DE1148761B

DE1148761B - Vorrichtung zum Steuern eines Stellgliedes in Abhaengigkeit von der Einwirkung eines Lichtflecks auf fotoelektrische Mittel

Info

Publication number: DE1148761B
Application number: DET11740A
Authority: DE
Inventors: Ake Stig Thulin
Original assignee: AKE STIG THULIN; FABRICATION RECH S EN APP DE M
Current assignee: AKE STIG THULIN; FABRICATION RECH S EN APP DE M
Priority date: 1955-01-20
Filing date: 1956-01-10
Publication date: 1963-05-16

Description

Vorrichtung zum Steuern eines Stellgliedes in Abhängigkeit von der Einwirkung eines Lichtflecks auf fotoelektrische Mittel Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern eines Stellgliedes in Abhängigkeit von der Einwirkung eines Lichtflecks auf fotoelektrische Mittel in stetiger Wechselwirkung mit der durch diese Stellbewegung hervorgerufenen Änderung des Beleuchtungszustandes der fotoelektrischen Mittel.
Es sind bereits Vorrichtungen bekannt, bei denen die Beleuchtung einer Fotozelle durch einen Lichtfleck die Bewegung des Antriebes einer Anzeigevorrichtung steuert und bei denen die Fotozelle infolge dieser Bewegung der Einwirkung durch den Lichtfleck wieder entzogen wird. Hierbei ist es erforderlich, den Fotozellenstromkreis vom Stromkreis für den Arbeitsstrom zu trennen und die Energie des ersteren auf den letzteren über als Verstärker wirkende mechanische oder elektrische Relais zu übertragen. Bei einem solchen Anzeigegerät findet keine unterschiedliche Beeinflussung beider Fotowiderstände bzw. Fotozellen statt.
Bei einer ähnlichen bekannten Einrichtung ist die Beleuchtung der lichtempfindlichen Zellen so lange Null, wie sich das Bewegungssystem eines Galvanometers in der Ruhelage befindet. Sobald die Galvanometerspule von Strom durchflossen ist, wird je nach der Bewegungsrichtung des Systems entweder die eine oder die andere Fotozelle beeinflußt. Es sind hierzu als Verstärker wirkende Übertragungsrelais vorgesehen, die die Energie der Zellenstromkreise an den Steuerstromkreis des Motors weitergeben.
Schließlich ist bereits eine Differenzschaltung für zwei Fotozellen bekanntgeworden, mit deren Hilfe die Rückführung eines Meßwerkes eines elektrischen Lichtmarkenmeßgerätes durchgeführt wird. Auch hierbei werden wiederum nicht beide Fotozellen durch den zu erfassenden Vorgang unterschiedlich beeinflußt, sondern jeweils nach der Ausschlagrichtung des Galvanometers nur die eine oder die andere Zelle.
Gemäß der Erfindung ruft bei Ausbildung der fotoelektrischen Mittel nach dem an sich bekannten Prinzip einer Differentialfotozellenanordnung die Ablenkung eines mit gleichbleibender Lichtstärke wirkenden Strahlenbündels aus einer durch eine gleichmäßige Beleuchtung einer Mehrzahl von Fotozellen oder von Abschnitten einer einzigen Fotozelle gekennzeichneten Grundstellung eine um ein gleiches Maß gegenläufig unterschiedliche Beeinflussung der fotoelektrischen Mittel hervor, und der dabei erzeugte Differentialfotostrom betätigt in unmittelbarer Einwirkung den Stellbetrieb, mit dem ein die fotoelektrischen Mittel ständig senkrecht zum Lichtstrahlenbündel haltender Träger gekuppelt ist.
Mit Hilfe einer derartigen erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein wesentlich höherer Arbeitsstrom für den Antrieb einer fotoelektrischen Meß- und Regelvorrichtung zu gewinnen als mit den bekannten Vorrichtungen, so daß es nicht mehr erforderlich ist, den Fotozellenstromkreis vom Arbeitsstromkreis zu trennen und die Energie beim Übergang von ersterem auf letzterem zu verstärken. Dadurch, daß die Differentialfotozelle auf einem Halter angebracht ist, der sie ständig senkrecht zum Lichtbündel hält, sind eine gleichmäßige Lichtstärke und eine konstante Empfindlichkeit zu erzielen.
Die Erfindung findet besonders in Verbindung mit sehr empfindlichen Geräten, wie z. B. Galvanometern, Mikromanometern, mechanischen Meßuhren, Waagen, Seismographen u. dgl., Anwendung.
Der Differentialfotowiderstand der Meß- und Regelvorrichtung gemäß der Erfindung weist vorteilhafterweise eine hochempfindliche Schicht, z. B. aus aktiviertem Kadmiumselen, Kadmiumsulfid oder Kadmiumtellur auf. Damit sind wesentlich gleichmäßigere Ergebnisse erzielbar als mit Vorrichtungen, bei denen zwei getrennte Zellen verwendet werden, da letztere zwangläufig verschiedene Eigenschaften haben. Die Erfindung ist nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen fotoelektrischen Vorrichtung, die die besondere Ausführungsfarm der Zelle erkennen läßt; Fig.2 stellt schaubildlich eine Ausführungsform der durch die Fotozelle und den von ihr gesteuerten Motor gebildeten Anordnung dar; Fig. 3 stellt eine schematische Seitenansicht einer anderen Ausführungsform der Fotozelle dar; Fig. 4 und 5 stellen zwei schaltungsmäßige Anordnungen der Teile der Vorrichtung dar.
Die in Fig.1 dargestellte Ausführungsform der Vorrichtung läßt eine Zelle mit einer Unterlage Z für die lichtempfindliche Schicht erkennen.
Cl, C2, C3 sind die drei Kontakte der Widerstandszelle. Der Kontakt C3 ist durch einen Leiter 1 mit einer gegebenenfalls regelbaren Stromstabilisierungsvorrichtung S verbunden, während die Kontakte Cl, C2 durch Leiter A und B mit den Eingängen A1 und Bi einer Vorrichtung M verbunden sind, welche eine Kontrollvorrichtung oder der Rahmen eines Galvanometers oder eine andere von der Zelle zu betätigende Vorrichtung sein kann.
Ein Leiter 2 verbindet die Vorrichtung M mit der Stromstabilisierungsvorrichtung S, deren Speisung durch die Leiter 3 erfolgt.
L ist der auf die Zelle fallende Lichtfleck.
Wie aus der Zeichnung hervorgeht, hat die lichtempfindliche Schicht F der Zelle, welche aus aktiviertem Kadmiumsulfid oder Kadmiumselenid bestehen kann, eine Anordnung; bei welcher die mit den Kontakten C1 bzw. C2 bzw. C3 verbundenen leitenden Teile a1, a2, a3 ineinander verschachtelt sind. Diese Anordnung der lichtempfindlichen Schicht gestattet die Verringerung des inneren Widerstandes der Zelle und eine beträchtliche Vergrößerung der Oberfläche der lichtempfindlichen Schicht, so daß eine große Wärme- oder Energiemenge abgeführt werden kann, was die Verwendung eines verhältnismäßig starken Speisestroms in der Größenordnung von 1 bis 10mA ermöglicht.
Bei dieser Anordnung können unmittelbar durch die Differenz der Ströme 1i und 12 ohne Verstärkung Vorrichtungen wie Galvanometerrahmen, Mikromotore, Relais, Vorrichtungen mit Tauchkernen usw. betätigt werden.
Die Kontakte Cl, C2 und C3 oder ihre leitenden Teile a1, a2 und a3 können bei der oben erläuterten Anordnung der Zelle oberhalb oder unterhalb der lichtempfindlichen Schicht F liegen, wobei sie ein in die Bewegungsrichtung des Lichtflecks eingestelltes paralleles Raster bilden. Es ist besonders zweckmäßig, Zellen großer Länge herzustellen, insbesondere Zellen, deren Länge etwa das Doppelte der Ablenkung beträgt, welche der zu verfolgende Lichtfleck nehmen kann.
Fig. 2 stellt schematisch eine praktische Ausführungsform der obigen Vorrichtung dar. Hierbei trägt der Motor M an seiner Oberseite eine Konsole 4, welche die Schwenkachse 5 eines Lenkers 6 trägt, an dessen Ende eine Seite eines mechanischen Trägers Z1 der Zelle angelenkt ist. Die andere Seite des Trägers Z1 ist an das Ende eines Hebels 7 angelenkt, welcher von der Ausgangswelle des Motors M getragen und betätigt wird. Dieser Motor M kann die gleiche Bauart aufweisen, wie ein Mikroamperemeter oder ein Milliamperemeter ohne Rückführungsfeder oder auch wie eine Drehspule oder ein Drehmagnet.
Das freie Ende des Hebels 7 trägt den Schreibstift 8 eines Registriergeräts mit einem Registrier-Streifen 9.
10 ist ein Tintenbehälter zur Versorgung des Schreibstifts 8 mit Tinte.
Die mechanischen Teile Zi, 6 und 7 sind so angeordnet, daß sie ein Gelenkparallelogramm bilden. Diese besondere Ausführungsform der Vorrichtung gestattet, die Zelle ständig senkrecht zu dem Lichtfleck L zu halten, wenn der Ablenkwinkel des Lichtbündels klein ist.
Die in Fig.2 dargestellte Zelle ist eine Zelleneinheit, welche vorzugsweise die auf Fig. 1 dargestellte Bauart aufweist oder aus mehreren einfachen Zellen besteht, welche parallel zueinander angeordnet und in der in Fig. 3 dargestellten Weise parallel geschaltet sind.
In. Fig. 3 enthält die Zelle einen länglichen leitenden Teil a3, zwei lichtempfindliche Streifen F1 und F2 und zwei Sätze von länglichen Leiterteilen a1, a1 , a2, a2 , welche über ihre Klemmen C1 und C2 parallel geschaltet sind.
Da es vielfach aus Betriebsgründen zweckmäßig ist, daß der Speisestrom der Zelle stabilisiert ist, kann man z. B. wie in Fig. 4 und 5 dargestellt verfahren.
In Fig. 4 ist die Klemme C3 der Zelle über einen Stabilisierungswiderstand R1 angeschlossen, welcher größer bemessen ist als der Widerstand eines Zweiges der Zelle, wenn diese von dem Lichtfleck beleuchtet wird. Der Widerstand R, ist in den mit einem Pol einer Gleichstromquelle verbundenen Leiter 1 eingeschaltet, welche z. B: ein Akkumulator, ein Gleichrichter oder ein galvanisches Element sein kann. Der andere Pol der Gleichstromquelle ist durch den Leiter 2 über Widerstände R2 und R3 mit den Klemmen C1 und C2 verbunden.
12 ist die Wicklung des Motors M. Sie wird, wie dies aus der Zeichnung hervorgeht, an den Ausgang der Klemmen C1 und C2 angeschlossen.
Beispielshalber sei angegeben, daß die Werte der Widerstände R1, R2 und R3 zwischen 10 und 500 kQ liegen können, wobei die Widerstände R2 und R3 einander gleich sein müssen. In gewissen Fällen kann der WiderstandRi fortfallen, wobei dann die Klemme C3 unmittelbar an den Pol der Gleichstromquelle U angeschlossen ist. Andererseits können auch, wie in Fig. 5 dargestellt ist, die Widerstände R2 und R3 fortfallen. In diesem Fall ist dann die Mittelanzapfung der Wicklung 12 des Motors durch den Leiter 2 mit dem zweiten Pol der Gleichstromquelle U verbunden.
Die Verbindungen der Zelle werden mit Hilfe von gut biegsamen Drähten hergestellt, damit die Verstellung des beweglichen Teils nicht behindert wird.
Da insbesondere der Widerstand R1 im Verhältnis zu dem Widerstand der Zelle groß bemessen ist, bleibt die Empfindlichkeit des Gerätes konstant, selbst wenn sich die Lichtstärke des auf die Zelle fallenden Lichtflecks ändert.
Wenn dies erforderlich ist, kann eine Dämpfung des Servomechanismus durch eine zweckmäßige Bemessung der äußeren Widerstände R2, R3 (Fall der Fig. 4) oder durch einen geeignet bemessenen Widerstand, welcher parallel zu der Wicklung des Motors geschaltet wird (Fall der Fig. 5), erhalten werden. Es ist natürlich auch möglich, die Dämpfung durch andere Mittel zu erhalten, z. B. viskose Reibung, Wirbelströme usw.
Falls die Vorrichtung zum Verfolgen eines Lichtflecks benutzt wird, wie dies oben angegeben ist, beträgt die Länge der Zelle vorzugsweise das Doppelte der möglichen Verstellung des Lichtflecks, so daß dieser den Abtastbereich nicht verlassen kann, falls er in den Grenzen des Meßbereichs des Gerätes bleibt.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß die Zelle sehr leicht sein kann, so daß die Zeitkonstante sehr kurz ist und in der Größenordnung von 0,5 Sekunden liegt. Die Vorrichtung gestattet außerdem die Anbringung von Aufzeichnungen in rechtwinkligen Koordinaten, wobei dann eine entsprechende Vorrichtung zur erforderlichen Berichtigung der Bewegung vorgesehen wird.
Der Motor M kann zur Steuerung anderer Teile als des in Fig.2 dargestellten Schreibstifts dienen. So kann insbesondere seine Bewegung durch einen kinematischen oder anderen Mechanismus auf Spannungsteilerkontakte zur Regelung verschiedener Vorrichtungen übertragen werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Vorrichtung zum Steuern eines Stellgliedes in Abhängigkeit von der Einwirkung eines Lichtflecks auf fotoelektrische Mittel in stetiger Wechselwirkung mit der durch diese Stellbewegung hervorgerufenen Änderung des Beleuchtungszustandes der fotoelektrischen Mittel, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung der fotoelektrischen Mittel nach dem an sich bekannten Prinzip einer Differentialfotozellenanordnung die Ablenkung eines mit gleichbleibender Lichtstärke wirkenden Strahlenbündels aus einer durch eine gleichmäßige Beleuchtung einer Mehrzahl von Fotozellen oder von Abschnitten einer einzigen Fotozelle gekennzeichneten Grundstellung eine um ein gleiches Maß gegenläufig unterschiedliche Beeinflussung der fotoelektrischen Mittel hervorruft und daß der dabei erzeugte Differentialfotostrom in unmittelbarer Einwirkung den Stelltrieb betätigt, mit dem ein die fotoelektrischen Mittel ständig senkrecht zu dem Lichtstrahlenbündel haltender Träger gekuppelt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter einen Hebel mit einem an seinem freien Ende angeordneten Schreiborgan trägt, dessen Schreibweg entsprechend der Bemessung der Hebellänge größer als der Stellweg des Trägers ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer einzigen Fotozelle aus aktiviertem Kadmiumselen, Kadmiumsulfid oder Kadmiumtellur.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stelltrieb nach Art eines Mikro- oder Miniamperemeters mit Rahmen oder beweglichem Magneten unter Fortlassung der Rückholfeder ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen in den Stromkreis zwischen Dauerstromquelle (U) und Fotozelle eingeschalteten Stabilisierungswiderstand (R1), durch welchen die Empfindlichkeit und der Dämpfungsgrad des an die Fotozelle angeschlossenen Stelltriebes auch im Falle von Lichtstärkeschwankungen des vom Lichtbündel auf die Fotozelle gelenkten Lichtes konstant gehalten wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Länge der Zelle(n) gleich der doppelten Länge des möglichen Verstellweges für den Träger bemessen ist, damit im Augenblick der Inbetriebsetzung der Vorrichtung automatisch eine Ortsbestimmung für das Lichtstrahlenbündel erzielbar ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 315 430, 522 291, 678 175, 856 656; britische Patentschrift Nr. 540 948; USA.-Patentschrift Nr. 2 668 184; P. Gör 1 i c h, »Die Anwendung der Photozellen«, Bd. 7 der Technisch-Physikalischen Monographien, 1954, vgl. S. 122 und 220l221; »Zeitschrift für technische Physik«, 1932, S. 568 bis 573 (S. 570).