DE2405567C3 - AjwkcUwuj.% tue Messung der ia einem, bestimmten Zeitraum an einer Stelle auftretenden Bestrahlungsenergie - Google Patents

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 Ve^rfügung 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.

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)

Patentansprüche:

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.