Lasergerät
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lasergerät mit einer Blitzbeleuchtung mit Zündstromkreis, einem Ladekondensator zur Speisung der Blitzbeleuchtung, einem Transormator und Gleichrichter zum Aufladen des Ladekondensators, sowie elektronischen Schaltmitteln zur Einleitung der Aufladung. Bei derartigen Lasergeräten hängt die Impulsintensität von der Ladespannung des Ladekondensators ab.
Der Kondensator ist also jeweils auf eine bestimmte Spannung aufzuladen und auf dieser Spannung zu halten, bevor die Entladung durch die Blitzröhre eingeleitet wird, wenn ein Laserimpuls bestimmter Energie gewünscht wird.
Bekannte Geräte weisen zu diesem Zwecke eine Zeitsteuerung auf in dem Sinne, dass von einem die Aufladung des Kondensators einleitenden Befehl hinweg eine bestimmte Wartezeit verstreicht, nach welcher die Zündung eingeleitet wird. Diese Wartezeit ist so bemessen, dass sie in allen Fällen genügt, um den Ladekondensator auch auf die höchste zulässige Spannung aufzuladen. Abgesehen davon, dass in diesem Falle eine gewisse Sicherheitszeit einzurechnen ist, damit zum Beispiel bei geringer Netzspannung stets eine volle Aufladung erfolgt, geht vor allem bei geringen Ladespannungen unnötig Zeit verloren, während welcher ausserdem durch relativ umständliche Regelkreise dafür gesorgt werden muss, dass die Ladespannung auf dem gewünschten Wert gehalten wird.
Es ist das Ziel vorliegender Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden. Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, die Zündung nicht nach einer vorbestimmten Zeit sondern sofort beim Erreichen der gewollten Ladespannung auszulösen, und dabei zugleich das Gerät in Bereitschaftszustand für die nächste Aufladung zu bringen. Es geht damit nie unnötig Zeit verloren, während welcher die Kondensatorladung auf einem konstanten Wert gehalten werden muss. Anderseits ist unter allen Umständen für eine genaue und volle Aufladung auf die gewollte Spannung gesorgt, weil unabhängig von der benötigten Ladezeit die Zündung erst dann ausgelöst wird, wenn die Sollspannung auch erreicht ist. Eine die Ladezeit bemessende Verzögerungsschaltung sowie eine relativ umständliche Elektronik zur Konstanthaltung verschiedener Spannungen fallen weg.
Das erfindungsgemässe Gerät ist gekennzeichnet durch einen Mess- und Auslösestromkreis zur Einschaltung des Zündstromkreises beim Erreichen einer bestimmten Spannung am Ladekondensator sowie einen Steuerstromkreis für die Schaltmittel, welcher durch einen Startimpuls einschaltbar und durch einen Zündimpuls ausschaltbar Ist
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert, in welcher
Fig. 1 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise bekannter Geräte ist.
Fig. 2 ist ein entsprechendes Diagramm zur Darstellung der Arbeitsweise des erfindungsgemässen Gerätes und
Fig. 3 ist das Schaltschema eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Gerätes.
Wie Fig. 1 zeigt, steht bei bekannten Geräten stets ein vorbestimmter Zeitraum T zur Verfügung, während welchem der Ladekondensator auf eine voreingestellte Spannung aufgeladen und dann am Ende des Zeitraums über die Blitzröhre entladen wird. Man sieht, dass der Zeitraum nur bei Aufladung auf die höchste Betriebsspannung (rechts in Fig. 1) wirklich benötigt wird, während bei allen geringeren Ladespannungen Zeit verloren geht, das heisst, nach erfolgter Aufladung auf die Sollspannung muss diese noch während einer gewissen Zeit aufrechterhalten werden, bis die Zündung und Entladung erfolgt. Die Arbeitskadenz des Geräts ist somit begrenzt durch die vorgegebene Dauer eines Arbeitszyklus.
Wie Fig. 2 zeigt, können diese Nachteile vermieden werden, wenn die Zündung der Blitzbeleuchtung nicht mehr starr in Abhängigkeit der Zeit sondern in Abhängigkeit der erreichten Sollspannung erfolgt. Bei kleinen Ladespannungen, die rascher erreicht sind, ergeben sich wesentlich kürzere Arbeitszyklen T1 bzw. T2 als bei Höchstspannung (T3).
Die Arbeitskadenz hängt also ab von der Impulsenergie bzw. Ladespannung, was in allen Fällen eine optimale Ausnützung der vorhandenen Leistungsfähigkeit des Gerätes erlaubt.
In Fig. 3, die ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Gerätes darstellt, sind gewisse Schaltungsteile schematisch vereinfacht dargestellt. So ist zum Beispiel nur je ein Gleichrichter dargestellt, wo zwei in Serie geschaltet sein können und gewisse Hilfselemente, wie Parallelwider stände, sind weggelassen. Das Gerät weist einen Netztransformator 1 auf, der im Betriebszustand dauernd mit dem Netz verbunden bleibt. Er ist als kurzschlussfester Streufeldtransformator ausgebildet. Seine Sekundärwicklung arbeitet auf einem Zweiweggleichrichter mit vier Gleichrichterzweigen 2 bis 5. Mit dem Ausgang des Gleichrichters ist ein Schutzkondensator 6 mit Seriewiderstand 7 verbunden.
Über zwei in Serie geschaltete steuerbare Gleichrichter 8 und 9 ist der Gleichrichter mit dem Ladekondensator 10 verbunden. Die Gleichrichter 8 und 9 sind durch Sekundärspulen 11 eines Transformators steuerbar, dessen Primärwicklung 12 mit dem Ausgang einer Steuerschaltung 13 verbunden ist. Dieses Steuergerät 13 weist einen bistabilen Kreis auf, der durch Eingänge 14 und 15 umsteuerbar ist.
Dieser Kreis schaltet in dem durch den wirksamen Eingang 14 bewirkten Zustand einen Oszillator ein, der die Primärwicklung 12 mit einer Wechselspannung von beispielsweise 10 l:Hz speist.
Mit dem Ladekondensator 10 ist über eine Induktivität 2 eine Blitzröhre 16 verbunden, die mittels eines Zündtransformators 17 gezündet werden kann. Zur Erzeugung der Zündimpulse genügender Intensität ist ein Zündverstärker vorgesehen, bestehend aus einem Netzkreis mit Gleichrichter 18, Begrenzungswiderstand 19 und Kondensator 20 und einem steuerbaren Gleichrichter 21.
Mit dem Ladekondensator 10 ist ferner ein Mess- und Auslösestromkreis verbunden, der einen Spannungsteiler bestehend aus den Widerständen 22 und 23 und dem Potentiometer 24 aufweist. An den Spannungsteilerabgriff sind ein Kondensator 25 und eine Kippdiode 26 angeschlossen. Bei leitender Kippdiode 26 tritt am Ausgang zwischen zwei Widerständen 27 und 28 ein Ausgangssignal auf, welches zugleich dem Eingang 15 der Steuerschaltung 13 und dem Zündgleichrichter 21 zugeführt wird.
Soweit oben beschrieben arbeitet die Schaltung wie folgt:
Bei eingeschaltetem Transformator 1 wird der Ladekondensator 10 vorderhand nicht aufgeladen, weil sich die Steuerschaltung 13 im Ausschaltzustand befindet, für welchen der Transformator 11, 12 spannungslos und somit die Gleichrichter 8, 9 dauernd gesperrt sind. Soll nun ein Laserimpuls ausgelöst werden, so wird mittels einer nicht dargestellten Vorrichtung ein Startimpuls an den Eingang 14 der Steuerschaltung 13 angelegt. Damit kippt kippt diese Schaltung und schaltet den Oszillator ein, der den Transformator 11, 12 speist und die Gleichrichter 8, 9 leitend werden lässt. Der Kondensator 10 wird daher nun über den Gleichrichter 2-5 und die als Schaltmittel wirkenden Gleichrichter 8 und 9 aufgeladen.
Das Potentiometer 24 des Spannungsteilers 22-24 ist so eingestellt, dass bei der gewollten Ladespannung die Durchbruchspannung der Kippdiode 26 erreicht und diese damit leitend wird. Der dabei auftretende Ausgangsimpuls wird dem Eingang 15 der Steuerschaltung 13 zugeleitet und kippt den bistabilen Kreis dieser Schaltung in den Ausschaltzustand, für welchen der Oszillator ausgeschaltet wird und die Gleichrichter 8 und 9 beim nächsten Nulldurchgang nichtleitend werden. Zugleich gelangt der Aus gangsimpuls des Mess- und Auslösekreises an den Gleichrichter 21, der leitend wird und über den Zündtransformator einen Hochspannungsimpuls an die Zündelektrode der Blitzröhre 16 abgibt. Damit erfolgt die Zündung der Blitzröhre und die Entladung des Kondensators 10 über dieselbe.
Die Steuerschaltung 13 ist durch den Ausgangsimpuls bereits in Ausschaltzustand oder Bereitschaftszustand übergeführt worden, und nach einer gewissen, der Entionisierung der Blitzröhre dienenden Wartezeit kann ein neuer Startimpuls an den Eingang 14 gegeben werden, um eine weitere Aufladung auszulösen, die dann selbsttätig die Entladung steuert.
In den meisten Fällen wird im Augenblick der Entladung durch die Blitzröhre 16 der Gleichrichter 2-5 noch Spannung und Strom liefern. Auch wenn der Transformator 11, 12 mit einsetzender Entladung sofort spannungslos wird, können die Gleichrichter 8 und 9 unter bestimmten Umständen leitend bleiben. Damit würde also während der Entladung noch Strom zugeführt, was zu einer gewissen Streuung in der Impulsenergie führen könnte und was auch die Entionisierung der Blitzröhre verzögern kann. Um diese möglichen Nachteile auszuschalten, kann ein in Fig. 3 gestrichelt dargestellter Kurzschlusskreis dem Gleichrichter 2-5 parallelgeschaltet werden. Dieser Kurzschlusskreis weist zwei in Serie geschaltete steuerbare Gleichrichter 29 und 30 auf, die über Transformatorwicklungen 31 und 32 gezündet werden können.
Der Eingang eines Zündverstärkers 33 ist ebenfalls mit dem Ausgang des Mess- und Auslösekreises verbunden, derart, dass bei jeder Auslösung der Zündung für die Blitzröhre auch ein Zündimpuls an die Gleichrichter 29 und 30 gelangt und diese zündet, liegt in diesem Augenblick eine positive Spannung am Kurzschlusskreis bzw. an den Schaltgleichrichtern 8 und 9, so werden die Gleichrichter 29 und 30 leitend und schliessen den Gleichrichter 2-5 kurz. Es wird somit während der Entladung des Kondensators 10 keine Energie mehr über die Gleichrichter 8 und 9 nachfliessen können.
Es sind verschiedene Ausführungsvarianten möglich. Anstelle eines Zweiweggleichrichters 2-5 könnte ein Einweggleichrichter vorgesehen sein. In diesem Falle könnten die Schaltthyristoren 8 und 9 auch die Funktion des Gleichrichters übernehmen. Der eventuelle Kurzschlusskreis 29-33 würde dann direkt mit der Sekundärwicklung des Transformators 1 verbunden. Da der Kurzschlusskreis praktisch gleichzeitig mit der Blitzröhre gezündet werden muss, könnten die Thyristoren 29 und 30 auch von geeigneten Wicklungen des Zündtransformators 17 gezündet werden. Anstelle der erwähnten Kippdiode oder Vierschichtdiode 26 kann irgendeine andere geeignete elektronische Kippschaltung, zum Beispiel ein Unijunction-Transistor, ein Schmitt-Trigger oder dergleichen verwendet werden.
Laser device
The present invention relates to a laser device with flash lighting with an ignition circuit, a charging capacitor for feeding the flash lighting, a transformer and rectifier for charging the charging capacitor, and electronic switching means for initiating charging. In such laser devices, the pulse intensity depends on the charging voltage of the charging capacitor.
The capacitor has to be charged to a certain voltage and kept at this voltage before the discharge is initiated by the flash tube when a laser pulse of a certain energy is desired.
For this purpose, known devices have a time control in the sense that a certain waiting time elapses after a command initiating the charging of the capacitor, after which the ignition is initiated. This waiting time is calculated so that it is sufficient in all cases to charge the charging capacitor to the highest permissible voltage. Apart from the fact that in this case a certain safety time has to be taken into account so that, for example, a full charge always takes place when the mains voltage is low, unnecessary time is lost, especially with low charging voltages, during which, in addition, relatively cumbersome control circuits have to ensure that the charging voltage is maintained is kept at the desired value.
It is the aim of the present invention to avoid these disadvantages. The invention is based on the idea of not triggering the ignition after a predetermined time but immediately when the desired charging voltage is reached, and at the same time bringing the device into readiness for the next charge. Time is never wasted unnecessarily during which the capacitor charge has to be kept at a constant value. On the other hand, an exact and full charging to the desired voltage is ensured under all circumstances, because regardless of the required charging time, the ignition is only triggered when the target voltage has also been reached. A delay circuit that measures the charging time and relatively cumbersome electronics for keeping various voltages constant are no longer necessary.
The device according to the invention is characterized by a measuring and triggering circuit for switching on the ignition circuit when a certain voltage is reached on the charging capacitor and a control circuit for the switching means, which can be switched on by a start pulse and switched off by an ignition pulse
The invention is explained below with reference to the drawing, for example, in which
Fig. 1 is a diagram for illustrating the operation of known devices.
Fig. 2 is a corresponding diagram to illustrate the operation of the device according to the invention and
Fig. 3 is the circuit diagram of an embodiment of the device according to the invention.
As FIG. 1 shows, in known devices there is always a predetermined time period T available during which the charging capacitor is charged to a preset voltage and then discharged via the flash tube at the end of the time period. It can be seen that the period is only really needed when charging to the highest operating voltage (right in Fig. 1), while time is lost with all lower charging voltages, i.e. after charging to the target voltage, this must be maintained for a certain time until ignition and discharge occurs. The work rate of the device is thus limited by the specified duration of a work cycle.
As FIG. 2 shows, these disadvantages can be avoided if the ignition of the flash lighting is no longer rigidly dependent on time but rather dependent on the target voltage reached. With low charging voltages, which are reached more quickly, the work cycles T1 and T2 are much shorter than with maximum voltage (T3).
The work rate therefore depends on the pulse energy or charging voltage, which in all cases allows optimal use of the available performance of the device.
In Fig. 3, which shows an embodiment of a device according to the invention, certain circuit parts are shown schematically simplified. For example, only one rectifier is shown, where two can be connected in series and certain auxiliary elements, such as parallel resistors, are omitted. The device has a network transformer 1, which remains permanently connected to the network in the operating state. It is designed as a short-circuit-proof leakage field transformer. Its secondary winding operates on a full-wave rectifier with four rectifier branches 2 to 5. A protective capacitor 6 with a series resistor 7 is connected to the output of the rectifier.
The rectifier is connected to the charging capacitor 10 via two controllable rectifiers 8 and 9 connected in series. The rectifiers 8 and 9 can be controlled by secondary coils 11 of a transformer, the primary winding 12 of which is connected to the output of a control circuit 13. This control unit 13 has a bistable circuit which can be reversed by inputs 14 and 15.
In the state brought about by the active input 14, this circuit switches on an oscillator which feeds the primary winding 12 with an alternating voltage of, for example, 10 l: Hz.
A flash tube 16, which can be ignited by means of an ignition transformer 17, is connected to the charging capacitor 10 via an inductance 2. To generate the ignition pulses of sufficient intensity, an ignition amplifier is provided, consisting of a network circuit with rectifier 18, limiting resistor 19 and capacitor 20 and a controllable rectifier 21.
A measuring and tripping circuit is also connected to the charging capacitor 10 and has a voltage divider consisting of the resistors 22 and 23 and the potentiometer 24. A capacitor 25 and a breakover diode 26 are connected to the voltage divider tap. When the breakover diode 26 is conductive, an output signal occurs at the output between two resistors 27 and 28, which is fed to input 15 of control circuit 13 and ignition rectifier 21 at the same time.
As far as described above, the circuit works as follows:
When the transformer 1 is switched on, the charging capacitor 10 is not charged for the time being because the control circuit 13 is in the switched-off state, for which the transformer 11, 12 is de-energized and the rectifiers 8, 9 are therefore permanently blocked. If a laser pulse is now to be triggered, a start pulse is applied to the input 14 of the control circuit 13 by means of a device (not shown). This flips this circuit and switches on the oscillator, which feeds the transformer 11, 12 and makes the rectifiers 8, 9 conductive. The capacitor 10 is therefore now charged via the rectifier 2-5 and the rectifiers 8 and 9 acting as switching means.
The potentiometer 24 of the voltage divider 22-24 is set in such a way that the breakdown voltage of the breakover diode 26 is reached at the desired charging voltage and the breakdown voltage thus becomes conductive. The output pulse that occurs is fed to input 15 of control circuit 13 and switches the bistable circuit of this circuit into the switched-off state, for which the oscillator is switched off and rectifiers 8 and 9 become non-conductive at the next zero crossing. At the same time, the output pulse from the measuring and tripping circuit reaches the rectifier 21, which becomes conductive and sends a high-voltage pulse to the ignition electrode of the flash tube 16 via the ignition transformer. The flash tube is ignited and the capacitor 10 discharges via the same.
The control circuit 13 has already been switched to the switched-off state or standby state by the output pulse, and after a certain waiting time serving to deionize the flash tube, a new start pulse can be given to the input 14 to trigger a further charge, which then automatically controls the discharge.
In most cases, at the moment of the discharge through the flash tube 16, the rectifier 2-5 will still supply voltage and current. Even if the transformer 11, 12 is immediately de-energized as the discharge begins, the rectifiers 8 and 9 can remain conductive under certain circumstances. This would mean that current would still be supplied during the discharge, which could lead to a certain scatter in the pulse energy and which can also delay the deionization of the flash tube. In order to eliminate these possible disadvantages, a short circuit shown in dashed lines in FIG. 3 can be connected in parallel to the rectifier 2-5. This short circuit has two controllable rectifiers 29 and 30 connected in series, which can be ignited via transformer windings 31 and 32.
The input of an ignition amplifier 33 is also connected to the output of the measuring and tripping circuit, so that each time the ignition for the flash tube is triggered, an ignition pulse is also sent to the rectifiers 29 and 30 and these ignite, if a positive voltage is present at this moment Short circuit or at the switching rectifiers 8 and 9, the rectifiers 29 and 30 become conductive and short-circuit the rectifier 2-5. No more energy will thus be able to flow through the rectifiers 8 and 9 during the discharge of the capacitor 10.
Different versions are possible. Instead of a full-wave rectifier 2-5, a half-wave rectifier could be provided. In this case, the switching thyristors 8 and 9 could also take over the function of the rectifier. Any short circuit 29-33 would then be connected directly to the secondary winding of transformer 1. Since the short-circuit must be ignited practically at the same time as the flash tube, the thyristors 29 and 30 could also be ignited by suitable windings of the ignition transformer 17. Instead of the mentioned breakover diode or four-layer diode 26, any other suitable electronic breakover circuit, for example a unijunction transistor, a Schmitt trigger or the like, can be used.