DE1441412A1

DE1441412A1 - Atomexplosionsdetektor

Info

Publication number: DE1441412A1
Application number: DE19631441412
Authority: DE
Inventors: Wright Warren Hamilton; Cotterman Robert William
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1963-01-02
Filing date: 1963-12-28
Publication date: 1969-07-17
Also published as: CH481460A; DE1441412B2; BE642035A; GB1067200A; US3281811A

Description

Atomexplosionsdetektor Die Priorität der entsprechenden Anmeldung in den Vereinigten Staaten von Amerika Nr. 257 806 vom 2. Januar 1963 wird hiermit in Anspruch genommen.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Atomexplosionsdetektor, der sich z.B. dazu eignet, die TUre eines Schutzraumes automatisch zu schliessen oder einen öffentlichen Alarm auszulösen. Das nachführende Ausführungsbeispiel bezieht sich des besseren Verständnisses wegen nur auf eine Einrichtung, die das Schli es sen einer TUr veranlasst.
Die technischen Anforderungen, die an einen Atomexplosionsdetektor gestellt werden, sind mannigfaltig. Die wichtigste Forderung besteht darin, dass eine derartige Einrichtung niemals ausfallen darf, denn ihr erstmaliges An" sprechen im Ernstfall kann ihre einzigste Funktion gewesen sein. Deshalb muss daftir gesorgt werden, dass sich die Einrichtung ununterbrochen selbst Uberwacht und mit einer Fehleranzeige für jegliche Art einer notwendigen Instandsetzung versehen ist.
Der Detektor muss ein Phänomen ansprechen, welches bei jeder Atomexplosion auftritt. Auch muss dieses Phänomen hinsichtlich seines zeitlichen Auftretens mit grösster Sicherheit empfangen werden, denn wenn es auftritt und verschwindet bevor der Detektor ansprechen kann, so wird die Explosion nicht an. gezeigt. Andererseits, wenn der Detektor auf ein ftänomen anspricht, welches viel später auftritt, so kann ein erheblicher Schaden auftreten bevor die Schutzraustüre geschlossen ist.
Der Detektor soll einfach und stossfest sein, um rauher Behandlung, starken Druckwellen und Beschädigungen, die durch eine Explosion auftreten können, zu widerstehen.
Es hat sich herausgestellt, dass ein zuverlässiges Phänomen, welches während einer Atomexplosion auftritt, ein thermisches Signal darstellt, welches zwei charakteristische Energiespitzen in den ultravioletten, sichtbaren und den -ultraroten Lichtspektren aufweist. Die erste Spitze hat eine sehr schnelle Anstiegszeit, die zweite Spitze eine langsame. Die erste Energiespitze tritt im Augenblick der Detonation der Atomexplosion auf und die zweite einen Augenblick später. Je nach dem Umfang der Explosion kann der Zeitraum zwischen den beiden Energiespitzen von einigen hundert Millisekunden bis zu mehreren Sekunden dauern.
Der erste thermische Impuls enthält etwa 1% der gesamten thermischen Energie, die bei der Explosion ausgestrahlt wird. Deshalb kann das Ansprechen des GeZ rätes nicht vom Empfang des ersten Impulses allein abhängig gemacht werden.
Der Detektor muss auch arbeiten wenn wenn nur der zweite thermische Impuls aufgenommen wird, Da dieser jedoch die Spitze erst viel später als der erste Impuls erreicht, muss der Detektor auch diesen aufnehmen, um ein schnelles Ansprechen auf die Atomexplosion zu ermöglichen.
Ein anderes Phänomen, welches während einer Atomexplosion auftritt, besteht in der Ausstrahlung eines einzigen Schwingungszuges einer elektromagnetischen Welle. Dieser Schwingungszug ist durch die Polung der ersten beiden Halbwellen und den dazwischenliegenden Zeitunterschied gekennzeichnet. Des halb können diese beiden Halbwellen als Binärodesigna1 aufgefasst werden und die Auswerteschaltung des Detektors lässt dich so einrichten, dass die nur anspricht, wenn der richtige Binär-Code aufgenommen wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen neuen, verbesserten Atom. explosionsdetektor m schaffen, der mit einer Fehleranzeige versehen ist und der unmittelbar auf den ersten thermischen Impuls anspricht und beim Empfang des zweiten thermischen Impulses einer Atomexplosion ein Signal aus. löst.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, den Detektor auch auf eine bei der Atom-Explosion auftretende, elektromagnetische Welle ansprechen zu lassen, um einen Alarm auszulösen, webn diese eine vorgegebene Kurvenform aufweist0 Weiterhin soll eine automatische Prüfeinrichtung vorhanden sein, die den Detektor fortlaufend überwacht und jeden Fehler unverzUglich anzeigt.
Der Detektor ist gemäss der Erfindung so gesohaffen, dass er auf den sehmell und den langsam ansteigenden thermischen Impuls anspricht. Hierzu wird das infrarote Spektrum zur Auswertung herangezogen. Das Ausgangssignal entsteht durch das Anspreohen auf eine Kombination der beiden thermischen Impulse oder auf den zweiten, langsam ansteigenden, allein. Der Ausgang des Detektors bleibt gesperrt, wenn der erste, schnell ansteigende Impuls aufgenommen wird.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Detektor mit einer An tenne ausgerüstet, der eine logische Schaltung folgt, die auf einen ainmaZ ligen Schwingungszug einer elektromagnetischen Welle anspricht, der bei einer Atomexplosion auftritt. Der Detektor löst ein ausgangssignal aus, wenn die ausgestrahlte Welle eine vorgegebene Kurvenform aufweist.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist zur periodischen Überwachung des Detektors ein Taktgeber vorgesehen, der ein PrUfprogr-m veranlasst, in dem sich auch die Nachbildung eines durch eine Explosion hervorgerufenen Signales befindet. Kurz bevor dieses Signal gegeben wird, trennt eine Einrichtung den Detektorausgang von der nachfolgenden Schaltung, sodass diese während der PrUfung nicht ansprechen kann. Dann stellt die Prüfschaltung das Erscheinen des nachgebildeten Signals fest und bestimmt, ob alle ntowendigen Funktionen der Detektoreinrichtung durchgeführt werden. Ist dies der Fall, so wird die Einrichtung wieder in die normale Arbeitsweise versetzt und es leuchtet eine grüne Lampe auf. Wenn jedoch alle notwendigen Funktion nen nicht zur Ausführung kamen, wird die Einrichtung nicht mehr in die nore. male Arbeitsweise zurUckversetzt und es leuchtet eine rote Lampe auf.
Unabhängig davon, ob die thermische oder die elektromagnetische Welle zur Auswertung herangezogen wird, sollten zwei Empfangskaaäle vorhanden sein, um die Betriebssicherheit des Systems zu erhöhen und um auch während der PrUfzeiten, während denen ein Kanal überwacht wird, mit dem anderen eine Explosion feststellen zu können.
Der Aufbau und die Wirkungsweise der erfinduhngsgemässen Anordnung wird anhand einiger Abbildungen näher erläutert Fig 1 zeigt mechanische Einzelheiten eines Infrarotenpfängers, Eig. 2 ist das Schiltbild des elektrischen Teiles des Empfbngers nach Fig. 1, Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiele der logischen Schaltung zur Auswertung der thermischen Energie einer Atomexpolosion.
Fig. 4 ist das Schaltbild des dem Infrarotempfänger folgenden Verstärkeres.
Fig. 5 zeigt das Schaltbild der schnell ansprechenden Kippschaltung und Fig. 6 das Schaltbild der langsam ansprechenden Kippschaltung.
Fig. 7 veranschaulicht Schaltungsmerkmale einer Ausgangsschaltung.
Fig. 8 zeigt die Schaltungsanordnung zur Abtrennung der Kanäle während der Prüfung.
Fig. 9 ist das Schaltbild einer zweiten Kippschaltung der PrUf" einrichtung.
Fig.10 zeigt das Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispieles der Erfindung zur Auswertung der Strahlungsenergie einer elektromgnetischen Welle.
Fig.11 zeigt den charakteristischen Schwingungszug einer elektromagnetischen Welle und die Arbeitsdiagramme der logishen Schaltung.
Fig.12 veranschaulicht die bistabilen Schaltungen zur Analysierung des Schwingungszuges der magnetischen Wellen.
I des Ausführungsbeispiel eines optischen Empfängers zur Anzeige einer Atomexplosion nach Fig. 1 ist eine Grundplatte 20, ein Infrarotfilter 21, eine Fotzelle 22 und ein Gehäuse 23 vorgesehen. Die Grundplatte kann z.B. aus aluminiumguss bestehen und hat einen Flansch 24, der mit einem Gewinde 25 versehen ist, der die Befestigung auf einem Lampenmast oder einem andere Ständer ermöglicht. Eine hochstehende Kante 28 der Grundplatte hat ein Innengewinde 29 zur Befestigung des Gehäuses 23.
Das Filter 21 besteht aus einer Anzahl von Filterglasscheiben 3o bis 35, die, wie bei 36 angedeutet ist, an den Kanten auf Gehrung geschliffen sind, um so die Zusammenfassung zu eimer sechseckigen Säule zu erleich tern. Die Scheiben sind miteinander durch einen geeigneten, leichtdurchlässigen Leim verklebt und mit einer Deckscheibe 37 verkittet. Das Filter glas ist so beschaffen, dass es nur für eine optische Bandbreite von etwa 7000 = 9000 Angstrom lichtdurchlässig is.t In einem Ausführungsbeispiel wurde ein Corning-Filter 7-69 verwendet. Die Fotozelle 22, z.B. eine Elektronenröhre Type 928, ist durch das Filter 21 vollständig eingeschlossen, sodass kein ungefiltertes Licht eine Auslösung veranlassen kann.
Schliesslich wird der Empfänger durch das Gehäuse 23 gegen Rinflüsse von aussen dicht verschlossen. Dieses kann aus einer Glocke aus einfachem, nichtfilterndem Glas bestehen, welches mit dem Gewinde 39 in das Gewinde 29 der Grundplatte 20 eingeschraubt wird.
Der elektrische Tell des optischen Empfängers nach dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2, welcher nach Möglichkeit auf die Grundplatte 20 montiert und durch das Gehäuse 23 abgedeckt wird, enthält die Fotozelle 22 und einen Kathodenverstärker 40. Schliesslich enthält, der Empfänger noch eine Lampe 46, die vorzugsweise innerhalb des Filters 21 angebracht ist Die Empfindlichkeit des Empfängers lässt sich bei brennender Lampe 46 duroh den Widerstand 41 einstellen. Während des normalen Betriebe leuchtet die Lampe nicht.
Der beschriebene optische Empfänger weist wine Reihe von Vorteilen auf.
Da das einfallende Sonnenlicht einen relativ hohen Gehalt an ultravioletten und einen relativ niedrigen Gehalt an infrarotem Licht im Bereich der auszuwertenden Lichtbandbreite aufweist und eine Atomexplosion einen relau niedrigen Gehalt an ultravioletten und einen relativ heben Gehalt an infrarotem L&oht aufweist, lässt sich der Empfänger leicht auf die Differenz der anstehenden Spektren einstellen. Blitzentladungen haben im, Vergleich zum Sonnenlicht einen wiel höheren Gehalt im Infrarotbereich, aber der Wärmeenergieimpuls hat eine vlel schnellere Anstiegszeit £ird eine breitere Kuppe als der einer Atomexplosion. Die Empfindlichkeit des Empfängers lässt sich Jedoch 80 einstellen, dass sich eine genügende Unterscheidungssicherheit zwischen einer Atomexplosion und einer Blitz ergibt. Darüberhina@s können die nachfolgenden Schaltungen derart eingerichtet sein, dass Impulse mit einer Anstiegeflankee gemäss einer Atomexplosion empfangen und Impulse mit der Anstiegfalkne eines Blitzes nicht ausgewertet werden.
Die logische Schaltung fur einen Atomexplosionsdetektor nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 enthalt die beiden Kanäle 48 und 49 um so,die erforderliche Redundanz und eine erhöhte Betriebssicherheit beim Empfang eines durch eine Atomexplosion verursachten Signal zu erreichen und um weiterhin auch den Empfang während der Prüfung sicherzustellen. Dabei arbeitet z.B. der Kanal 48 als Empfänger, während der Kanal 49 geprüft wird und umgekehrt. Jeder Kanal enthält eine schnell ansprechende Kippschaltung 50, 50', eine langsam ansprechende Kippschaltung 51 und, 51' und eine logische Schaltung 52, 52'. Darüber hinaus hat jeder Kanal einen eigenen Infrarotempfänger 55, 55'. Jeder Empfänger ist Uber einen Kathodenverstärker an die Treiber-Verstärker 56, 56' angeschlossen.
Der Treiber-Verstärker 56 enthält zwei zweistufige Verstärker 57, 58, die Uber einen Verstärkungsregler 59 miteinander verbunden sind, Mit diesem lässt sich die gewünschte Empfindlichkeit einstellen, um z.B eine 20-kilo-Tonnen-Explosion in einem Bereich von lo Meilen festzustellen, ohne dass die Anordnung auf das Sonnenlicht oder einen Blitz anspricht.
In dem Ausführungsbeispiel des Treiber-Verstärkers nach Fig. 4 wird der Empfänger 55 Uber einen leiter 60, der, wie durch 61 angedeutet, abgeschirmt sein kann, angeschlossen. Die beiden Verstärker 57,58 sind mit Ausnahme der Kapazitäten 62,63 gleich. Der Kondensator 62 dient zur Unterdrückung unerwünschter Schwingungen und der Kondensator 63% als Koppelkondensator zu dem nachfolgenden Filter Jeder der Verstärker 57,58 enthält die Komplementär-Transistoren 65,66, und, 65z, 66 1, um die erwünschte Mindestverstärkung von 10 zu erhalten.
In einem ausf2hrungsbeispiel wurde fUr den NPN-Transistor 65 (65'), die Type 2N 1302 und tür den PNP-Transistor 66 (661) die Type 2N 1303 verwendet. Der aus dem Widerstand 67 und der Diode 68 bestehende Spannungsteiler bestinnt die Basisspannung des Transistors 65. Der Widerstand 69 ermöglicht einen genügenden Stromfluss durhc den Transistor 65, um so Änderungen des Kollektorstranes auszugleichen.
Eine Zenerdiode 70 und, ein Widerstand 71 begrenzen die Emitterkollektrospannung des Transistors 66. Die Widerstände 72, 73 bilden die Kollektor~ belastung des Transistors 66 und, gleichzeitig den Gegenkopplungszweig des Transistors 65. Die Diode 75 schützt den Transistor 65 vor Spannung spitzen und der Widerstand 76 begrenzt den Basisstrom.
Die Bandbreite des Verstärkers, die vorzugzweise zwischen o, 5 - 30 000 Rs liegt, wird durch den Kondensator 62 und, durch die Streukapazitäten begrenzt. Die Verstärkung des Treier-Verstärkerz lässt sich durch den Regelwiderztand 59 einstellen. Während der Prüfperioden wird der Regelviderstand 59 Uber den Leiter 71 kurzgeschlossen, sodass die Überwachung der Anordnung inner bei der maximalempfindlichkeit erfolgt. Das Ausgangssignal des Verstärkers erscheint an der Leitung 780 Um z.B. das Ansprechen von ultraroten Fremdsignalen, die z.B. von der Sonne stammen und sich durch Schwankungen mit extrem langsamer Anstiegszeit auszeichnen, zu vermeiden, sind entsprechende Vorkehrungen getroffen Hierzu dient das Tiefpassfilter 8o in Pig. 5, welches, aus zwei L-Gliedern mit den WiderstMnden 81 und 83 und den Kondensatoren 82 und 84 besteht. frequenzen Uber 700 Rz werden durch das Filter nicht durchgelassen. Ein Koppelkondensator 65 hält Signale mit sehr langsamer Anstiegsflanke, wie z.B. störendes Sonnenlicht, zurück.
Zur Aufnahme des ersten thermischen Signals mit steiler Anstiegsflanke dient die Stufe 86 mit einem schnell ansprechenden Schmitt-Trigger. Diese stufe enthält einen Transistor 90, der im Ruhezustand stromlos und einen Transistor 91, der im Ruhezustand leitend ist und die Ankopplungswiderstände 93 und 94. Der Kondensator 95 dient zur Begrenzung der Schaltzeit und die Diode 96 als Überspannungsschutz fWr die Basis-Emitterstrecke des Transistors 90. Der Kondensator 97 und der Widerstand 98 bilden ein Differenzierglied am Ausgang, um die Rechteckimpulse der Schmitt-Kippschaltung in positive und negative Impulsspitzen umzuwandeln. Ausserdem enthält die Schaltung 86 die Belastungswiderstände 99, loo und einen gemeinsamen Emitterwiderstand 101. Die Widerstände 81 und 83 des Tiefpassfilters bilden mit dem Widerstand 102 einen Spannungsteiler für die Signale an der Basis des Transistors 9o.
Nach dem Empfang eines Lu1ses wird der Transistor 9o leitend und die Easis des Transistors 91 an Masse gelegt. Der zusätzliche Strom duch den gemeinsamen Emitter-Widerstand 101 vermindert die relativen Potentiale und beschleunigt so die Öffnungszeit des Transistors 91. Wenn der Impuls am Eingang beendet ist, kehrt sich der Vorgang um und der Transistor 9o wird nichtleitend, während der Transistor 91 leitend wird.
Demnach bewirkt ein erster Impuls einer Atomexplosion mit schneller Anstiegszeit ein Ausgangssignal an der Leitung 104. Dieses Ausgangssignal hängt von der Anstiagsflanke der eintreffenden Impulse ab, Die verschiedenen Filter und Kapazitäten scheiden alle störenden EinflUsse, die durch Schwankungen des Infrarotgehaltes des Sonnenlichtes entstehen aus und lässt nur solche Impulse durch, die von einer Explosion stammen. Darüberhinaus weist das Filter 80 Signale, die von einem Blitz herrühren, zurück.
Die Einrichtung, die zum Empfang von Impulsen mit langsamer Anstiegsflanke vorgesehen sind, sind in Fig. 3 durch die Bezugsziffer 51 und in der Fig. 6 aiusführlich dargestellt. Der Ausgang 105 des Eilters 80, Fig. 5, ist mit dem Eingang 105 der langsam ansprechenden Kippschaltung in Fig. 6 verbunden. Diese Kippschaltung besteht aus einem Schmitt-Trigger 106, einer Oderschaltung 107 und einer Undschaltung 108, einem Zeitkonstantenglied llo (15o ms) und einem Koppeltransistor 111. Die Dioden 112, 11), die Zenerdiode 114 und der Widerstand 115 bilden die oderschaltung 107. Die Zenerdiode 114 begrenzt die Signalspannung, welche durch die Dioden 112, 113 kommt, um die Spannung, die durch die Diode 116 kommt, anzupassen. Die Diode 116, 117 und der Widerstand 118 bilden die Undschaltung 108. Die Diode 119 legt grosse negative Impulsspannungen an Masse.
Der Widerstand 120 und der Kondensator 121 stellen eine Verzögerungsschaltung mit einer Zeit konstanten von 15o ms dar. Die Basisvorspanaung des Transistors lll ist im Ruhezustand wegen des Stromflusses dur ch den Widerstand 120, die Diode 117 und den Widerstand 115 klein. Wenn die Dioden 116 und 117 durch eine positive Spannung an den Kathoden nicht leitend gemacht werden, lädt sich der Kondensator 121 auf und es erZ scheint eine exponentiell ansteigende Spannung an der Basis des Transistors 111. Die Zeitkonstante des Verzögerungskreises 110 (Widerstand 118 und Kondensator 121) ist so bemessene, dass die Spannungen an des. sen Kondensatoe den Schmitt-Trigger 106 nicht vor etwa 50 ms zum AnZ sprechen bringen.
Die schnell ansprechende logische Schaltung reagiert auf thermische In pulse mit schnell und langsam ansteigender Impulsflanke. So spricht die Anordnung auch an, wenn der Impuls mit langsamer Anstiegszeit erscheint, und der erste Impuls so abgeschwächt ist, dass er nicht mehr aufgenommen werden kann. Andererseits wird ein Impuls mit sohneller Anstiegsflanke allein nicht aufgenommen, Ist ein Impuls mit schneller Anstiegszeit zu stark abgeschwächt, bevor ein langsamer Impuls erscheint, so wird ein Eingangssignal der Undschaltung 108 abgeschaltet, sodass kein Ausgangssignal entsteht.
Es sind auch Schaltmittel vorgesehen, die bei Eintreffen eines InfraZ rotimpulses ein Signal auslsen, aber nicht auf einen Prfvorgang ansprechen Diese Anordnungen sind in Fig. 3 mit den Bezugszeichen 13o und 131 versehen und in Fig. 7 ausfUhrlich dargestellt. Die Fig. 7 zeigt im wesentlichen eine Oderschaltung 132 und eine Kippschaltung 133. Die Oderschaltung 132 besteht aus dem Widerstand 134, der Diode 135, dem Widerstand 136 und der Diode 137. Wenn eine Anode der Dioden 135 oder 136 positiv wird, wird die Basis des NPN-Trsnsistors 138 ebenfalls positiv und die Kippschaltung tritt in Tätigkeit. Die Kondensatoren 139 und 14o trennen die Oderschaltung 132 vom äusseren Gleichstromkreis. Die widerstände 142, 143 dienen als entladewiderstände der Kondensatoren 139, 140 während der Umschaltung duroh die Kanaltrennrelais.
Nachfolgend wird die Kippschaltung 132 und die Rückstelleinrichtung 144 mit der Doppelbasisdiode 158 beschrieben0 Die NPN-Transistoren 138, 140 bilden die Kippschaltung 133. Der Kollektorwiderstand des Transistors 144 besteht aus dem Widerstand 146 und der Wicklung des Relais 147. Der Widerstand 146 begrenzt die Spannung Uber dem Relais 147 um Beschddigungen duroh Überspannungen zu vermeiden. Die verbleibenden Bauelemente der Kippschaltung 132 sind der Basisspannungsteiler 150, 151, der Rmitter-und Kollektrowiderstand 152, 153 PUr den Transistor 138, ein Kppelwiderstand 154 und ein Basiswiderstand 155 für den Transistor 145. Der gemeinsame Emitter ; Widerstand 152 dient flir die Transistoren 138, 145 um die Wirkungsweise als Schmitt-Trigger zu erreichen.
Es ist auch eine Einrichtung vorgesehen, um die schnell ansprechende Flip-Flop-Schaltung nach einer kurzen Zeitperiode zurckzustellen. Diese autonatisihe Rückstelleinrichtung 133 enthält die Doppelbasisdiode 158.
In einem AusfUhrungsbeispiel wurde hierfUr die Type 2N 491 verwendet.
Die Widerstände 159, 160 und der Kondensator 161 bilden ein einstelbares Zeitkonstanenglied in der BaXsi svorspannungsquelle der Doppelba sisdiode 158. Wenn das Kollektorpotential des Transistors 145 dem Potential B+ zustrebt, (durch eine positive Signalspannung, die durch die Oderschaltung 132 an die Basis des Transistors 138 gelangt) beginnt auch die Spannung Uber dem Kondensator 161 und das Emitterpotential der Doppelbasisdiode 158 den Wert B+ anzunehmen. Jedoch ist die Höhe des Spannungsanstieges durch die Widerstände 159, 160 begrenzt. Wenn die Emitterspannungen etwa 60 ß der Spannung an der Basis 32 erreichen, wird die Doppelbasisdiode 158 leitend und erzeugt eine positive Span nungsspitze über den Widerständen 162, 163. (Infolge des Leitendwerdens der Doppelbasisdiode 158 wird die Ladung des Kondensators 161 abgeleitet). Diese Spannungsspltze wird Uber die Diode 164 dem Trane sistor 145 zugeleitet, der bewirkt, dass die Kippsohaltung 133 in ihre Ruhelage zurückkehrt.
Während des Zeitraumes in dem der Transistor 145 leitend ist, wird über den Kondensator 166 ein Signal gegengekoppelt, um die langsam ansprechende logische Schaltung 51, Fig. 3, freizugeben. Naoh der automatischen RUokstellung wird dieses Gegenkopplungssignal getrennt, um die langsam ansprechende logische Schaltiq daran zu hindern, einem Ansprechen der Undschaltung 108 zuvorzukommen.
Die Ausgangsschaltung nach Fig. 7 ist nochmals fUr die langsam ansprechende logische Schaltung 51, wie duroh die Bezugsziffer 131 in Fig. 3 dargestellt, vorgesehen. Die Anordnung 131 unterscheidet stich gegen-Uber der nach Fig. 7 nur dadurch,, dass die Zeitkonstante, welohe durch die Widerstände 159, 160 und den Kondensator 161 gegeben ist, die Doppelbasisdiode erst nach etwa einer halben @@@@@@@ leitend macht.
Die Fip-Flopschaltung 133 (Transistor 145 leitend) erregt eines der Relais 147, 168 in Abhängigkeit davon, ob die schnell ansprechende logische Schaltung 50 oder die langsam ansprechende logische Schaltung 51 angesprochen hat. Daraufhin wird der Türschliesser Uber den Kontakt 169 oder 170 betätigt. Diese Kontakte bilden eine Werder-Noch-Schaltung, denn die TUr schliesst, wenn weder der Kontakt 169, noch der Kontakt 170 geschlossen ist. Die Kondensatoren 171, 172 dienen zur Funkenlöschung der Kontakte 169, 17o.
Die Relais 147, 168 sind Bestandteile einer R2ckstell- und Prüfschaltung 173, die im wesentlichen auf der rechten Seite der Fig. 3 und 7 dargestellt ist. Ausser diesem Relais enthält die Schaltung 173 ein Differenzierglied 174 zur Umformung von Impulsen, die bei der Ihnstellung des RUokstellsChalters 175 in eine der Kanalpositionen 176, 177 gebracht wird. Der Ausgang 178 des Differenziergliedes ist mit dem Anschluss 178 der Kanaltrennschaltung nach Fig. 8 verbunden. Der Anschluss 179 stellt, wie Fig. 3 zeigt, eine Ehnliche Verbindung her.
Die Prüfung erfolgt automatisch, nachdem der Schalter 175 den zu prüfenden Kanal gewShlt hat. Die Prüfung wird durch einen Zeitgeber 180 gesteuert, welcher einen Gleichstrommotor enthält, der Uber ein nicht dargestelltes Getriebe fUr eine Umdrehung in der Stunde zwei Nocken antreibt. Jede Nocke arbeitet auf einem oder mehrere Mikroschalter zur Bestimmung der Prüffolge. Die Mikrsochatler führen den Kanal Trennsohaltungen 52, 521 Fig. 3, in Abhängigkeit von der Stillung des Schalters 175 Signale zu.
Bs sind auch Schaltmittel vorgesehen, einen Detektorkanal von der Auagangssahaltung zu trennen und daftir an die Prüfeinrichtung anzuschliessen. Hierdurch kann ein, eine Explosion nachahmendes frUfsignal den Detektor betätigen, ohne dass ein Alarm ausgelöst wird. In Wirklichkeit kann die Kanaltrenneinrichtung ein einfacher Relais sein und die zugehörige Steuerschaltung, Fig. 8, aus einer Kippschaltung 182 mit vier Transistoren bestehen. Die Dioden 183, 184 bilden eine Steuerschaltung, welche bewirkt, dass die Flip-Flopschaltung 182 nur auf positiv gerichtete Spannungen anspricht. Ein derartiges Steuersignal kommt vol Zeitgeber 180 und erscheint am Anschluss 178. Ein anderes derartiges Steuersignal kommt von der schnell ansprechenden Kippschaltung 86 über den Kondensator 185. Der Widerstand 194 verhindert, dass der Kondensator 95 seine Ladung zwischen zwei Prüffimpulsen behält. Die Widerstände 186, 187, 188 dienen als Überspannungsschutz fUr den Transistor 189.
Die verbleibenden Schaltelemente sind der Basisspannungsteiler l9o für den NPN-Transistor 189, ein Emiter-Spannungsteiler 191, 192, ein Lastwiderstand 193, ein Emitter-Widerstand 194 fur den NPN-Transistor 195, ein Basisspannungsteiler 196 und der Lastwiderstand 186.
Der Strom durch den Ausgangstransistor 200 steuert den Anzug oder den Abfall des Kanal-Trennrelais 201. Der Widerstand 202 dient als Überspannungsschutz fUr das Relais. Eine Zenerdiode 203 und der Widerstand 204 stabilisieren die Spannung über den Transistor 200, sodass dieser direkt von dem Transistor 205 zur Bildung eines Stromverstärkers geZ koppelt werden kann. Der Widerstand 206 dient zur Erzeugung der Basis vorspannung für den PNP-Transistor 200 und die Emitter-pVorspannung des Transistors 205. Der Widerstand 207 ist der Kollektorwiderstand fUr den Transistor 205.
Wenn ein PrUfvorgang eingeschaltet ist, stösst die Kanal-Trennschaltung 182 die logische Schaltung für die Prüfung 208, die in Figur 9 dargestellt ist, an. Sie hat zwei Eingänge 210, 211, die in Abhängigkeit von den Kontakten 212 des Relais 201, Fig. 3 und 8, durch die schnell oder langsam ansprechende logische Schaltung angesteuert werden. Es sind auch zwei Ausgänge 213 und 214 vorhanden, die zu den AnschlUssen mit gleicher Bezugsziffer in den Schaltungen Fig. 8 und Fig. 6 fUhren. Die Schaltung nach Fig. 9 ist im wesentlichen dieselbe, wie sie in dem linken gestrichelt gezeichneten Rechteck der Fig. 6 dargestellt ist.
Wenn der Ausgang 214 stromführend ist, erhält ein Eingang der Oderschaltung 107, Fig. 3 und 6, ein Kriterium, die langsam ansprechende logische Schaltung freizugeben, so dass sie auf eine nachgebildete Explosion ansprechen kann. Wenn der Ausgang 213 stromführend ist, dann wird die Kanaltrennschaltung nach Fig. 8 angelassen. Das Relais 201 ist erregt, die Ausgangskreise 13o und 131 abgeschaltet und der prüfvorgang durch geführt.
Tritt eine Atomexplosion mit der erforderlichen Grösse im EmpfangsbeZ reioh des Detektors auf, so wird das thermische Signal von dem Empfänz ger 55 aufgenommen, durch die Photozelle 22 in elektrische Signale umgewandelt und Uber den Kathodenverstärker 40 dem Verstärker 57 zugeführt.
Das Signal wird dann durch die Verstärker 57, 58 verstärkt, gelangt zu dem Filter 80. Dieses Filter hält hoohfrequente, z.B. durch einen Blitz verursachte Signale und solche mit sehr langsamer Anstiegszeit, die durch die Sonnenstrahlen entstehen können, zurück.
Ein schnelles und ein langsames, von einer Atomexplosion stammendes Signal mit einer Amplitude von z. B. 4 Volt veranlasst den Schmitt-Trigger 86 einen positiven Impuls abzugeben, welcher duron die Kontakte 220 des nicht erregten Kanaltrennrelais zur schnell ansprechenden AusS gangsschaltung 130 gelangt. Darin ist die Oderschaltung 132 enthalten, die ein Signal aus dem Kanal 50 oder 50' durchlässt. Von der OderschalZ tung 132 gelangt der Impuls an die Kippschaltung 133, die das Relais 147 steuert. Das Relais ist im Ruhezustand erregt und führt dem Lastkreis ueber die Kontakte 169 Strom zu. Der Impuls des schnell nsprechenden Schmitt..Triggers 86 ändert den Zustand der Kippschaltung 133 und das Relais 147 fällt ab.
Von der Kippschaltung 133 wird das Signal auch der langsam ansprechen den Kippschaltung 51 der die Oderschaltung 1o7 und die Undschaltung 108 zugefUhrt. Des Signal vom Filter 80 gelangt ebenfalls an die Undschaltung 108, wo es mit dem Signal der Kippachaltung 133, welches über die Oderschaltung 107 kommt, in Übereinstimmung gelangt. Das Signal aus dem Filter 80 muss länger als etwa 50 ms anstehen, bis die Schaltung ermöglicht, dass die Kippschaltung 131 umgestossen wird.
Bevor die Schaltung mit der Doppelbasisdiode den Vorgang be endet, oder zur selben Zeit, wenn der langsame Impuls erscheint, wird das Signal des Empfängers 55 auch durch die Undschaltung 108 einer anderen Ausgangssohaltung 131, welche den Abfall des Relais 168 steuert, zugeleitet. Während der Zeit in der die Relais 147 und 168 abgefallen sind, gelangt ein Signal zur Türschliesseinrichtung Die Zeit hierftir kann z.B. mit 1 bis 3 sek eingestellt werden. Danach geben die Kippschaltungen 133 und 133' von selbst in die Ruhelage zurück und die Ausgangsrelais 147, 168 ziehen wieder an.
Eine Prüffolge lässt sich entweder durch einen automatischen Zeit. geber 180 oder einen Druckknopf 221 von Hand anlassen. Hierdurch gelangt ein Spannungssprung an die Kippschaltung 182, die dann ihren Zustand ändert. Hierdurch wird das Relais 201 erregt und bewirkt folgende Vorgänges 1. Abtrennung der Ausgangsrelais 147 und 168 vom Signal weg, damit diese nicht durch das Prüfsignal erregtwarden können.
2. Schliessung der Kontakte 222, die den Signalverstärker auf maximal. Verstärkung schalten.
3. Einschaltung der Prüflampe 46 Uber die Kontakte 223 und den Anschluss 224 (Fig. 2 und Fig. 3) des Empfängers 55.
4. anschluss des Signalweges an die betätigten Kontakte 212, 224 zur Prüffschaltung 52.
5. Abrohaltung der Spannung zur Kontrollaispe 226 und Anlegen derselben an die Lampe 227 zur Überwachung der Prüfung.
Zur gleichen Zeit lässt das automatisch oder von Hand zugefhhrte Signal das Relais 201' abfallen um für die Zeit, in der der Kanal 48 geprüft wird, den Kanal 49 fUr den Empfang einer etwa eintretenden Atomexplosion einzuschalten.
Das Aufleuchten der Prüflampe 46 im Empfänger 55 erzeugt durch die Fotozelle 22 ein Signal, welches durch den Verstärker 56, Filter 80 und die Kippschaltung 86 zur Kippsohaltung 106 gelangt. Die zwei Ein gange der Kippschaltung 208 sind dieselben, wie die zu dem Relais 147 und 168. Diese Kippschaltung ist im Ruhezustand so eingestellt, dass die Stufe, die mit der Kippschaltung 182 verbunden ist, nicht stromführend ist. Die Zufuhrung des Signales von Kippschaltungsstufe 86 bewirkt die Zustandsänderuug der Kippschaltung 208. Die im Ruhezustand stromfUhrende Stufe der Kippschaltung ist nun abgeschaltet und die an" dere sendet ein positives Signal zur Oderschaltung 107 und zur Undschaltung 108. Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist dieselbe, als wenn sie duroh eine Atomexplosion veranlasst worden wäre. Der Ausgang der Kippstufe 106 wird dann durch die Kontakte 224 des Kanaltrennrelais der Kippschaltung 208 zugefUhrt, welche wieder in ihren Ruhezustand zurückkehrt. Die Stufe, die mit der Kippschaltung 182 verbunden ist, wird stromführend, das Relais 201 fällt ab und der Kanal wird wieder in die normale Betriebsweise zurückgeführt.
Wenn infolge einer Fehlschaltung kein richtiges Ruheausgangssignal von den Kippatufen 133 und 182 eintritt, kehrt das Kanal-Trennrelais 201 nicht in seine Ruhelage zuriick und die Fehlerlampe 127 bleibt erleuchtet.
Wenn die Kippschaltung 182 zur Trennung der Kanäle in die Ruhelage in die R@helage zurückversetzt werden muss, weil entweder ein Fehler vorbbergehend aufgetreten ist oder ein Einschalt-Spannungsstoss eine falsche Einstellung in der Kippschaltung bewirkt hat, so wird der Rückstellschalter 230 betätigt um eine Spannung zu der Kippschaltung 1821 im Kanal 49 zu bringen, die diese in die richtige Stellung zur rückführt. Um die Prüfschaltung in die richtige Ausgangslage zu bringen, ist der Schalter 221 zu betätigen und eine Prüffolge durchzuführen.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung werden durch eine Anordnung nach Fig. lo elektromagnetische Wellen, die bei der Atomexplosion entstehen, als Kriterium ausgewertet. Diese Energie breitet sich vom Kxplosionsherd in gleicher Weise aus wie Funksignale von einer RundZ strahlantenne. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. lo wird nur ein Empfangskanal dargestellt. ES ist aber zweckmässig, sinngemäss wie nach ng. 3 zwei Kanäle einzusetzen.
Wie eingangs erwShnt, kann die von einer Atomexplosion herrührende magnetische Welle als binäres Signal aufgefasst werden. Dieses kann z.B. dem binären Code "010" entsprechen. Sollte die magnetische Welle einer anderen Explosiionsart einen anderen Code aufweisen, so lässt sich die erfindungsgemässe Anordnung auch auf diesen einstellen.
Wie in Fig. lo dargestellt, weist der Explosionsdetektor eine Antenne 250, eine logische Schaltung 251, eine Prüfschaltung 252 und eine Ausgangs schaltung 253 auf. Die Antenne, die im Freien steht, soll nach Möglichkeit der Kxplosionswelle standhalten können. Die Schaltung 251 enthält alle notwendigen elektronischen Einrichtungen. Eine ausführliche Beschreibung derselben erübrigt sich und es sei deshalb auf die vorangehende Beschreibung der Fig.) bis 9 verwiesen. Die Antenne 250 besteht aus einem vertikalen Stab, der 50 amerik.Pfund pro Quadratzoll aushält und z. B. aus einer Stahlrohre gezogen wurde.
Diese Röhre befindet sich vorzugsweise auf einen Antennenfuss, der ebenerdig angebracht ist. In dem Antennenfuss ist eine Öffnung und ein Raum vorgesehen, in dem die Antennenanschliisse hergestellt werden können und die Blitzschutzeinrichtungen untergebracht sind. Das Signal wird der Kontrollstation Uber ein Koaxialkabel zugefUhrt. Dieses Signal mit der kritischen Kurvenform und einem einzigen Schwingungszug mit einer Dauer von etwa loo Mikrosekunden, ist in der Fig. 11 willkürlioh dargestellt. Alle anderen Signale sind unerwünscht. Un die meisten der unerwUnschten Signale daran zu hindern eine Funktion auszulösen, ist ein Filter 255 im Verstärkerabsohnitt der elektronisohen Steuerung vorgesehen, welches bewirkt, dass nur Signale mit der Kurvenform nach Fig. 11 am Ausgang des Verstärkers 256 erscheinen.
Der Verstärker 256 ist so gesohaffen, dass der erste negative Empfangsimpuls 254 einen negativen Ausgangsimpuls 257 (Fig.11) beim Punkt P1 (Fig.lo) erzeugt. Der folgende positiv gerichtete Impuls 258 des Empfsngssignals bewirkt positive und negative Ausgangsimpulse 259 und 260. Anders ausgedrückt, ein negatives Eingangssignal, gefolgt von einem positiven, ergibt beim Punkt P1 zwei negative Ausgangsimpulse 257, 260, die durch einen positiv gerichteten Impuls getrennt sind. Sinngemäss können auch andere Kurvenformen zur Auswertung herangezogen werden.
Auch wenn ein einziges negatives Signal empfangen wird, so entsteht kein ausgangssignal, sei es, ein anderes negatives Signal wird 200 ms nach der abfallenden Flanke des ersten negativen Signals aufgenommen.
Die Signale 257, 259 und 260 von Fig. ll werden, wie in Fig. 12 dargestellt, einem Schmitt-Trigger 264 zugeführt. Dies ist die aus fUhrliche Schaltung der Stufe 265 des Blockschaltbildes nach Fig.10.
Dieser Schmitt-Trigger spricht nur an, wenn das Signal, welches dem Anschluss 266 zugeführt wird. @@nter einem vorbestimmten Vergleichspegel liegt. Wenn demnach ein negatives Signal an den Schmitt-Trigger 264 gelangt, so erzeugt dieser Impulse, wie sie durch A und B in Fig. 11 dargestellt sind Danach wird von der abfallenden Flanke des ersten Ausgangssignales des Schmitt-Triggers die Kippstufe 268 mit einer Umschaltzeit von 200 ms betätige, wie dies durch C und D in Fig. 11 angegeben ist. Das Signal des Schmitt-Triggers und das D-signal der Kippstufe 268 werden dem Eingang der Undstufe 269 zugeführt. An diese gelangt auch der Ausgang einer Kippstufe 270 mit einer Umschlagzeit von 1 ms.
Das Signal des Verstärkers 256 und das Signal C der Kippstufe 268 erreichen die Undstufe 272, die unter den gegebenen Umständen (negattive Elagangsimpulse) kein Ausgangssignal gibt. Deshalb befindet sich der Ausgang der Kippstufe 270 dauernd in der "1"-Stellung. Wenn der nächste negative Impuls an der Anschlussklemme 266 erscheint und die Kippstufe 268 ( 200 ms) ein Signal an der "Und'-Stufe 269 hervorruft, ergibt sich ein Ausgangasignal 274 (Fig. 11).
Um uner2nschete Signale zurückzuhalten, sind besondere Vorkehrungen getroffen worden. Zur einfachen Beschreibung sei angenommen, dass das falsche Signal fUr den Impuls 254 eine positive Polung aufweist, d0h., dass die entsprechende kritische Kurvenform umgekehrt verläuft wie die oberste Kurve in Fig. 11. Demnach gelangt ein erster positiver Impuls durch die Undschaltung 272 und veranlasst, dass die Kippstufe 270 (1 ms) ihren Zustand ändert und dabei das Freigabesignal von der Undstufe 269 trennt. Unter diesen Bedingungen kann bis zum Ende der 1 ms-Periode kein Signal durch die Endstufe gelangen.
In der Schaltung nach Fig. lo gelangt infolge eines richtigen negativen Impulses 254 ein Signal durch den zur Impedanzwandlung dienenden Emitter-Folger 278 durch das Filter 255, wo sehr langsame Frequenzen ausgeschieden werden. Dann werden die Signale verstärkt durch den Verst&rkungsregler 279 eingeregelt und darauf bei 280 nochmals verstärkt. Ein anderer Emitter- Folger 281 am Ausgang des Verstärkers 280 dient dazu, eine Belastung desselben duroh die nachfolgende logische Schaltung 265 zu vermeiden. Das Signal wird dann, wie oben beschireben, durch die logische Schaltung 265 (Fig.12) geleitet. Das Ausgangssignal der logischen Schaltung 265 erreicht Uber Kontakte eines Kanal-Trennrelais an eine Ausgangskippschaltung 282, die im wesentlichen so aufgebaut ist, wie die nach Figur 7. In der Ruhestellung erlauben die Kontakte eine Beeinflussung der Kippschaltung 282 durch die Signale, wodurch die Kontakte 283 des Ausgangarelais geschlossen werden. Die Zeit fUr die das Ausgangsrelais erregt bleibt, wird durch eine Doppelbasisdiode gesteuert, welche die Kippschaltung in die Rur helage zurUckversetst, wie es oben in Verbindung mit den Schlatung en 133 und 144 beschrieben wurde.
In dem Strahlungsdetektor ist auch eine Funktions-FrUfeinrichtung enthalten. Sie besteht aus einem Gleichstrom-Motor, dessen sich dreZ hende Nocke Kontakte 284 periodisoh schliesst, sodass einmal in der Stunde eine automatische Prüfung erfolgt. Wie in dem AusfUhrungsbeispiel nach Fig. 3 können die Stufen nach 278, 255, 256, 279, 280 281, 266 und 265 in der Anordnung 285 zweimal vorgesehen werden, um Explosionen Uburwachen zu können, während ein Kanal geprüft wird.
Einmal in der Stunde wird die Spannung einer Stromquelle einer Prüf-Kippschaltung 286 Uber einen Zeitgeberkontakt 284 zugeführt. Hierdurch wird eine Relaissteuerschaltung 287 angelassen und bewirkt die Erregung eines Prüfrelais 288. Wenn das Relais 288 erregt ist, schliesst es die Kontakte 289 und bewirkt, dass die Verstärkung der Verstärker 256, 280 auf maximale Verstärkung geschaltet werden. Der Ausgang der logischen Schaltung 265 wird auf die Prüf-Kippschaltung 286 umgeschaltet und die Zustandsanzeiger (Lampen Normale und Ausfall") wechseln von der Ruhelage zur Prüfanzeige. Dann wird die Spannung der Stromnersorgung einem Doppel-Basis-Zeitgeber 291 zugefUhrt, der ebenso arbeitet wie die Schaltung 144.
Der Doppel-Bazis-Zeitgeber 291 erzeugt einen einzelnen Impuls von etwa po ms nach der Anlassung einer PrUffolge. Der Hauptgrund fUr die Verzögerung ist es zu ermöglichen, dass alle Relaiskontakte betätigt werden können und dass die 'Prüfung/Ausfall"-Anzeigelampe genügend lange aufleuchten kann. Der Ausgang des Impulsgebers 291 veranlasst auch eine Kippstufe 292 mit einer Uisohlagzeit von loo ms einen Impuls zu erzeugen, der einem Oszillator 293 zugefUhrt wird.
Dieser ruft einen einzigen Schwinggngszug hervor mit einer Frequenz von lo kHz, der hinsichtlich der Kurvenform und der Polung eine genaue Nachbildung des Schwingungszuges darstellt, der bei einer Atomexplosion auftritt. Diese Schwingung erreicht über den Antennenanschluss den Emitter-Folger 278. Das Oszillatorsignal wird dann durch die nachfolgende Schaltung genau so wie ein wirkliche Signal verarZ beitet. Der Ausgang der logischen Schaltung 265 veranlasst die Prüf-Kippschaltung 286 in ihre Ruhelage zurUckzukehren, welche gleichzeitig das Relais 288 zum Abfall bringt und dann die Anordnung in die normale Arbeitsweise zurückversetzt.
Wenn aus irgend einem Grund eine erfolgreiche Prüfung nicht durch geführt wird, bleibt das Relais 288 erregt und die Lampe "Prüfung' Ausfall" bleibt erleuchtet, weil die Prüf-Kippschaltung 286 nicht in Ruhelage zurUckkehrt.
Es ist auch ein Rückstell-Schalter 291 angebracht, der die PrUf-Kippschaltung 286 steuert, wenn die beim ersten Einschalten der Anlage in der PrUfstellung verbleibt. Auch wenn ein Fehler auftritt und die 'Prüfung/Ausfall"-Lampe erleuchtet bleibt, kann die Prüfungsschaltung durch den Schalter 291 von Hand zurückgestellt werden, um eine nochmalige Prüfung zu Veranlassen. Eine PrUfung kann auch durch die Betätigung des Prüfschalters 295 von Hand herbeigeführt werden.
1 Patentanspruch

Claims

Patentanspruch Atomexplosionsdetektor mit einer Photozelle, die von einem optischen Filter umgeben ist, welches für Energie, die von einer Atomexplosion stammt, durchlässig ist, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, dass eine Anordnung mit einer logischen Sohaltung vorgesehen ist, die die charakteristische Kurvenform des von der Photozelle kommenden Signals analysiert und dass Schaltmittel vorgesehen sind, die einen Alarm auslösen, wenn das analysierte Signal anzeigt, dass eine Atomexplosion stattgefunden hat.