DE1114600B - Verfahren und Anordnung zur Kompensation der langsamen AEnderungen der Daten einer Photomultiplikatorroehre - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

T16743 Vmc/21g

ANMELDETAG: 27. MAI 1959

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT:

5. OKTOBER 1961

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Anordnung zur Kompensation der langsam vor sich gehenden Änderungen der Daten einer Photomultiplikatorröhre.

In der Regelungs- und Steuertechnik werden mit Photomultiplikatorröhren arbeitende photoelektrische Steuersysteme in großem Umfang verwendet. Beispielsweise läßt man auf dem Gebiet der Garnprüfung das zu prüfende Garn zwischen einer Lichtquelle und einer Photomultiplikatorröhre hindurchlaufen. Hierbei zeigen Änderungen des Ausgangsstroms der Photomultiplikatorröhre Fehler oder Abweichungen bzw. Unterschiede in dem zu prüfenden Garn an. Wenn man jedoch photoelektrische Systeme dieser Art benutzt, um Fehler von relativ geringer Größe festzustellen, ist es erforderlich, alle Änderungen zu berücksichtigen und auszugleichen, die in dem Ausgangsstrom der Photomultiplikatorröhre infolge von Änderungen der Röhrencharakteristiken auftreten können. Die Notwendigkeit, mit einer derartigen Kompensation zu arbeiten, ist allgemein erkannt, und es sind bereits verschiedene Kompensationssysteme entwickelt worden. Bei einer bekannten Bauart werden zur Kompensation dienende Änderungen bei der Lichtquelle hervorgerufen. Bei einer anderen Bauart wird die Speisespannung der Photomultiplikatorröhre variiert, um die Änderungen der Röhrencharakteristiken auszugleichen.

Bei einem Verstärker mit Photomultiplikatorröhre hat man zur Kompensation von Empfindlichkeits-Schwankungen in der Röhre vom Ausgang des Verstärkers eine negative Rückkopplung zu der Lichtquelle vorgesehen, um den Lichteinfall in die Röhre umgekehrt proportional dem Ausgangssignal der Röhre zu steuern. Zu diesem Zweck wird während der Arbeit der Einrichtung periodisch eine Prüf- und Einstellpause eingelegt, in der das Ausgangssignal der Multiplikatorröhre mit einem festen Bezugssignal verglichen wird. Bei Abweichungen wird über ein Solenoid und einen Einstellmotor ein Potentiometer im Speisekreis der Lampe eingestellt.

Um bei einem anderen Photoröhrenverstärker ein Ausgangssignal zu erhalten, das unabhängig von Schwankungen der Speisespannung ist, hat man zunächst die Speisespannung für die Photoröhre geregelt zugeführt. Um den Einfluß der Beleuchtungsschwankungen auszuschalten, hat man eine oder mehrere Stufen des Verstärkers in Abhängigkeit von einer variablen Vorspannung gesteuert, die sich aus der Differenz einer Bezugsspannung und einer mit der Netzspannung schwankenden Spannung zusammensetzt, die man noch mit der gleichen Frequenz Verfahren und Anordnung

zur Kompensation der langsamen Änderungen der Daten einer

Photomultiplikatorröhre

Anmelder:

Telephonies Corporation, Huntington, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls

und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann, Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

Beanspruchte Priorität; V. St. v. Amerika vom 28. Mai 1958

Thomas C. Nehrbas, Huntington, N. Y.,

und Fred L.Luntz, Brooklyn, N. Y. (V. St. A.), sind als Erfinder genannt worden

wie die Netzfrequenz, jedoch mit entgegengesetzter Phase moduliert hat, um die periodischen Beleuchtungsänderungen ebenfalls auszugleichen.

Um mit einer Elektronenröhren-Meßschaltung mit Multiplikatorröhre, insbesondere in Densometern, auch beispielsweise sich logarithmisch ändernde Meßgrößen linear messen oder anzeigen zu können, hat man bei einer solchen Schaltung eine Rückkopplungseinrichtung für den Aufteilungspotentiometerstrom vorgesehen, der die Arbeitsspannung der Dynoden der Photoröhre steuert. Zu diesem Zweck weist die Rückkopplungseinrichtung eine Elektronenröhre auf, deren Anode direkt und deren Kathode in Reihe mit einem Spannungskonstanthalter und dem Aufteilungspotentiometer mit dem· anderen Pol einer Gleichstromquelle und deir Kathode der Multiplikartorröhre verbunden ist. Das Steuergitter der Röhre ist mit der Anode der Multiplikatorröhre verbunden. Die gittergesteuerte Elektronenröhre steuert damit den Potentiometerstrom für die Dynoden in Abhängigkeit vom Anodenstrom der Multiplikatorröhre, und zwar so, daß die zwischen den Dynoden liegenden Potentiale bei Zunahme des Photoanodenstroms linear vermindert werden.

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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kompensa- faßt, welche in dem einzigen Kolben 25 untergebracht tionsanordnung zu schaffen, mit der die langsamen ist und eine Anode 30 und einen Belastungswider-Änderungen der Daten einer Photomultiplikator- stand 31 umfaßt. Das Ausgangssignal der zweiten röhre, die über eine Gleichstromverstärkerstufe Nutz- Hälfte der Döppeltriode 25 wird einem Integrationssignale nicht zu kleiner Änderungsgeschwindigkeit lie- 5 netzwerk zugeführt, das einen Widerstand 32 umfert, zuverlässig und ohne Beeinflussung der Nutz- faßt, welcher mit einem Nebenschlußkondensator 33 signale kompensiert werden können. Zu diesem Zweck in Reihe geschaltet ist; dieses Netzwerk, das eine sieht die Erfindung vor, daß dem Ausgang der Multi- hohe Zeitkonstante besitzt, führt das Ausgangssignal plikatorröhre über integrierende Schaltungselemente dem Steuergitter 34 eines Verstärkers, z. B. eines Korrektionssignale entnommen werden, deren Ände- io Triodenverstärkers 35, zu. Das Ausgangssignal des rungsgeschwindigkeit kleiner als die der Nutzsignaleist, Triodenverstärkers 35 wird einer Anode 36 des- und daß diese Korrektionssignale die Steuerung eines selben über einen Belastungswiderstand 37 entnomvariablen Widerstandes bewirken, der im Speisekreis men und einem Steuergitter 38 eines Verstärkers 39 für die Prallelektroden der Multiplikatorröhre liegt, zugeführt, der mit einer bei 52 angeschlossenen Damit werden aus den von der Photomultiplikator- 15 Spannungsreglerröhre 40, der Quelle 17 für die Dyröhre gelieferten Ausgangssignalen diejenigen, die auf nodenspeisespannung und dem Spannungsteiler in Datenänderungen der Röhre zurückgehen, ausgeson- Reihe geschaltet ist, welch letzterer die Widerstände dert, integriert und zur Regelung in den Speisekreis 14 für die Kathode 13. und die Dynoden 12 der für die Prallelektroden der Röhre eingeführt. Es Photomultiplikatorröhre 10 umfaßt. Bei der Röhre findet also eine ständige Kontrolle und Regelung 20 39 kann es sich um eine Kraftverstärkerröhre hanstatt, welche die eigentlichen Nutzsignale nicht be- dein, z. B. um eine Röhre des bekannten Typs 6 V 6, einflußt bzw. von diesen nicht beeinflußt wird. deren Kathode 41 über die Spannungsreglerröhre 40

Vorzugsweise bestehen die integrierenden Schal- geerdet ist, während ihre Anode 42 an die positive

tungselemente zum Aussieben der Korrektursignale Klemme 17 für die Dynodenspannung angeschlos-

aus einem i?C-Glied großer Zeitkonstante. 25 sen ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer Um die Kathode 44 der Röhre 35 auf einem

schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbei- konstanten positiven Potential gegen Erde zu halten,

spiel näher erläutert; die Zeichnung gibt die elek- ist eine Regelschaltung vorgesehen, die eine Span-

trische Schaltung eines gemäß der Erfindung aus- nungsreglerröhre 45 bekannter Ausführung umfaßt,

gebildeten Kompensationsnetzwerkes für einen Photo- 30 welche an einen Belastungswiderstand 46 angeschlos-

multiplikator wieder. sen ist und zwischen Erde und der positiven Klemme

In der Zeichnung erkennt man eine in bekannter einer Spannungsquelle liegt. Die Ausgangsspannung Weise ausgebildete Photomultiplikatorröhre 10, bei der Spannungsreglerröhre 45 wird an ein Potentioder es sich z. B. um eine Photomultiplikatorröhre des meter 47 angelegt, dessen oberes Ende mit dem Typs RCA-931A handeln kann und die eine Anode 35 Steuergitter 48 eines Verstärkers 49 verbunden ist, 11, einen Satz von neun Dynoden bzw. sekundär- der in einer Kathodenfolgeschaltung zwischen Erde emissionsfähigen Elektroden 12 und eine Kathode 13 und der positiven Klemme einer geeigneten Spanumfaßt. Die Dynoden 12 und die Kathode 13 sind nungsquelle liegt und den Kathodenwiderstand 50 in bekannter Weise durch einen Spannungsteiler mit- mit der Kathode 44 der Röhre 35 gemeinsam hat. einander verbunden, der ein Reihenschaltungsnetz- 40 Der Verstärkungsgrad der Röhre 35 läßt sich mit werk von Widerständen 14 zwischen einer elektri- HiKe eines variablen Widerstandes 51 regeln, der sehen Erdung 15 und der negativen Klemme 16 einer zwischen dem Steuergitter 34 und der Anode 36 der Gleichspannungsquelle 17 umfaßt, welch letztere in Röhre 35 liegt. - ""

bekannter Weise ausgebildet ist und eine hohe Span- Die Erfindung sieht somit eine neuartige und vernung liefert. Die Anode 11 ist über einen Ausgangs- 45 besserte Kompensationsschaltung für eine Photowiderstand 19 und ein Amperemeter 20 mit dem multiplikatorröhre vor, bei der mit einer Rückkoppelektrischen Erdungsanschluß verbunden. ' lungswirkung gearbeitet wird, wobei Kompensations-

Die Photomultiplikatorröhre· 10 reagiert auf ihre signale von relativ langer Dauer von der Anode 11 Beleuchtung durch eine Lichtquelle 21, die von einer der Photomultiplikatörröhre 10 aus über eine Vergeeigneten Spannungsquelle 22 üblicher Bauart ge- 50 Stärkungseinrichtung und ein selektiv arbeitendes speist wird; die der Lichtquelle zugeführte Spannung Integrationsnetzwerk mit hoher Zeitkonstante einer kann gegebenenfalls variabel· sein. - - weiteren Verstärkungsemrichtung mit einem an deren

Das Ausgangssignal der Photomultiplikatorröhre Kathode liegenden konstanten Bezugspotentiäl ge-

10 wird an der Anode 11 abgenommen und durch leitet werden, um den wirksamen Widerstand einer

eine Leitung 23 einem Steuergitter 24 eines Verstär- 55 Verstärkungsemrichturrg zu regeln, die mit der

kers zugeführt, der die eine Hälfte einer in einem Quelle für die Speisespannung für die Dynoden der

einzigen Kolben angeordneten Doppeltrioden-Ver- Photomultiplikatorröhre 10 in Reihe geschaltet ist,

stärkerröhre 25 umfaßt, die in einer Kathodenfolge- welche an ihren beiden Ausgangsklemmen einen

schaltung liegt, welcher das Ausgangssignal über konstanten Potentialunterschied aufweist,

einen Kathodenwiderstand 27 an einer Klemme 26 60 Wenn die Stärke des Stroms der Photomultipli-

entnommen wird. Die normalen Betriebssignal- katorröhre infolge der Änderungen der natürlichen

impulse der Photomultiplikatorröhre erscheinen an Eigenschaften der Röhre zurückgeht, wird durch das

der Klemme 26. Rückkopplungsnetzwerk ein Signal hindurchgeschickt,

Das Ausgangssignal der Photomultiplikatörröhre das bewirkt, daß das Potential, welches an das den

10 wird von deren Anode 11 aus außerdem über die 65 Widerstand 14 umfassende Dynodenspannungsteiler-

Leitung 23 und ein ÄC-Kopplungsnetzwerk 28 einem netzwerk angelegt wird, erhöht wird, damit der Strom

Steuergitter 29 eines gesonderten Verstärkers zu- der Photomultiplikatörröhre wieder seinen normalen

geführt, der die zweite Hälfte der Doppeltriode um- Wert annimmt. Wenn sich andererseits die Stärke des

Stroms der Photomultiplikatorröhre infolge von Änderungen der Charakteristik der Röhre vergrößert, werden die Dynodenpotentiale herabgesetzt, so daß der Strom der Photomultiplikatorröhre auf seinen normalen Betriebswert zurückgeführt wird. Der Betrieb dieses Kompensationssystems beeinflußt in keiner Weise die normalen Betriebs- und Meßkreise des mit der Photomultiplikatorröhre arbeitenden Geräts.

Es sei bemerkt, daß man bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die verschiedensten Abänderungen und Abwandlungen vorsehen kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Kompensation der langsamen Änderungen der Daten einer Photomultiplikatorröhre, die über eine Gleichstromverstärkerstufe Nutzsignale von beträchtlicher Änderungsgeschwindigkeit liefert, dadurch ge- kennzeichnet, daß dem Ausgang der Multiplikatorröhre (10) über integrierende Schaltungselemente (32, 33) Korrektionssignale entnommen werden, deren Änderungsgeschwindigkeit kleiner als die der Nutzsignale ist, und daß diese Korrektionssignale die Steuerung eines variablen Widerstandes (39) bewirken, der im Speisekreis für die Prallelektroden (12) der Multiplikatorröhre liegt.

2. Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierenden Schaltungselemente zum Aussieben der Korrektionssignale aus einem RC-Glied (32, 33) großer Zeitkonstante bestehen.

3. Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Regelkreis (32, 33, 35, 39, 17, 14) ein konstanter Bezugspegel eingeführt ist, so daß der variable Widerstand (39) entsprechend dem Potentialunterschied zwischen dem Bezugspegel und den Korrektionssignalen geregelt wird.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der variable Widerstand (39) im Speisekreis der Prallelektroden aus einer gittergesteuerten Elektronenröhre besteht, die mit einer zweiten Röhre (35) galvanisch gekoppelt ist, derem Steuergitter (34) die Korrektionssignale zugeführt werden, während ihre Kathode (44) auf konstantem Bezugspotential gehalten wird.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht geerdete Ende des Kathodenwiderstandes (50) der zweiten Röhre (35) über eine dritte Röhre (49) mit einer positiven Speisespannung verbunden ist, an deren Steuergitter (48) eine stabilisierte Vorspannung liegt.

6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Speisekreis (40, 39, 17) der Prallelektroden (12), die Spannungsquelle (17) und die gittergesteuerte Elektronenröhre (39) in dieser Reihenfolge in Serie zwischen dem einen Potentialbezugspunkt (15) und dem anderen, auf dem höheren Potential befindlichen Potentialbezugspunkt (52) liegen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 921089;
USA.-Patentschriften Nr. 2 570 665, 2794 850.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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