Einrichtung zur Zündung eines auf Hochspannung liegenden Gleichrichtergefässes In der Starkstromtechnik werden zur Umformung von Wechselstrom hoher Spannung in Gleichstrom bzw. von Gleichstrom hoher Spannung in Wechsel strom gesteuerte Gleichrichter, insbesondere Quecksil- berdampfgleichrichter, benutzt.
Die Leistungssteuerung erfolgt durch zeitgerechtes Zünden der Entladung in den Gleichrichtergefässen. Die Zündelektroden der Gleichrichtergefässe müssen vielfach auf hohem Poten tial liegen, während die Steuersignale in einer Anord nung erzeugt werden, die auf niedrigem Potential liegt. Die Steuersignale müssen dabei über grosse Potential differenzen hinweg übertragen werden, die beispiels weise etwa 500 kV betragen können, wodurch ver schiedene Schwierigkeiten entstehen.
Der Potentialunterschied kann an sich durch einen Isoliertransformator, dem die Steuersignale zugeführt werden, oder durch drahtlose Übertragung der Steuer signale mittels Hochfrequenz überwunden werden. Beide Übertragungsarten sind jedoch mit grossen Nachteilen verbunden. Die Übertragung durch einen Transformator ist wegen der erforderlichen Spannungs festigkeit sehr aufwendig. Ausserdem ist wegen der induktiven Kopplung des Steuerkreises mit dem Emp fangskreis mit Rückwirkungen vom Gleichrichtergefäss her auf den Steuerkreis zu rechnen.
Bei der drahtlosen Übertragung der Steuersignale mittels Hochfrequenz stösst man vor allem auf die Schwierigkeit, den Emp fangskreis gegen die Störungen unempfindlich. zu machen, die von den Schaltvorgängen in den Quecksil- berdampfgleichrichtergefässen herrühren. In den Quecksilberdampfgleichrichtern entstehen nämlich bei den Schaltvorgängen hochfrequente Störungen von erheblicher Feldstärke.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Zündung eines auf Hochspannung liegenden Gleich- richtergefässes, bei der die genannten Schwierigkeiten vermieden sind und,die zudem sehr einfach aufgebaut ist.
Erfindungsgemäss erfolgt bei dieser Einrichtung die Übertragung des Steuersignals auf dem Lichtweg mit einer auf niedrigerem Potential liegenden Lumineszenz- diode als Sende- und einem auf höherem Potential lie genden Photodetektor als Empfangselement.
Die erfindungsgemässe Einrichtung besitzt zahlrei che Vorteile. Sende- und Empfangselement können in grosser räumlicher Entfernung voneinander, beispiels weise bei einer Potentialdifferenz von 400 kV im Ab stand von etwa 2,5 m, angeordnet werden. Die Isola tionseigenschaften der Einrichtung sind daher beson ders gut. Rückwirkungen vom Empfangskreis auf den Steuerkreis treten nicht auf. Die Lichtintensität der Lumineszenzdiode und die Empfindlichkeit des Photo detektors sind so gross, dass die räumliche Entfernung mit geeigneten optischen Mitteln gut überbrückt wer den kann.
Die Lumineszenzdiode stellt eine leicht modulier- bare Lichtquelle dar. Ihre Lichtintensität folgt prak tisch trägheitslos einem in Flussrichtung über den pn-Übergang der Diode fliessenden Strom. Die Lumi- neszenzdiode hat somit eine äusserst kurze Ansprech zeit.
Da vielfach die Gleichrichtergefässe synchron zur Netzfrequenz mit steuerbarer Phasenverschiebung zum Phasennullpunkt gezündet werden müssen, ist es not wendig, die elektrischen Steuersignale, die mittels an sich bekannter Steuerkreise erzeugt werden, im Sen deelement mit hoher Zeitgenauigkeit in Lichtsignale umzuwandeln. Die kurze Ansprechzeit der Lumines- zenzdiode ist daher von besonderer Bedeutung. Vor zugsweise werden bei der erfindungsgemässen Einrich tung Lumineszenzdioden aus Galliumarsenid verwen det, die ultrarotes Licht emittieren.
Als Photodetektor wird bei der erfindungsgemässen Einrichtung vorzugsweise eine Siliziumphotodiode ver wendet. Das Maximum der spektralen Empfindlichkeit der Siliziumphotodioden liegt dicht bei der Wellenlänge des von der Galliumarsenidlumineszenzdiode emittier ten Lichtes. Da die Siliziumphotodioden bei hinrei chend niederohmigem Abschluss ebenfalls eine sehr kurze Ansprechzeit besitzen, sind sie als Empfangsele mente vorzüglich geeignet.
Der von der Lumineszenz diode ausgesandte Lichtimpuls wird in der Photodiode in einen elektrischen Impuls umgeformt, der dann einem an die Photodiode angepassten Verstärker mit vorzugsweise kleinem Eingangswiderstand zugeführt wird. Vom Ausgang des Verstärkers wird der Impuls auf die Steuerelektrode des Gleichrichtergefässes gege ben.
Wegen der grossen Entfernung zwischen Lumines- zenzdiode und Photodetektor ist es wünschenswert, dass ein möglichst grosser Teil der von der Lumines- zenzdiode divergent ausgestrahlten Lichtleistung über diese Entfernung auf die empfindliche Fläche des Pho todetektors übertragen wird.
Die Übertragung des Lichtsignales kann mit einem aus einem Glasfaserbündel bestehenden Lichtleiter er folgen, dessen Enden auf die Lumineszenzdiode und den Photodetektor aufgesetzt werden. Ein solcher Lichtleiter benötigt zur Übertragung des Lichtsignals nur einen geringen Querschnitt, so dass auf engem Raum mehrere Übertragungskanäle angeordnet werden können.
Ausserdem sind bei der Verwendung von Lichtleitern beim Zusammenbau der erfindungsgemäs- sen Einrichtung keine Justierarbeiten notwendig. Fer ner kann dabei der Lichtweg auch gekrümmt sein.
Bei einer anderen Ausführungsform der erfindungs- gemässen Einrichtung wird das Lichtsignal mit Hilfe einer Linsenoptik übertragen, die sich insbesondere zur Überbrückung grösserer Entfernungen eignet. Die Ver wendung einer Linsenoptik hat ausserdem den Vorteil, dass die Lumineszenzdiode und der Photodetektor, die auf verschiedenem Potential liegen, nicht durch einen unter Umständen hochspannungsempfindlichen Körper verbunden sind.
Zur Erfassung eines möglichst grossen Teiles der von der Lumineszenzdiode emittierten Strahlung soll das Linsensystem einen grossen öff- nungswinkel besitzen. Dies bedeutet, dass die der Lumineszenzdiode zunächst liegende Linse eine kurze Brennweite haben soll. Die Bedingung, dass - abgese hen von Reflexionsverlusten an den Linsenoberflächen - das im Öffnungswinkel der ersten Linse erfasste Lichtbündel verlustlos weitergeleitet wird, ist erfüllt, wenn in der Folge der Blenden jede Blende auf die übernächste Blende abgebildet wird.
Dies bedeutet, dass der Leuchtfleck der Lumineszenzdiode durch die erste Linse auf die zweite Linse, die Fassung der ersten Linse durch die zweite Linse auf die dritte Linse usw. abzubilden ist, und dass schliesslich durch die letzte Linse die Fassung der vorletzten Linse auf die emp findliche Fläche des Photodetektors abgebildet werden muss. Die notwendigen Brennweiten, Abstände und Durchmesser der Linsen können mit Hilfe der geome trischen Optik berechnet werden.
Das von einer Galli- umarsenidlumineszenzdiode emittierte Licht enthält nur einen schmalen Spektralbereich im nahen Ultrarot bei einer Wellenlänge von etwa 0,9,u. Für Licht dieser Wellenlänge sind normale optische Gläser noch durch lässig, so .dass bei der erfindungsgemässen Einrichtung normale Glaslinsen verwendet werden können. Eine Korrektur des Farbfehlers ist überflüssig. Anstelle einer Linsenoptik können auch Hohlspiegel, gegebe nenfalls kombiniert mit Linsen, verwendet werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfin dungsgemässen Einrichtung besteht das Linsensystem aus drei Linsen. Zwei dieser Linsen sind mit- der Lumi- neszenzdiode zu einer festen Baueinheit verbunden, während die dritte Linse mit dem Photodetektor und dem an diesen Photodetektor angeschlossenen Verstär ker ebenfalls zu einer festen Baueinheit verbunden ist. Diese Bauform besitzt den Vorteil, dass der übertra- gungsweg zwischen der Sende- und der Empfangsein heit praktisch von Linsen und deren Befestigungsmit teln freigehalten ist, so dass eine gute Isolation der auf verschiedenem Potential liegenden Teile gewährleistet ist.
Ferner können durch die Zusammenfassung zu festen Baueinheiten die Linsen vor dem Zusammenbau der gesamten Einrichtung vorjustiert werden. Dadurch wird die Montage der gesamten Einrichtung wesentlich vereinfacht. Auch bei der Verwendung von Hohlspie geln ist eine Zusammenfassung zu festen Baueinheiten möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, den Sende- und den Empfangsteil der erfindungsgemässen Einrichtung an den beiden Enden eines Stützisolators anzubringen, der das Gleichrichtergefäss trägt. Das Lichtsignal wird dabei vorzugsweise durch den hohlen Innenraum dieses Stützisolators geleitet. Dadurch wird die Einrichtung in einfacher Weise gegen äussere Einflüsse, insbesondere gegen mechanische Beschädigung, Verschmutzung oder störendes Licht geschützt und gleichzeitig eine gute Isolation des Sendeteils vom Empfangsteil erreicht. Diese Anordnung ist sowohl bei der Verwendung einer Linsen- oder Hohlspiegeloptik als auch eines Lichtlei ters vorteilhaft.
Da die Lichtintensität der Lumineszenzdiode mit wachsender Gehäusetemperatur abnimmt und somit auch gegen Schwankungen der Umgebungstemperatur empfindlich ist, kann es vorteilhaft sein, die Tempera tur des Gehäuses der Lumineszenzdiode zu regeln, obwohl bei der erfindungsgemässen Einrichtung durch ,das Lichtsignal lediglich ein Zeitpunkt festgelegt wer den soll und daher eine verhältnismässig grosse Schwankung der Strahlungsamplitude zulässig ist.
Die Regelung der Temperatur des Gehäuses der Lumines- zenzdiode erfolgt vorteilhaft durch Kühlung, beispiels weise mit Hilfe eines Peltierelementes, das in die Hal terung der Lumineszenzdiode eingebaut ist.
Anhand einiger Figuren soll ein Ausführungsbei spiel der Erfindung noch näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausfüh rungsform der erfindungsgemässen Einrichtung.
Fig. 2 zeigt schematisch den Sendeteil der Einrich tung nach Fig. 1.
Fig. 3 zeigt schematisch den Empfangsteil der Ein richtung nach Fig. 1.
Bei der in Fig.1 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung sind der Sendeteil 1 und der Empfangsteil 2 an beiden Enden des Stützi- solators 3 angeordnet, der das in der Figur nicht dar gestellte Gleichrichtergefäss trägt. Der Sendeteil 1 be steht im wesentlichen aus der Lumineszenzdiode 11, der ersten Linse 12 und der zweiten Linse 13. Die Lin sen sind in einem Rohr 14 fest montiert. Das Steuersi gnal wird durch eine Leitung 5 einem Impulsformer 6 zugeführt. Die Lumineszenzdiode 11 ist an den Aus gang dieses Impulsformers 6 angeschlossen.
Der Emp fangsteil 2 besteht im wesentlichen aus dem Photode tektor 21, der dritten Linse 22 und dem mit dem Pho todetektor unmittelbar verbundenen Verstärker 23. Die verschiedenen Bauteile werden durch das Rohr 24 mechanisch zusammengehalten. Mit Hilfe der Leitung 25 wird das Ausgangssignal der Steuerelektrode des Gleichrichtergefässes zugeleitet. Die von der Lumines- zenzdiode ausgesandten Lichtsignale verlaufen im In neren des Stützisolators 3 und sind durch die Pfeile 4 dargestellt. In Fig. 2 ist der Sendeteil 1 der Einrichtung gemäss Fig. 1 genauer dargestellt.
Die Lumineszenzdiode 11 ist dabei mit den Linsen 12 und 13 zu einer Baueinheit zusammengefasst. Die beiden Linsen sind im Rohr 14 durch Schraubringe 15 gehaltert. Die Lumineszenz diode 11 ist in einem mit geeigneten Bohrungen und Schlitzen versehenen Metallklotz 16 befestigt.
In Wär mekontakt mit diesem Metallklotz und dem Gehäuse der Lumineszenzdiode steht das Peltierelement 17, das zur Regelung der Gehäusetemperatur der Lumines- zenzdiode 11 dient. Mit Hilfe des Kugelgelenkes 18 und der Stellschrauben 19 kann die Lumineszenzdiode um den Mittelpunkt der strahlenden Fläche ge schwenkt werden. Dadurch wird die Justierung des optischen Systems - stark vereinfacht. Zwei weitere Stellschrauben sind in einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene angebracht.
Mit Hilfe des Steckers 110 wird der elektrische Steuerimpuls der Lumineszenz- diode über eine Koaxialleitung zugeführt.
In Fig. 3 ist der Empfangsteil 2 der Einrichtung nach Fig. 1 genauer dargestellt. Am einen Ende des Rohres 24 ist die Linse 22 mit Hilfe der Schraubringe 26 befestigt. Im anderen- Ende des Rohres sind der Photodetektor 21 und der Verstärker 23 eingebaut. Da mit hochfrequenten Störsignalen gerechnet werden muss, die bei der Entladung der Gleichrichtergefässe auftreten, ist eine gegen Störungen anfällige längere elektrische Leitung zwischen dem Photodetektor 21 und dem Verstärker 23 vermieden und der Photode tektor mit dem Verstärker zu einem gemeinsamen Bau teil vereinigt. Die Ausgangsbuchse des Verstärkers ist mit 27 bezeichnet.
Als Beispiel für ein optimales Linsensystem werden im folgenden die Daten eines Systems aus drei handels üblichen Glaslinsen angegeben, das bei einer speziellen Ausführungsform der in Fig. 1 gezeigten Anordnung verwendet ist.
Bei diesem System besitzt die erste Linse 12 einen Durchmesser von 15,6 mm und eine Brennweite von 14 mm, die zweite Linse 13 einen Durchmesser von 18,7 mm und eine Brennweite von 250 mm und die dritte Linse 22 einen Durchmesser von 139 mm und eine Brennweite von 250 mm. Der Durchmesser der strahlenden Fläche der Lumines- zenzdiode beträgt 1 mm, der Durchmesser der beleuch teten Fläche des Photodetektors 2,1 mm.
Die Linse 12 hat von der Lumineszenzdiode einen Abstand von 14,75 mm, die Linse 13 von der Linse 12 einen Ab stand von 278 mm, die Linse 22 von der Linse 13 einen Abstand von 2500 mm und der Photodetektor 21 von der Linse 22 einen Abstand von 278 mm.
Wegen der kleinen Zeitkonstante der Lumineszenz diode kann bei der erfindungsgemässen Einrichtung eine hohe Zeitgenauigkeit erreicht werden. So kann beispielsweise mit Impulslängen von 10,us gearbeitet werden, während ein Grad einer Periode des 50 Hz-Wechselstromes etwa 55,6 ,us entspricht. Zur Erzielung einer hohen Lichtintensität kann bei Wahl eines geeigneten Typs einer Galliumarsenid-Lumines- zenzdiode ein maximaler Impulsstrom von etwa 20 Ampere vorgesehen werden.
Die Impulsfolgefrequenz beträgt im Normalfall 50 Hz, wobei der zur Erzeugung der elektrischen Impulse verwendete Impulsgenerator netzsynchron getriggert wird.
Zur Umwandlung der 10 ,us dauernden Lichtblitze in entsprechende elektri sche Impulse mit kleiner Anstiegszeit im Empfangsteil ist es vorteilhaft, die als Empfangselement verwendete Photodiode so an den Verstärker anzupassen, dass die RC-Kombination, die aus der Sperrschichtkapazität und dem Bahnwiderstand der Diode sowie dem Ein gangswiderstand des Verstärkers besteht, eine kleinere Zeitkonstante als etwa 2,us aufweist. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Eingangswiderstand des Verstärkers entsprechend klein gehalten wird.
Bei einer Silizium-Photodiode mit einer Sperrschichtkapa- zität von etwa 62,5 Nanofarad und einem Serienwider stand von etwa 1,73 Ohm sowie einem Sperrschicht leitwert von etwa 7 Mikrosiemens ist zur Erzielung einer entsprechenden Zeitkonstante ein Eingangswider stand des Verstärkers von ungefähr 5 Ohm erforder lich. Ein solch niedriger Abschluss der Photodiode hat den zusätzlichen Vorteil, dass die Photodiode praktisch noch im Kurzschluss arbeitet. Der Kurzschlussstrom der Photodiode ist nämlich im Gegensatz zur Leerlauf Spannung der Lichtleistung proportional.
Device for igniting a high-voltage rectifier vessel In high-voltage engineering, rectifiers, in particular mercury vapor rectifiers, are used to convert high-voltage alternating current into direct current or high-voltage direct current into alternating current.
The power is controlled by timely ignition of the discharge in the rectifier vessels. The ignition electrodes of the rectifier vessels must often be at high potential, while the control signals are generated in an arrangement that is at low potential. The control signals have to be transmitted over large potential differences, which for example can amount to around 500 kV, which causes various difficulties.
The potential difference can be overcome per se by an insulating transformer to which the control signals are fed, or by wireless transmission of the control signals by means of high frequency. However, both types of transmission are associated with major disadvantages. The transmission through a transformer is very complex because of the required voltage stability. In addition, due to the inductive coupling of the control circuit with the receiving circuit, repercussions from the rectifier vessel on the control circuit are to be expected.
In the wireless transmission of control signals by means of high frequency, the main problem is that the receiving circuit is insensitive to interference. caused by the switching processes in the mercury vapor rectifier vessels. In the mercury vapor rectifiers, high-frequency interference with a considerable field strength occurs during the switching processes.
The present invention relates to a device for igniting a high-voltage rectifier vessel, in which the aforementioned difficulties are avoided and which, moreover, has a very simple structure.
According to the invention, in this device the control signal is transmitted on the light path with a luminescent diode at a lower potential as the transmitting element and a photodetector at a higher potential as the receiving element.
The device according to the invention has numerous advantages. Sending and receiving elements can be arranged at a large spatial distance from one another, for example, with a potential difference of 400 kV at a distance of about 2.5 m. The insulation properties of the facility are therefore particularly good. Reactions from the receiving circuit to the control circuit do not occur. The light intensity of the light emitting diode and the sensitivity of the photo detector are so great that the spatial distance can be easily bridged with suitable optical means.
The luminescent diode is an easily modulatable light source. Its light intensity follows a current flowing in the direction of flow over the pn junction of the diode with practically no inertia. The luminescence diode thus has an extremely short response time.
Since the rectifier vessels often have to be ignited synchronously with the mains frequency with a controllable phase shift to the phase zero point, it is necessary to convert the electrical control signals, which are generated by means of known control circuits, into light signals in the Sen deelement with high timing accuracy. The short response time of the luminescence diode is therefore of particular importance. In the device according to the invention, luminescence diodes made of gallium arsenide are preferably used, which emit ultra-red light.
A silicon photodiode is preferably used as the photodetector in the device according to the invention. The maximum of the spectral sensitivity of the silicon photodiodes is close to the wavelength of the light emitted by the gallium arsenide luminescence diode. Since the silicon photodiodes also have a very short response time with a sufficiently low-resistance termination, they are ideally suited as reception elements.
The light pulse emitted by the luminescent diode is converted into an electrical pulse in the photodiode, which is then fed to an amplifier which is adapted to the photodiode and preferably has a low input resistance. From the output of the amplifier, the pulse is sent to the control electrode of the rectifier vessel.
Because of the large distance between the luminescent diode and the photodetector, it is desirable that the largest possible part of the light power emitted divergently by the luminescent diode is transmitted over this distance to the sensitive surface of the photodetector.
The transmission of the light signal can be followed by a light guide consisting of a fiber optic bundle, the ends of which are placed on the light emitting diode and the photodetector. Such a light guide requires only a small cross section to transmit the light signal, so that several transmission channels can be arranged in a narrow space.
In addition, when using light guides when assembling the device according to the invention, no adjustment work is necessary. Furthermore, the light path can also be curved.
In another embodiment of the device according to the invention, the light signal is transmitted with the aid of lens optics, which are particularly suitable for bridging large distances. The use of lens optics also has the advantage that the luminescent diode and the photodetector, which are at different potentials, are not connected by a body that may be sensitive to high voltage.
In order to capture the largest possible part of the radiation emitted by the luminescence diode, the lens system should have a large opening angle. This means that the lens initially lying on the light-emitting diode should have a short focal length. The condition that - apart from reflection losses on the lens surfaces - the light bundle captured in the opening angle of the first lens is passed on without loss, is fulfilled when each diaphragm is mapped onto the next but one diaphragm as a result of the diaphragms.
This means that the light spot of the light-emitting diode is to be imaged through the first lens onto the second lens, the mount of the first lens through the second lens onto the third lens, etc., and that finally through the last lens the mount of the penultimate lens onto the emp sensitive area of the photodetector must be mapped. The necessary focal lengths, distances and diameters of the lenses can be calculated using the geometric optics.
The light emitted by a gallium arsenide luminescence diode contains only a narrow spectral range in the near ultra-red at a wavelength of about 0.9, u. Normal optical glasses are still permeable to light of this wavelength, so that normal glass lenses can be used in the device according to the invention. A correction of the chromatic aberration is not necessary. Instead of lens optics, concave mirrors can also be used, possibly combined with lenses.
In a preferred embodiment of the device according to the invention, the lens system consists of three lenses. Two of these lenses are connected to the luminescence diode to form a fixed structural unit, while the third lens is also connected to the photodetector and the amplifier connected to this photodetector to form a fixed structural unit. This design has the advantage that the transmission path between the transmitting and receiving unit is practically kept free of lenses and their fastening means, so that good insulation of the parts at different potentials is guaranteed.
Furthermore, by combining them into fixed structural units, the lenses can be pre-adjusted before the entire device is assembled. This considerably simplifies the assembly of the entire device. Even when using Hohlspie geln a combination of fixed units is possible.
It is particularly advantageous to attach the transmitting and receiving parts of the device according to the invention to the two ends of a support insulator which carries the rectifier vessel. The light signal is preferably passed through the hollow interior of this post insulator. As a result, the device is protected in a simple manner against external influences, in particular against mechanical damage, soiling or interfering light, and at the same time good insulation of the transmitting part from the receiving part is achieved. This arrangement is advantageous both when using a lens or concave mirror optics and a Lichtlei age.
Since the light intensity of the light-emitting diode decreases with increasing housing temperature and is therefore also sensitive to fluctuations in the ambient temperature, it can be advantageous to regulate the temperature of the housing of the light-emitting diode, although in the device according to the invention the light signal should only set a point in time and therefore a relatively large fluctuation in the radiation amplitude is permissible.
The temperature of the housing of the luminescent diode is advantageously regulated by cooling, for example with the aid of a Peltier element that is built into the holder of the luminescent diode.
Using a few figures, a Ausführungsbei game of the invention will be explained in more detail.
Fig. 1 shows schematically a preferred Ausfüh approximately form of the device according to the invention.
FIG. 2 shows schematically the transmitting part of the device according to FIG. 1.
FIG. 3 schematically shows the receiving part of the device according to FIG. 1.
In the embodiment of the device according to the invention shown in FIG. 1, the transmitting part 1 and the receiving part 2 are arranged at both ends of the support insulator 3, which carries the rectifier vessel not shown in the figure. The transmitting part 1 be essentially consists of the light emitting diode 11, the first lens 12 and the second lens 13. The Lin sen are fixedly mounted in a tube 14. The control signal is fed to a pulse shaper 6 through a line 5. The light emitting diode 11 is connected to the output of this pulse shaper 6.
The Emp catching part 2 consists essentially of the photodetector 21, the third lens 22 and the amplifier 23 directly connected to the photodetector. The various components are held together mechanically by the tube 24. With the aid of the line 25, the output signal is fed to the control electrode of the rectifier vessel. The light signals emitted by the luminescence diode run in the interior of the post insulator 3 and are shown by the arrows 4. In FIG. 2, the transmitting part 1 of the device according to FIG. 1 is shown in more detail.
The luminescent diode 11 is combined with the lenses 12 and 13 to form a structural unit. The two lenses are held in the tube 14 by screw rings 15. The luminescent diode 11 is fastened in a metal block 16 provided with suitable bores and slots.
The Peltier element 17, which is used to regulate the temperature of the housing of the luminescent diode 11, is in thermal contact with this metal block and the housing of the luminescent diode. With the help of the ball joint 18 and the adjusting screws 19, the light emitting diode can be pivoted around the center of the radiating surface. This greatly simplifies the adjustment of the optical system. Two further adjusting screws are attached in a direction perpendicular to the plane of the drawing.
With the aid of the plug 110, the electrical control pulse is fed to the luminescent diode via a coaxial line.
In Fig. 3, the receiving part 2 of the device according to Fig. 1 is shown in more detail. The lens 22 is fastened to one end of the tube 24 with the aid of the screw rings 26. In the other end of the tube, the photodetector 21 and the amplifier 23 are installed. Since high-frequency interference signals that occur when the rectifier vessels are discharged, a longer electrical line susceptible to interference between the photodetector 21 and the amplifier 23 is avoided and the photodetector is combined with the amplifier to form a common construction. The output socket of the amplifier is labeled 27.
As an example of an optimal lens system, the data of a system of three commercially available glass lenses, which is used in a special embodiment of the arrangement shown in FIG. 1, are given below.
In this system, the first lens 12 has a diameter of 15.6 mm and a focal length of 14 mm, the second lens 13 has a diameter of 18.7 mm and a focal length of 250 mm and the third lens 22 has a diameter of 139 mm and a focal length of 250 mm. The diameter of the radiating surface of the luminescent diode is 1 mm, the diameter of the illuminated surface of the photodetector is 2.1 mm.
The lens 12 has a distance of 14.75 mm from the light emitting diode, the lens 13 from the lens 12 stood from 278 mm, the lens 22 from the lens 13 a distance of 2500 mm and the photodetector 21 from the lens 22 a Distance of 278 mm.
Because of the small time constant of the luminescent diode, a high time accuracy can be achieved with the device according to the invention. For example, it is possible to work with pulse lengths of 10 μs, while one degree corresponds to a period of the 50 Hz alternating current approximately 55.6 μs. To achieve a high light intensity, if a suitable type of gallium arsenide luminescence diode is selected, a maximum pulse current of about 20 amperes can be provided.
The pulse repetition frequency is normally 50 Hz, with the pulse generator used to generate the electrical pulses being triggered synchronously with the mains.
To convert the 10 microsecond flashes of light into corresponding electrical impulses with a short rise time in the receiving part, it is advantageous to adapt the photodiode used as the receiving element to the amplifier so that the RC combination, which consists of the junction capacitance and the resistance of the diode and the There is an input resistance of the amplifier that has a time constant less than about 2 .mu.s. This can be achieved by keeping the input resistance of the amplifier correspondingly small.
For a silicon photodiode with a blocking layer capacitance of around 62.5 nanofarads and a series resistance of around 1.73 ohms and a blocking layer conductance of around 7 microsiemens, an amplifier input resistance of around 5 ohms is required to achieve a corresponding time constant lich. Such a low termination of the photodiode has the additional advantage that the photodiode still works in a short circuit. In contrast to the no-load voltage, the short-circuit current of the photodiode is proportional to the light output.