CH417787A - Photoelektrische Schaltung zur Messung der relativen Änderung eines Lichtstroms - Google Patents

Description

  
 



  Photoelektrische Schaltung zur Messung der relativen Änderung eines Lichtstroms
In vielen technischen Einrichtungen soll die   relia-    tive Änderung eines Lichtstromes gemessen werden.



  Dies ist zum Beispiel bei   elektrooplbischen    Garnreinigern der Fall, wo die Querschnittsänderung eines zwischen einer Lichtquelle und einem photoempfindlichen Element durchlaufenden Fadens eine Änderung des auf das photoempfindliche Element auftreffenden Lichtstromes hervorruft. Die relative   Änderung    des Lichtstromes ist dabei der Änderung des   Faden    querschnittes, also dem Fehler im Faden, proportional.



   Der Signal strom des photoempfindlichen Elementes ändert sich während   dels    Betriebes durch die Alterung des photoempfindlichen Elementes oder bei Veränderung des auf das Element auffallenden Lichtstromes durch Verschmutzung oder   Alterung    der Lichtquelle. Um trotzdem bei gleichen relativen Anderungen des Lichtstromes ein gleich grosses Signal zu erhalten, sind Regeleinrichtungen bekannt, die den Mittelwert des Signalstromes durch auto  maische    Regelung der Lichtstärke der Lichtquelle konstant halten. Andere bekannte Einrichtungen erreichen dasselbe Ziel dadurch, dass die Verstärkung eines dem Signal strom nachgeschalteten Signalverstärkers so geregelt wird, dass der Mittelwert des Ausgangssignales konstant bleibt.

   Alle diese Einrichtungen   erford'ern    mehr oder weniger umfangreichen technischen Aufwand.



   Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung einer photoelektrischen Schaltung zur Messung der relativen   Änderung    eines Lichtstromes, welcher auf ein photoempfindliches Element auftrifft, unabhängig von der   mittleren    Grösse dieses Lichtstromes, welche einen relativ geringen technischen Aufwand erfordert. Die erfindungsgemässe Schaltung ist   da-    durch gekennzeichnet, dass der Signalstrom des photoempfindlichen Elements durch ein Schaltelement   nait    logarithmischer   Stromspannungskennlinie    geführt wird, welches die weiter zu verarbeitende Signalspannung liefert.

   Die Erfindung betrifft ausserdem eine Verwendung dieser Schaltung in einer   elektro-    optischen Einrichtung zur Prüfung der Gleichmässigkeit der Querschnittsform fadenartiger Gebilde, die zwischen einer Lichtquelle und dem   photoempfind    lichen Element durchlaufen.



   Solche logarithmischen Kennlinien haben, mehr oder weniger ausgeprägt, z. B. in Sperrichtung betriebene Dioden, Zenerdioden oder die Basisemitterstrecken von Transistoren.



   Bei diesen Widerständen mit logarithmischer Kennlinie   ist    die Spannung im   Widerstand    dem Loga   ritbmus    des durchfliessenden Stromes proportional.



   Die Erfindung ist anhand der Zeichnung beispiels weise näher   erläutert:   
Die Fig. 1 zeigt ein Strom-Spannungsdiagramm.



   Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Schaltung.



   Die Fig. 5 zeigt eine Anwendung der erfindungsgemässen   SchalStung.   



   Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Zusammenhang zwischen Strom und Spannung bei   logarithmischen    Widerständen, wobei für Strom und Spannung willkürliche Einheiten eingesetzt sind. Wird zum Beispiel ein Signal strom   11    vom Werte 100 verdoppelt, auf den Wert   I'=      =    200, so erhält man eine Spannungsänderung U1 von zum Beispiel einer Spannungseinheit. Hat der Signalstrom aus irgendwelchen Grün  den aber nur den Wert Ia = 1 und verdoppelt man    ihn jetzt auf den Wert 12 = 2, so erhält man eine   Spannungs änderung      U2,    die wieder die Grösse einer   Spannungseinheit    im gezeigten Beispiel hat.

   Damit ist aber, wie gewünscht, die erhaltene Spannungs änderung nur abhängig von der relativen Änderung des   Signalstromes,    nicht von der Grösse des Signalstromes selbst. Der Strombereich, in dem diese   Schaltung in der angegebenen Weise arbeitet, hängt von der Wahl des   logarithmischen    Widerstandselementes ab. Erfahrungsgemäss lassen sich solche Elemente finden, die ein gutes   logarithmiisches    Verhalten über 6-7 Zehnerpotenzen zeigen,   dl h.    in einem Bereich, der grösser ist   alls    der Arbeitsbereich üblicher photo empfindlicher Elemente.



   In der Schaltung Fig. 2 ist eine Photodiode 1 direkt mit der als logarithmischer Widerstand dienenden Diode 2 (welche im Schaltbild in Sperrichtung gezeichnet ist) in Reihe geschaltet und an die   Be-      triebsspannung      Ug    gelegt. Durch die Photo diode 1 fliesst ein von der an ihr liegenden Spannung nahezu unabhängiger Signalstrom   is,    der vom auf die Photodiode 1 auftreffenden Lichtstrom abhängt. Dieser Signalstrom erzeugt an der Diode 2 die Signalspannung Us, die dann entsprechend   der    Anwendung im jeweiligen Gerät weiterverarbeitet werden kann.



   Dieselbe Schaltung kann für   Photowiderstände    angewendet werden, solange die Signalspannung   U5    sehr klein ist gegenüber der   Betriebslspannung      Ug.   



  Auch in diesem Falle hängt der Signalstrom is praktisch nur vom auf den Photowiderstand auftreffenden Lichtstrom ab. Kann die Betriebsspannung   U3    nicht sehr viel grösser als die   Signaispaunung      Us    gemacht werden, so ist es zweckmässig, den Signalstrom   i5    zunächst zu verstärken und dann   erst    durch   dlen    logarithmischen Widerstand fliessen zu lassen.



   Eine solche Schaltung für einen Photo widerstand zeigt die Fig. 3. Der Photowiderstand 3 ist von einer Betriebsspannungsquelle UB aus auf den Eingang eines stromempfindlichen, niederohmigen Verstärkers 4 geschaltet. Der Ausgangsstrom, der dem Signalstrom proportional ist, fliesst durch die als logarithmischer   Widerstand    dienende Diode 2 und erzeugt dort die Signalspannung   Us.   



   In der Schaltung gemäss Fig. 4 ist eine Photo  diode    5 direkt an den Eingang eines   stromempfind-    lichen, niederohmigen Verstärkers 6 angeschlossen, so dass der   Kurzschiussstrom    der   Photodiode    5 als Signalstrom in den Verstärkereingang fliesst. Der im Verstärker 6 verstärkte Signalstrom   durchfliesst    in der bekannten Weise die als logarithmischer   Widér-    stand dienende Diode 2 und erzeugt die Signalspannung   U5.    Die Schaltungen gemäss Fig. 3 und 4 können auch dahingehend variiert werden, dass der Widerstand mit logarithmischer Kennlinie nicht als Lastwiderstand, sondern als Gegenkopplungswiderstand   m    der bei Messverstärkern bekannten Weise eingesetzt wird.



   Die Fig. 5 zeigt ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemässen   Schaltung- für    eine elektrooptische Einrichtung zur Prüfung der Gleichmässigkeit der Querschnittsform von Fäden oder fadenartigen   Ge    bilden. Zwischen einer Lichtquelle 7 und einer Photodiode 8 läuft ein Faden 9, durch dessen Schatten der auf der Photodiode 8 fallende Lichtstrom   vermindert    wird. Querschnittsänderungen des Fadens 9 ver ändern somit die von der Photodiode 8 aufgenommene Lichtmenge und werden von dieser als Span  nungs änderungen    wiedergegeben.

   Die Transistorstufe T1 ist   sso    geschaltet, dass der von der   Photodiode    8 gelieferte Strom zwangläufig bis auf einen   unbe    deutend   keinen    Reststrom von der als Gegenkopplungswiderstand geschalteten   Logarithmierdibde    11 kompensiert werden muss. Dadurch muss die Kollek  torspannung    der   Transistorisbufe    T1 immer dem Logarithmus des   Photodiodenstroms    proportional sein.



  Die Transistorstufe T2 verstärkt in an sich bekannter Weise Spannungsänderungen am Kollektor des   Tran-    sistors T1, die bei   Querschnittsänder, ungen    des Fadens 9 auftreten.   Überschreiten    diese Spannungs änderungen die vorgegebene   Spannung-Uv,    so wird die aus den Transistoren   T3    und T4 bestehende Kippstufe angesteuert,   d.    h. Transistor T3 schliesst, Tran  sistor    T4 öffnet und der Magnet 10 einer elektromagnetischen Schneidvorrichtung zieht an, womit der Faden 9 abgeschnitten wird.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I Photoelektrische Schaltung zur Messung der relativen Änderung eines auf ein photo empfindliches Element auftreffenden Lichtstroms, unabhängig von der mittleren Grösse des Lichtstromes, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalstrom des photoempfindlichen Elementes (1, 3, 5) durch ein Schaltelement (2) mit logarithmischer Stromspaunungskennlinie geführt wird, welches die weiterzuverarbeitende Signalspannung liefert.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Photoelektrische Schaltung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalstrom des photoempfindlichen Elements (1, 3, 5) zunächst einem Verstärker (4, 6) zugeführt wird und dessen Ausgangsstrom durch das Schaltelement (2) mit logarithmischer Stromspaunungskennlinie fliesst.

   2. Photoelektrische Schaltung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (2) mit logarithmischer Stromspannungs- kennlinie im Gegenkopplungszweig des dem Signalstrom nachgeschalteten Verstärkers (4, 6) eingesetzt wird.

   PATENTANSPRUCH II Verwendung der Schaltung gemäss Patentanspruch I in einer elektrooptischen Einrichtung zur Prüfung der Gleichmässigkeit der Querschnittsform von fadenartigen Gebilden, die zwischen der Lichtquelle und dem photoempfindlichen Element durch laufen.