. Zwischen den Ausgang des Differenzverstärkers 14 und den an den
Empfänger 12 angeschlossenen Eingang ist ein Rückkopplungswiderstand 16 geschaltet, mi! dem der
Verstärkungsgrad eingestellt wird.
Der Verstärker 14 speist einen Integrator 18, der einen Wahlschalter 20 enthält, dessen mit dem
Kontaktelement verbundener Anschluß an den Ausgang des Verstärkers 14 angeschlossen ist. Der
Wahlschalter 20 ist auf drei, nicht näher bezeichnete
ίο Ausgangsanschlüsse umschaltbar, die mit Widerständen
22,24,26 in Verbindung stehen. Die zweiten Anschlüsse
der Widerstände 22, 24, 26 sind gemeinsam an einen Eingang eines Differenzverstärkers 28 angeschlossen,
dessen zweiter Eingang an Bezugspotential gelegt ist.
Mit der gemeinsamen Anschlußstelle der Widerstände 22, 24, 26 ist weiterhin ein Wahlschalter 30 über einen
Eingangsanschluß verbunden. Der Wahlschalter 30 enthält drei nicht näher bezeichnete Ausgänge, die an
Kondensatoren 32, 34, 36 angeschlossen sind. Die zweiten Anschlüsse der Kondensator u 32, 34, 36 sind
gemeinsam auf den Ausgang des Diffcrcizvcrstärkcrs
28 geführt, der über einen Widerstand 38 eine Schwellwertschaltung 40 speist, die aus zwei Gattern 42,
44 aufgebaut ist. Die Schwellwertschaltung 40 isi als Schmitt-Trigger ausgebildet.
An den Ausgang der Schwellwertschaltung 40 ist einerseits die Steuerelektrode eines Feldeffekttransistors
46 und andererseits über einen Widerstand 48 die Basis eines Transistors 50 angeschlossen, in dessen
Kollektorkreis eine Betätigungsspule 52 eines elektromagnetischen Impulszählers 52 angeordnet ist. Parallel
zur Betätigungsspule 52 ist eine bezüglich der Spannungsversorgung in Sperrichtung gepolte Diode 56
geschaltet. Der Emitter des Transistors 50 ist an Bezugspotential gelegt. Die Reihenschaltung des Transistors
50 und der Betätigungsspule 52 ist zu einem Kondensator 58 parallel geschaltet.
Eine Spannungsquelle 60, die einen hohen liinenwiderstand
62 enthält, speist über ihren nicht näher bezeichneten positiven Pol die Verbindungsstelle
zwis- hen dem Kondensator 58 und der Betätigungsspule 52. Der nicht näher bezeichnete negative Pol der
Spannungsquelle 60 ist an Bezugspoten'ial gelagt.
Der Feldeffekttransistor 46 ist mit seiner Source-Drainstrecke zwischen den einen Eingang und den Ausgang des Differenzverstärkers 28 geschaltet.
Der Feldeffekttransistor 46 ist mit seiner Source-Drainstrecke zwischen den einen Eingang und den Ausgang des Differenzverstärkers 28 geschaltet.
Die auf den Empfänger 12 fallende Strahlung erzeugt am Ausgang des Empfängers 12 einen der Bestrahlungsstärke
proportionalen Strom. Vorzugsweise wird als Empfänger 12 ein Fotoelement verwendet, dessen
spektrale Empfindlichkeit dem spektralen Durchlaßbereich des Filters 10 angepaßt ist. Der Verstärker 14
erzeugt eine dem Strom des Empfängers 12 proportionale Spannung, die in dem Integrator 18 integriert wird.
Die Integrationszeitkonstante wird von dor Reihenschaltung
eines Widerstands und eines Kondensators bestimmt. Durch die Stellung der Wahlschalter 20 und
30 werden jeweils ein Widerstand und ein Kondensator in den Eingangstrunikreis und den Rückkopplungs-Stromkreis
des Differenzverstärkers 28 eingeschaltet.
Durch die Integration der Ausgangsspannung des Verstärkers 14 steigt die Spannung am Ausgang des
Differenzverstärkers 28 an. Sobald die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 28 die in der Schaltung
<* 40 eingestellte Spannuugsschwelle erreicht hat, gibt die
Schwellwertschaltung 40 ein Ausgangssignal ab, durch das sowohl der Feldeffekttransistor 46 als auch der
Transistor 50 in den leitende)! Zustand versetzt wird.
Wenn der Transistor 50 leitend ist. fließt ein Strom von der .Spannungsquelle 60 und vom Kondensator 58
über die Betätigungsspule 52 des Zählers 54. Der Zähler
54 wird dadurch um eine Zähleinheit weitergeschaltet.
Sobald der Eeldeffekttrinsistor 46 leitend wird,
entlädt sich der über der' Wahlschalter 30 eingestellte
Kondensator in kurzer Zeit. Die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 28 fällt dabei auf etwa den am
Eingang herrschenden Wert ab. Dadurch endet das Aniteuersignal am Ausgang der Schwellwertschaltung
40. Der Feldeffekttransistor 46 und der Transistor 50 werden wieder in den nichtleitenden Zustand versetzt.
Nach dem Sperren des Transistors 50 fließt der durch den Energieinhalt der Spule 52 bedingte Strom bis zum
völligen Abklingen über die Diode 56.
Anschließend beginnt die Integration der Spannung des Verstärkers 14 erneut, bis die Alisgangsspannung
des Differenzverstärker* 28 den Wert der Ansprechschwelle der Schaltung 40 wieder erreicht hat. Es
wiederholt sich dann die fortschaltung des Zählers 54
um eine Zählcinheit und die Zurücksetzung des
Integrators 18 auf einen, dem Ausgangszustand für die
Integration entsprechenden Wert.
Durch die Ansprechsehwellc der Schaltung 40 wird
diejenige Menge an Strahlungsenergie festgelegt, die einer Zähleinhcit des Zählers 54 entspricht. Die in der
Zeichnung dargestellte Anordnung läßt sich daher über die Einstellung der Ansprechschwelle eichen. Die
Eichung ist relativ einfach durchzuführen.
Der Zähler 54 zeigt den gemessenen Wert digital an.
Damit werden Ablesefehler weitgehend vermieden.
Mit Hilfe der Auswahl der Widerstände 22 bis 26 und der Kondensatoren 32 bis 36 über die Schalter 20 und 3C
können unterschiedliche Inlcgrationsfaktorcn hergc stellt werden. Damit ergeben sieh verschiedene
Meßbereiche. Die Schaltungsanordnung gemäß dci Zeichnung hat daher einen großen Anwendungsbereich.
Da clic Schaltung nur wenige, kleine Bauelemente
enthält, kann sie raumsparend aufgebaut werden. Die·
bedeutet eine leichte und einfache I landhabung.
Der l.eistungsvcrbrauch der Schaltung ist gering
Lediglich bei tier Weiterschaltung des Zählers 5<
beansprucht die Spule 52 eine stärkere Energiemenge die vom Kondensator 58 gedeckt wird. IN ist ilahei
möglich, die Schaltungsanordnung von einer Batterie oder aus einer Solarzelle zu speisen. Die Speisung durcr
eine Solarzelle ist besonders bei Anwendungen in Freien günstig.
Der Zähler 54 zeigt die gesamte, vom Beginn eine
Bestrahlung des Empfängers 12 bis zum Zeitpunkt de
Zählerablcsting auf den Empfänger 12 Übertragern Strahlungsenergie an.
Die Anordnung kann aufgrund des geringen Raumbe darfs bei Untersuchungen in einer Stellung angebrach
werden, die in bezug auf die Bestrahlungsstärke mit de Lage von Gegenständen weitgehend übereinstimmt
deren Verhalten unter dem Einfluß der Strahluni geprüft weuen soll. Damit ergeben sich reproduzicrba
re Messungen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Anordnung zur Messung der in einem bestimmten Zeitraum an einer Stelle auftretenden
Bestrahlungsenergie, mit einem von der Strahlung beaufschlagten fotoelektrischen Empfänger, einem
Integrator zur Integration des Ausgangssignals des Empfängers, einer an den Ausgang des Integrators
angeschlossenen Schwellwertschaltung zur Erzeugung eines den Integrator in den Ausgangszustand
zurücksetzenden Schaltsignals bei Erreichen eines bestimmten Schwellwerts durch das integrierte
Ausgangssignal des Empfängers und einer ihren Zustand unter dem Einfluß des Schaltsignals
ändernden Einrichtung, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung aus einem Zähler (54) besteht, dessen Inhalt bei Auftreten des
Schaltsignals um eine Einheit erhöht wird, und daß die Ansprechs*hwelle der Schwellwertschaltung (40)
so bemessen ist, daß diese Ansprechschwelle innerhalb des bestimmten Zeitraums wiederholt
erreicht wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator (18) einen Differenzverstärker
(28) aufweist, in dessen Rfickkopplungszweig über einen Wahlschalter (30) Kondensatoren (32,34,
36) unterschiedlicher Kapazität und in dessen Eingangsstromkreis über einen weiteren Wahlschalter
(20) Widerstände (22, 24, 26) mit unterschiedlichen Widerstaridswerten einschaltbar sind.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Kondensaioren (32, 34, 36) ein
steuerbares Schaltelement (46) parallel geschaltet ist, das beim Ansprechen der Schwellwertschaltung
(40) in den leitenden Zustand umgeschaltet wird.
4. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schwellwertschaltung (40) ein Transistor (50) nachgeschaltet ist, in dessen Kollektorkreis eine Betätigungsspule
(52) eines elektromechanischen Zählers (54) angeordnet ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zu der aus dem Transistor (50) und der
Betätigungsspule (52) bestehenden Reihenschaltung ein Kondensator (58) parallel geschaltet ist, der an
eine Spannungsquelle (60) mit großem Innenwiderstand (62) angeschlossen ist.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2405567A DE2405567C3 (de) | 1974-02-06 | 1974-02-06 | AjwkcUwuj.% tue Messung der ia einem, bestimmten Zeitraum an einer Stelle auftretenden Bestrahlungsenergie |
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DE2405567A DE2405567C3 (de) | 1974-02-06 | 1974-02-06 | AjwkcUwuj.% tue Messung der ia einem, bestimmten Zeitraum an einer Stelle auftretenden Bestrahlungsenergie |
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ID=5906713
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