DE836410C - Optical transmission method for strongly absorbing media - Google Patents

Description

Optisches Durchstrahlungsverfahren für stark absorbierende Medien Die Aufgabe, optisch sehr stark absorbierende Niedien zu durchleuchten liegt vor bei optischer Kontrolle voll Werkstoffen schlechter Transparenz, bei der Übertragung optischer Signale durch atmosphärischen Dunst oder Nebel auf Entfernungen einer der optischen Sichtweite sowie bei der Signalisierung unter Wasser, z. ]J. vom Taucher zum Schiff.Optical transmission method for strongly absorbing media The task is to shine a light through the optically very strongly absorbing Niedien with optical control full of materials with poor transparency during transmission optical signals through atmospheric haze or fog at a distance the optical range of vision as well as signaling under water, z. ] J. from the diver to the ship.

Slaii hat versucht, eiiierseits die Lichtquellen mehr und mehr zu verstärken, andererseits als Empfänger empfindliche Photozellengeräte einzusetzen. Eine erhebliche Steiggerung gewann das Verfahren durch Einsetzung modulierten Leichtes als Strahlungsquelle und Verwendung von Wechselspannungsverstärken hinter der Photozelle zur Aufnahme des lichtes hinter dein absorbierenden Medium. Iu der Praxis gelangen Durchleuchtungen von Absorptionen bis etwa Ios unter Ausnutzung der genannten technischen Hilfsmittel zur Anwendung. Slaii tried to close the light sources more and more on one side amplify, on the other hand use sensitive photocell devices as receivers. The process was considerably enhanced by the use of modulated lightness as a radiation source and use of AC voltage amplifiers behind the photocell to absorb the light behind your absorbing medium. Iu get into practice X-rays of absorptions up to about Ios using the technical mentioned Application aids.

Der Gedanke der Erfindung ist, als Lichtquelle einen besonderen elektrischen Funken zu verwenden, dessen Leuchtdichte mehrere Zehnerpotenzen über den bisher bekannten Lichtquellen liegt. Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß die Selbstinduktion des Entladungskreises so dimensioniertwird, daß der entstehende elektrische Funke größer oder gleich dem aperiodischen Grenzwiderstand des Kondensatorentladungskreises ist. The idea of the invention is to use a special electric light source To use sparks, the luminance of which is several powers of ten above the previous one known light sources. This is achieved in that according to the invention Self-induction of the discharge circuit is dimensioned so that the resulting electrical spark greater than or equal to the aperiodic limit resistance of the capacitor discharge circuit is.

Fig. I zeigt das Prinzipschaltbild eines Funkenentladungskreises. Der auf Hochspannung aufgeladene Kondensator I liegt an den Elektroden 2 und 3 eines Entladungsgefäßes 4; zusätzlich dient eine entweder konzentrisch oder als seitlicher Zündstift angeordnete Hilfselektrode 5 zur Auslösung der Entladung, indem an sie ein Hochspannungsstoß gelegt wird. Der Induktivität der Zuleitungen 6 des Kondensators I zu den Elektroden 2 und 3 kommt nach den wissenschaftlichen Arbeiten des Erfinders eine ausschlaggebende Bedeutung zu. Nach Toepler ist der Widerstand des elektrischen Funkens RF = k.l.p/C.U . Fig. I shows the basic circuit diagram of a spark discharge circuit. The capacitor I charged to high voltage is connected to electrodes 2 and 3 of one Discharge vessel 4; in addition, one serves either concentrically or as a side Firing pin arranged auxiliary electrode 5 for triggering the discharge, by applying a high voltage surge to them. The inductance of the supply lines 6 of capacitor I to electrodes 2 and 3 comes after the scientific Work of the inventor is of crucial importance. According to Toepler that is Resistance of the electrical spark RF = k.l.p / C.U.

Darin ist k die Toeplersche Funkenkonstante, in der Praxis etwa 0,2 . 10 - 3, l die Länge des Funkens in Zentimeter, p der Druck im Entladungsraum in Atmosphären, C die Größe des Kondensators in Farad, U die Ladespannung des Kondensators in Volt. Here k is Toepler's spark constant, in practice about 0.2 . 10 - 3, l the length of the spark in centimeters, p the pressure in the discharge space in Atmospheres, C the size of the capacitor in Farads, U the charging voltage of the capacitor in volts.

Der Erfinder betrachtet erstmalig den Funkenwiderstand als Verbraucherwiderstand in einem elektrischen Schwingungskreis. Ein elektrischer Schwingungskreis mit der Selbstinduktion L und der Kapazität C sei durch den Serienwiderstand R gedämpft. Der aperiodische Grenzfall der Entladung liegt vor. wenn ist. I)er aperiodische Grenzfall ist die Form der Umwandlung potentieller Energie in eine andere Energieform, bei der zur Umwandlung die kürzestmögliche Zeit benötigt wird. Elektrisch wird also der Funke in einem Entladungskreis dann die größte momentane Leistung verarbeiten, wenn sein Widerstand gleich dem aperiodischen Grenzwiderstand des aus Kondensator und Selbstinduktion gebildeten Entladungskreises ist. Es muß hierzu werden: R.For the first time, the inventor considers the spark resistance as a consumer resistance in an electrical oscillating circuit. Let the series resistance R dampen an electrical oscillating circuit with self-induction L and capacitance C. The aperiodic limit case of discharge is present. if is. I) the aperiodic borderline case is the form of the conversion of potential energy into another form of energy, in which the conversion takes the shortest possible time. Electrically, the spark in a discharge circuit will then process the greatest instantaneous power if its resistance is equal to the aperiodic limit resistance of the discharge circuit formed from the capacitor and self-induction. For this it must be: R.

Bei Verwendung von Edelgas ist k = 0,2 10-1. When using noble gas, k = 0.2 10-1.

Für eine technische Ausführung wurde für die anderen Größen gewählt: 1 = I cm, p = 6 atm, C = 0,1 . 10-6 F, U = 104 V.For a technical design, the following was chosen for the other sizes: 1 = 1 cm, p = 6 atm, C = 0.1. 10-6 F, U = 104 V.

I)ie geforderte Größe der optimalen Selbstinduktion 1 ist dann: 4L ~klp k212p2 C CU ausgerechnet: L = o,o36 ion H. I) The required size of the optimal self-induction 1 is then: 4L ~ klp k212p2 C CU calculated: L = o, o36 ion H.

Mit einem Entladungsgefäß und einer elektrischen Anordnung, die nach diesen Werten gebaut ist, erreichte der Erfinder momentane Spitzenleuchtdichten von 108 Hefner-Kerzen pro Quadratzentimeter. I)er elektrische Funke hat dabei einen Durchmesser von einigen Millimetern bei einer Länge von etwa 10 mm, so daß es möglich ist, einen technischen Parabolspiegel von 35 cm # auszuleuchten. With a discharge vessel and an electrical arrangement according to If these values are built, the inventor achieved current peak luminance levels of 108 Hefner candles per square centimeter. I) he has an electric spark Diameter of a few millimeters with a length of about 10 mm, making it possible is to illuminate a technical parabolic mirror of 35 cm #.

Bei einer wirksamen Spiegelfläche von I000 cm2 erreichte die Anordnung eine Scheinwerferhelligkeit von momentan 1011 HK. Der zeitliche Verlauf derartig intensiver Funken ist in Fig. 2 dargestellt. Als Ordinate ist die relative Intensität aufgetragen, als Abszisse die Zeit.The arrangement reached an effective mirror surface of 1000 cm2 a headlight brightness of currently 1011 HK. The time course like that intense spark is shown in FIG. The ordinate is the relative intensity plotted, the time as the abscissa.

Um die Vorteile der erfindungsgemäßen Impulslampe voll ausnutzen zu können, muß ein hierfür geeigneter Empfänger verwendet werden. Es wird daher eine Hochvakuumphotozelle oder ein photoelektrischer Vervielfacher benutzt, eine Anordnung also, die die optischen auftreffenden Strahlungsimpulse in gleichartige elektrische verwandelt. Es wird nun ebenfalls erfindungsgemäß ein nachfolgender Widerstandsverstärker verwendet, dessen Bandbreite so errechnet ist, daß alle Frequenzen, die sich aus der Fourierschen Zerlegung der Kurve nach Fig. 2 ergeben und deren Amplitude größer als 0,I der maxi malen Amplitude ist, in dem Verstärker voll verarbeitet werden. Für einen Kurvenlauf gemäß Fig. 2 ist eine Bandbreite von I00 000 bis 2 000 ooo Hz erforderlich. Bei Verwendung eines Photovervielfachers mit einer Verstärkungsziffer von I04 und einem Widerstandsverstärker mit der Verstärkungsziffer von 104 bei einer Bandbreite von 0,1 bis 2 Mhz sind die dem Stande der Technik entsprechenden Möglichkeiten erschöpft, eine weitere Steigerung der Verstärkung sowohl auf der Vervielfacherseite wie auch auf der Verstärkerseite, erhöhen Signal und Widerstandsrauschen der Anordnung in gleicher Weise. Hinter dem Verstärker können technisch gebräuchliche Indikatoren, z. B. To take full advantage of the pulse lamp according to the invention To be able to do this, a suitable receiver must be used. It will therefore uses a high vacuum photo cell or photoelectric multiplier, one So arrangement that the optical incident radiation pulses in similar electrical transformed. According to the invention, there is now a following Resistance amplifier is used, the bandwidth of which is calculated in such a way that all frequencies which result from the Fourier decomposition of the curve according to FIG. 2 and their Amplitude is greater than 0, I is the maximum amplitude, fully processed in the amplifier will. For a curve run according to FIG. 2, a bandwidth of 100,000 to 2 is required 000,000 Hz required. When using a photomultiplier with a gain digit of I04 and a resistance amplifier with the gain of 104 at one Bandwidths from 0.1 to 2 MHz are state-of-the-art options exhausted, a further increase in gain on both the multiplier side as well as on the amplifier side, increase the signal and resistance noise of the arrangement in the same way. Behind the amplifier can be used technical indicators, z. B.

Kippschaltungen mit Thyratrons oder Oszillatorröhren, betrieben werden.Trigger circuits with thyratrons or oscillator tubes are operated.

Mit der vorbeschriebenen Anordnung, gekennzeichnet durch die Verwendung des hochgezüchteten elektrischen Funkens auf der Senderseite und des auf den zeitlichen Verlauf des Funkens abgestimmten Verstärkers auf der Empfangsseite, verbunden mit einer spektral richtig dimensionierten Photozelle, gelingt die Durchleuchtung sehr starker Absorptionen von etwa 1015. Eine weitere Steigerung kann man erfindungsgemäß dadurch erhalten, daß man eine Photozelle mit einer Photokathode verwendet, die ihr Empfindlichkeitsmaximum im Maximum der Impulsstrahlung der Kondensatorentladungslampe hat. Bei Verwendung von Argon als Füllgas liegt dieses Strahlungsmaximum nach Messungen des Erfinders in Spektralgebiet zwischen 45(H350 m tt. In diesem Spektralbereich hat die Cäsium-Antimon-Photokathode die beste Quantenausbeute. Erfidnungsgemäß wird daher vorgeschlagen, eine Cäsium-Antimon-Kathode zur Aufnahine des Funkenlichtes zu verwenden. With the arrangement described above, characterized by the use the sophisticated electrical spark on the transmitter side and on the temporal one Course of the spark matched amplifier on the receiving side, connected to a photocell with the correct spectral dimensions, the fluoroscopy works very well strong absorptions of about 1015. A further increase can be achieved according to the invention obtained by using a photocell with a photocathode which their maximum sensitivity in the maximum of the pulse radiation of the capacitor discharge lamp Has. When using argon as the filling gas, this radiation maximum lies according to measurements of the inventor in the spectral range between 45 (H350 m dd. In this spectral range the cesium-antimony photocathode has the best quantum yield. According to the invention therefore proposed a cesium-antimony cathode for receiving the spark light to use.

Um die eingangs erwähnte sehr kleine Induktivität vqn 0,036 10-6 JJ für den gesamten Entladungskreis konstruktiv zu schaffen, muß ein extrem induktionsarmer Kondensator verwendet werden. Desgleichen muß bei der Leitungsführung zu den Elektroden auf äußerst kleine Induktivität geachtet werden. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den einen Pol des Kondensators unmittelbar mit der einen Elektrode des Entladungsgefäßes zu verbinden, den anderen an der entgegengesetzten Kondensatorseite herausgeführten dagegen mittels eines käfigartig den Kondensator und das Entladungsgefäß umschließenden Leitersystems zu der zweiten Elektrode zu führen. Die käfigartige Struktur hat dabei die Aufgabe, durch die Maschen des Käfigs mit nur sehr geringem Verlust das Licht hindurchzulassen, für die Stromleitung jedoch den Charakter eines konzentrischen Leitungssystems zu wahren. In einfachen Fällen reicht es aus, die mechanischen Haltebolzen, die das Entladungsgefäß mechanisch zusammenspannen, als käfigartige .Stromleitung zu benutzen. Around the very small inductance of 0.036 10-6 To constructively create JJ for the entire discharge circuit, an extremely low induction Capacitor can be used. The same must be done when routing the cables to the electrodes care must be taken to ensure that the inductance is extremely small. According to the invention it is proposed one pole of the capacitor directly to one electrode of the discharge vessel to connect, the other led out on the opposite side of the capacitor however by means of a cage-like enclosing the capacitor and the discharge vessel Lead system to the second electrode. The cage-like structure has the task of passing the light through the mesh of the cage with very little loss to let through, but for the power line the Character one to maintain the concentric piping system. In simple cases it is sufficient to use the mechanical retaining bolts that mechanically clamp the discharge vessel together, as cage-like .power line to use.

Bereits bei Atmosphärendruck ergibt Edelgas hohe Lichtausbeute bei Funkenentladungen. Nach Messungen des Erfinders steigt die Spitzenleuchtdichte im Augenlilick der intensivstenLichtemission etwa linear mit dem Druck des Füllgases an. Ertindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, als Füllmedium für die zur Ausübung des Verfahrens benötigten Impulslichtquellen Edelgase von mehr als einer Atmosphäre Druck zu verwenden. Noble gas gives high light yield even at atmospheric pressure Spark discharges. According to the inventor's measurements, the peak luminance im increases The moment of the most intense light emission is roughly linear with the pressure of the filling gas at. According to the invention, it is therefore proposed as a filling medium for the exercise the process required pulsed light sources noble gases of more than one atmosphere Pressure to use.

Wie eingangs erwähnt, hat man nur dann Aussicht, den Funkenwiderstand gleich dem aperiodischen Grenzwiderstand des Entladungskreises zu machen, wenn die Induktivität des Entladungskreises extrem klein, z. 13. 0,036 µH ist. Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, die Induktivität des gesamten Entladungskreises kleiner als io-7 H zu maclieii. Häufig gestellt das iledürfuis, unmittell>ar tlurch den gezündeten elektrischen Funken der Impulslichtquelle ein Oszillographensystem auszulösen, das zur Nlessung der Laufzeit des Lichtstrahles, z. B. für Messung von Entfernungen oder Kontrolle der Lichtgeschwindigkeit, geeignet ist. As mentioned at the beginning, the only prospect is the spark resistance equal to the aperiodic limit resistance of the discharge circuit if the The inductance of the discharge circuit is extremely small, e.g. 13. is 0.036 µH. According to the invention it is therefore proposed to reduce the inductance of the entire discharge circuit as io-7 H to maclieii. Often put the iledüruis, directly> ar tlurch den ignited electrical sparks from the pulsed light source to trigger an oscilloscope system, the for Nlessung the transit time of the light beam, z. B. for measuring distances or control of the speed of light, is appropriate.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, einen solchen Auslöseimpuls mittelbar oder unmittelbar von einem stromdurchflossenen Leiterteil der Impulslichtquelle abzunehmen, so daß eine automatische Synchronisation zwischen Oszillograph und Impulslichtquelle gegeben ist.According to the invention, it is proposed that such a trigger pulse be indirect or directly from a current-carrying conductor part of the pulsed light source decrease so that an automatic synchronization between oscilloscope and pulse light source given is.

Claims (7)

P A T E N T A N S P R Ü C H E: 1. Optisches l)urchstrahlungsverfahren für stark absorlierende SIedien, bei dem als Lichtquelle ein elektrischer Funke verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Selbstinduktion des Entladungskreises so dimensioniert ist, daß der entstehende elektrische Funke größer oder gleich dem aperiodischen Grenzwiderstand des Kondensatorentladungskreises ist. P A T E N T A N S P R Ü C H E: 1. Optical l) irradiation method for strongly absorbing media where the light source is an electric spark is used, characterized in that the self-induction of the discharge circuit is dimensioned so that the resulting electrical spark is greater than or equal to the aperiodic limit resistance of the capacitor discharge circuit is. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme des Funkenlichtes ein photoelektrischer Lichtempfänger mit nachfolgendem Verstärker verwendet wird mit einer solchen Bandbreite, daß die dem zeitlichen Verlauf des Funkenlichtes entsprechenden elektrischen Frequenzen verarbeitet werden. 2. The method according to claim 1, characterized in that for recording of the spark light a photoelectric light receiver with subsequent amplifier is used with such a bandwidth that the time course of the Spark light corresponding electrical frequencies are processed. 3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speisung des Entladungsgefäßes ein extrem induktionsarmer Kondensator verwendet wird, dessen einer Beleg mit einer Elektrode des Entladungsgefäßes kürzestmöglich verbunden ist und dessen anderer Beleg mittels einer käfigartig das Entladungsgefäß umschließenden Zuleitung zu der zweiten Elektrode desselben geführt ist, dergestalt, daß die optische Strahlung des elektrischen Funkens durch die Fenster des Käfigs nach außen gelangt. 3. The method according to claim I, characterized in that for feeding of the discharge vessel an extremely low-inductance capacitor is used, its a document is connected to an electrode of the discharge vessel as quickly as possible and its other document by means of a cage-like enclosing the discharge vessel Lead to the second electrode of the same is guided, such that the optical Radiation of the electrical spark passes through the windows of the cage to the outside. 4. Verfahren zur Ausübung des Anspruchs I, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß mit Edelgas von mehr als I atm Druck gefüllt ist. 4. The method for exercising claim I, characterized in that that the discharge vessel is filled with noble gas with a pressure of more than 1 atm. 5. Verfahren nach Anspruch I und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität des gesamten Entladungskreises kleiner als I0- H ist. 5. The method according to claim I and 3, characterized in that the Inductance of the entire discharge circuit is less than I0-H. 6. Verfahren nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für automatische oder auf Zeitmessungen die Auslösung des elektrischen Funkens gemäß Anspruch 1 mittelbar oder unmittelbar durch das elektrisch verzögerte Empfangssignal des Verfahrens nach Anspruch 2 erfolgt. 6. The method according to claim I and 2, characterized in that for automatic or based on time measurements the triggering of the electrical spark according to Claim 1 directly or indirectly through the electrically delayed received signal of the method according to claim 2 takes place. 7. Verfahren nach Anspruch I und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumphotozelle des Empfängers eine Photokathode hat, die ihr spektrales Empfindlichkeitsmaximum im Strahlungsmaximum. des Funkenlichtes hat, vorzugsweise zwischen 300 und 500 m,t4. 7. The method according to claim I and 6, characterized in that the The receiver's vacuum photocell has a photocathode that has its spectral sensitivity maximum in the radiation maximum. of the spark light, preferably between 300 and 500 m, t4.