DE1272778B - Lichtschranke, insbesondere zur Messung der Geschwindigkeit fliegender Koerper - Google Patents

Description

• Lichtschranke, insbesondere zur Messung der Geschwindigkeit fliegender Körper Die Erfindung betrifft eine Lichtschranke, insbesondere zur Messung der Geschwindigkeit fliegender Körper, bei der das auf den fotoelektrischen Wandler fallende Licht durch eine Spaltblende begrenzt ist.
• Zur Messung der Geschwindigkeit bewegter Körper wird zumeist die Zeit gemessen, in der der Körper eine bestimmte Strecke zurücklegt. Soll die Messung elektrisch erfolgen, müssen Vorrichtungen verwendet werden, die am Anfang und am Ende dieser Strecke den Zeitmesser durch elektrische Impulse auslösen.
• In vielen Fällen werden dazu Lichtschranken eingesetzt, wobei der Körper das auf den fotoelektrischen Wandler fallende Licht ganz oder teilweise abdeckt.
• DieBeleuchtungsänderung bewirkt eine entsprechende Stromänderung, die - zumeist nach Verstärkung -den Zeitmesser steuert. Insbesondere bei der Messung der Geschwindigkeit von Geschossen wird eine sehr exakte Auslösung des Zeitmessers gefordert, da auch bei kurzen Meßstrecken, z. B. 2 m, eine hohe Meßgenauigkeit der ganzen Anordnung verlangt wird. Das bedingt eine hohe Anstiegsteilheit der dem Zeitmesser aufgegebenen Impulse. Diese ist nur zu erreichen, wenn die Lichtänderung am fotoelektrischen Wandler genügend schnell erfolgt und der Wandler genügend schnell auf die Lichtänderung anspricht. Die erste Bedingung kann erfüllt werden, wenn der fotoelektrische Wandler in der Bewegungsrichtung des Körpers nur einen schmalen Lichtspalt erfaßt. Bei Lichtschranken, die gegen den Himmel gerichtet werden, kann dies durch eine vor dem fotoelektrischen Wandler angeordnete Spaltblende erreicht werden, die mittels einer Optik in die Flugbahn des Körpers projiziert wird. Andererseits darf der Spalt quer zur Flugrichtung des Körpers eine nicht zu kleine Ausdehnung haben, damit die Körper auch bei seitlicher Streuung ihrer Flugbahn erfaßt werden. In der Praxis hat sich herausgestellt, daß der Öffnungswinkel des Spalts in Flugrichtung kleiner als 0,10, quer zur Flugbahnrichtung aber mindestens etwa 7° sein muß. Mit Projektionsoptiken geeigneter Brennweite ergeben sich beispielsweise Spaltblenden, deren Spaltbreite unter 0,5 mm liegt und deren Spaltlänge 30 bis 40 mm beträgt. Da das durch diese Blenden fallende Licht voll erfaßt werden muß, wurden bisher fotoelektrische Wandler mit entsprechend großer lichtempfindlicher Schicht unmittelbar hinter den Spaltblenden angeordnet. Als solche konnten nur Hochvakuum-Fotozellen oder Fotomultiplier verwendet werden, da alle anderen fotoelektrischen Wandler mit den hier erforderlichen Abmessungen der lichtempfindlichen Schicht zu träge sind. Hochvakuum-Fotozellen und Fotomultiplier haben aber bei dieser Anwendung mehrere Nachteile: ihre lichtempfindlichen Schichten vertragen keine sehr großen Beleuchtungsstärken, ohne an Empfindlichkeit zu verlieren, der Lichtwirkungsgrad der Hochvakuum-Zellen ist verhältnismäßig schlecht, die Multiplier benötigen hohe Betriebsspannungen, und beide sind stoßempfindlich, was z. B. bei der Anwendung zur Geschoßgeschwindigkeitsmessung sehr störend ist.
• Diese Schwierigkeiten können durch Verwendung von Fotodioden oder -transistoren beseitigt werden, die die Lichtänderungen genügend trägheitsfrei in Strom änderungen umsetzen und die völlig unempfindlich gegen Stoßbeschleunigungen sind. Sie lassen sich aber nicht mit so großer fotoempfindlicher Schicht anfertigen, daß sie unmittelbar hinter die Spaltblende gesetzt werden könnten.
• Bei der einleitend beschriebenen Lichtschranke wird erfindungsgemäß als fotoelektrischer Wandler ein lichtempfindliches Halbleiterelement verwendet, und zwischen Halbleiterelement und Spaltblende ist eine Faseroptik angeordnet, deren Eintrittsöffnung mindestens so groß wie die Durchtrittsöffnung der Spaltblende ist und deren Austrittsöffnung der Eintrittsöffnung des lichtempfindlichen Halbleiterelementes angepaßt ist, daß ihre Eingangsöffnung etwa der Form des Blendenspalts entspricht und ihre Ausgangsöffnung einen kreisförmigen Querschnitt hat, der der lichtempfindlichen Fläche der Fotodiode angepaßt ist. Damit wird erreicht, daß das in die Spaltblende fallende Licht praktisch ungeschwächt auf die empfindliche Schicht der Foto diode fällt. Bei entsprechend sorgfältiger Herstellung der Eingangsöffnung der Faseroptik kann diese nach einem weiteren Erfindungsgedanken unmittelbar als Spaltblende dienen.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur schematisch wiedergegeben. In dieser bedeutet 3 die Blende, die auch in der Aufsicht skizziert ist. Ihr Spalt wird mittels der Optik 4 in den Raum projiziert und ergibt bei 6 ein vergrößertes Abbild, das perspektivisch dargestellt ist. Hinter der Blende 3 ist die Faseroptik 5 angeordnet, die das durch den Blendenspalt fallende Licht auf die Fotodiode 1 wirft. Die Flugrichtung des Körpers, der erfaßt werden soll, ist senkrecht zur Papierebene zu denken. Bei Eintritt in den durch den Blendenspalt begrenzten Lichtkeil deckt er einen Teil des auf die Fotodiode fallenden Lichtes ab, das er beim Austritt aus dem Lichtkeil wieder freigibt. Hat der Körper eine Begrenzung, die senkrecht zur Flugrichtung eben ist, wie z.B. der flache Boden eines Geschosses, ist die Steilheit der Lichtänderung umgekehrt proportional der Breite des in seine Flugbahn projizierten Blendenspalts, sofern dieser scharf auf die Flugbahnebene abgebildet wird.
• Um diese scharfe Abbildung für alle in Frage kommenden Entfernungen zwischen Lichtschranke und Geschoßbahn einstellen zu können, kann die Optik beispielsweise gegen den Blendenspalt in an sich bekannter Weise verschiebbar angeordnet werden.
• Die erfindungsgemäße Anordnung der Faseroptik kann auch bei Verwendung anderer foto elektrischer Wandler, beispielsweise von Hochvakuum-Fotozellen oder Fotomultipliern, von Nutzen sein, da deren empfindliche Fläche dann günstiger gestaltet werden kann bzw. handelsübliche Zellen mit kleiner Fläche verwendet werden können.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Lichtschranke, insbesondere zur Messung der Geschwindigkeit fliegender Körper, bei der das auf den fotoelektrischen Wandler fallende Licht durch eine Spaltblende begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß als fotoelektrischer Wandler ein lichtempfindliches Halbleiterelement (1) verwendet wird und zwischen Halbleiterelement (1) und Spaltblende (3) eine Faseroptik (5) angeordnet ist, deren Eintritts öffnung mindestens so groß wie die Durchtrittsöffnung der Spaltblende (3) ist und deren Austrittsöffnung der Eintritts öffnung des lichtempfindlichen Halbleiterelements (1) angepaßt ist.
2. 2. Lichtschranke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnung der Faseroptik (3) als Blendenspalt benutzt wird.
3. 3. Lichtschranke nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die es gestatten, das vergrößerte Bild des Blendenspalts auf die in Frage kommenden Entfernungen zwischen Lichtschranke und Flugbahn des Körpers scharf abzubilden.