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Anordnung zur Auslösung von Schaltvorrichtungen in Abhängigkeit von Helligkeitsänderungen.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung starker Photozellenströme, wobei unter
Photozellenströmen die von einer Photozelle gelieferten elektrischen Ströme zu verstehen sind.
Auf dem Gebiete des sprechenden Filmes, des Fernsehens u. dgl. technischen Gebieten können die erregenden Lichtschwankungen so gering sein, dass die mit normaler Photozelle und in der üblichen
Schaltung erzeugten Photozellenströme zu klein sind, um für die bequeme Betätigung elektrischer
Schaltapparaturen od. dgl. verwendet zu werden. Dieselbe Schwierigkeit ergibt sich in grösserem oder geringerem Masse beim Betrieb von Verkehrssignalen oder Strassenbeleuchtungsanordnungen, die auf ganz geringe, dem Auge kaum sichtbare Intensitätsänderungen des Lichtes ansprechen sollen, insbesondere in der Dämmerung und im Morgengrauen.
In all diesen Fällen ist eine verbesserte Anordnung von grossem Vorteil, mittels welcher unter Anwendung gebräuchlicher Photozellen od. dgl. lichtempfindlicher Einrichtungen ein Photozellenstrom erzeugt werden kann, der über die bisher erhaltenen Stromstärken beträchtlich hinausgeht.
Die Erfindung bedient sich zu diesem Zwecke eines Rückkopplungsverfahrens. Die in elektrische Ströme umzuformenden Liehtströme bzw. Lichtstromschwankungen wirken dabei auf eine normale lichtelektrisch empfindliche Einrichtung. Gemäss der Erfindung wird die Einrichtung so getroffen, dass die elektrischen Spannungen einer durch einen Lichtstrom erregten Photozelle eine sie zusätzlich erregende Lichtquelle steuern, deren Intensität sich mit der elektrischen Spannung ändert.
Wenn Lichtschwankungen auf die lichtelektrische Zelle treffen, so ändert sich der an der lichtelektrischen Zelle vorhandene Spannungsabfall und infolgedessen auch die an einer Lichtquelle liegende Spannung, die beispielsweise mit der lichtelektrischen Zelle in Reihe geschaltet ist, und damit auch der von dieser Lichtquelle ausgehende Lichtstrom, der gemäss der Erfindung wieder die liehtelektrische Zelle belichtet. Diese Lichtschwankungen vergrössern mithin die von der lichtelektrischen Zelle erzeugten Schwankungen des elektrischen Stromes, eine Wirkung, die zu der ursprünglichen intermittierenden oder veränderlichen Wirkung der Lichtquelle hinzutritt.
Die Rückkopplung gemäss der Erfindung dient im wesentlichen dazu, die Verluste soweit herabzusetzen, dass eine beträchtliche Erhöhung der Verstärkung eintritt, die nur in den elektrischen Charakteristiken, Sättigung u. dgl., des Systems als Ganzes ihre Grenze findet.
Es ist nun prinzipiell bekannt, die Rückkopplung zwischen energieabgebenden und energieaufnehmenden Stromkreisen bei Glühkathodenröhren, Verstärkern, Detektoren, Schwingern u. dgl. anzuwenden. Erfindungsgemäss werden diese Prinzipien in neuer Form auf photoelektrische Einrichtungen zur Erzeugung grösserer Photozellenströme angewendet. Die Einrichtung besteht im allgemeinen aus einer Lichtquelle, deren Intensität durch die an den Klemmen der Photozelle herrschende Spannung gesteuert wird ; diese wieder ist so angeordnet, dass sie durch die Liehtquelle erregt wird.
Ist dieser Vorgang nun in dieser Weise eingeleitet, dann entstehen Reihen von Energieumwandlungen, von Lichtenergie in elektrischer Energie und umgekehrt, bis die Energieverluste des Systems fast vollständig beseitigt sind und elektrische Energie geliefert wird, wobei in den Stromkreis der lichtelektrischen Zelle ein infolge der Rückkopplung erheblich verstärkter Strom fliesst. Diese Energie lässt sich zur Betätigung elektromagnetischer Relais od. dgl. Einrichtungen nutzbar verwenden, die in Abhängigkeit von Lichtschwankungen gesteuert werden sollen.
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Durch die Erfindung ist eine lichtempfindliche Einrichtung geschaffen, die äusserst empfindlich, zuverlässig und ohne Verzögerung auf die Schwankungen einer steuernden Lichtquelle anspricht. Weiter wird die benutzte Photozelle bis zum Maximum ihrer möglichen Betriebsleistung ausgenutzt und man erhält in dieser Weise ganz beträchtliche Photozellenströme. Bedingung dafür ist die zweckmässige Anwendung der Rückkopplung. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich an Hand der beiliegenden Zeichnungen.
Fig. 1 zeigt ein einfaches Ausführungsbeispiel der Erfindung. 1 ist die lichtempfindliche Zelle, die von gebräuchlicher Form sein kann mit Selen oder sonstigen Substanzen als lichtempfindlicher Schicht. Daneben steht die Lichtquelle 2, die die Zelle 1 belichtet und zweckmässigerweise aus einer, z. B. mit Neon oder Argon gefüllten Glimmlampe bestehen kann. Solche Glimmlampen haben nämlich, wie bekannt, über einen grossen Strombereich einen im wesentlichen konstanten Spannungsabfall. Eine Batterie 3 speist das System, das noch durch einen Widerstand 4 ergänzt wird. Ist nun die lichtempfindliche Zelle 1 unerregt oder in Dunkelstellung, dann ist ihr Widerstand praktisch unendlich und die an der Glimmlampe liegende Spannung genügt nicht, um eine Entladung herbeizuführen. Ist dagegen die Zelle 1 von einer Lichtquelle, z.
B. einer Glühfadenlampe, von aussen erregt, deren Lichtstärke geändert oder, wie gewünscht, auch nicht geändert werden kann, dann sinkt die Impedanz der Zelle beträchtlich. Infolgedessen steigt die Klemmenspannung der Glimmlampe soweit, dass Glimmentladung eintritt. Die Spannung der Batterie. 3 und die Grösse des Widerstandes 4 sind zweckentsprechend so festzulegen, dass dieser Zustand dann eintritt, wenn die Photozelle durch eine Lichtquelle normaler Intensität erregt ist.
Die resultierende Glimmentladung der Lampe 2 wird sich offenbar zu der erregenden Wirkung des von aussen einfallenden Lichtes (Glühfadenlampe 7) hinzuaddieren und ein weiteres Sinken der Impedanz der Zelle 1 veranlassen ; die sich daraus ergebende Stromerhöhung wird wiederum ein Anwachsen der Glimmentladung der Lampe 2 zur Folge haben usw., bis sich ein stabiler Zustand einstellt. Auf diese Weise wird elektrische Energie, die von den in elektrische Energie umzuformenden Lichtschwankungen herrührt, wieder in Lichtenergie umgesetzt ; diese erregt wieder zusätzlich die Photozelle so lange, bis Gleichgewicht eingetreten ist. In diesem Zustand erreichen die erzeugten Photozellenströme verhältnismässig grosse Amplituden.
Bei entsprechender Bemessung des Kreises, der Photozelle und Glimmlampe enthält, kann man den Rückkopplungseffekt soweit steigern, dass die Amplituden der entstehenden Photoströme nur durch die Sättigungscharakteristik der Photozelle begrenzt sind. Um befriedigende Resultate zu erreichen, soll die Rückkopplung zweckmässig eingeregelt sein, d. h. die ursprünglichen Lichtreize bestimmen Anfang und Dauer der Glimmentladung in dem Masse, dass die Photoströme eine getreue Wiedergabe der Schwankungen der primären Lichtquelle darstellen. Die Regelung erfolgt zweckmässig durch Änderung der Lichtmenge, die von der Glimmlampe auf die Photozelle gestrahlt wird.
Zu diesem Zwecke kann man entweder den Abstand zwischen Zelle und Glimmlampe verändern oder parallel zur Lampe einen veränderlichen Widerstand einschalten, durch den der Heizstrom der Lampe und damit deren Lichtintensität geregelt werden kann. Man kann, wenn es gewünscht wird, mit Hilfe der Rückgewinnung Schwingungen in dem Arbeitsstromkreis der Einrichtung erzeugen, der zu diesem Zwecke mit einer Induktion und einer Kapazität ausgestattet wird. In diesem Falle wird die Dauer dieser Schwingungen von der Lampe 7 gesteuert. Die Spannungsdifferenz am Widerstand 4 lässt sich zur Betätigung von Relais, Verstärker u. dgl. Einrichtungen nutzbar verwerten ; diese werden zum Steuern von Aussenkreisen benutzt, die vom Aufleuchten oder von Intensitätsschwankungen einer Lichtquelle beeinflusst werden sollen.
Aus dem Vorhergehenden ergibt sich eine Anordnung zur Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie mittels eines Ritekkopplungsverfahrens. Es wird eine äusserst empfindliche und genaue lichtelektrische Übertragung erzielt. Die erzeugten Photozellenströme besitzen eine wesentlich vergrösserte Amplitude.
Für den Fall, dass der von der Photozelle erzeugte Photozellenstrom nicht genügt, um die gewünschte
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teilen einen Verstärker einzuschalten, z. B. eine Dreielektronen-Glühkathodenröhre 5. Deren Gitter ist mit der Photozelle, deren Anode mit der Glimmlampe 2 verbunden. Die Batterie 3 liefert für alle diese Elemente mit Ausnahme des Glühdrahtes der Verstärkerröhre, der von einer besonderen Quelle gespeist ist, die Energie. Die Energie kann man von den Enden des Widerstandes 4 abnehmen oder, wenn gewünscht, von einem Transformator 6, der für Nieder-und Hochfrequenz dimensioniert ist und in bekannter Weise für diese Zwecke verwendet wird. Der abgeänderte Kreis gemäss Fig. 2 wirkt in ähnlicher Weise wie der Kreis gemäss Fig. 1.
Die Gegenwart der Verstärkerröhre gewährleistet einen grösseren Grad von Sicherheit und Empfindlichkeit für die Erzeugung der Glimmentladung, die entsprechend den Schwankungen der den Vorgang einleitenden Lichtquelle eintritt.
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