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Die Erfindung betrifft ein Strahlungsmeßgerät mit einem Wandler,
einem Verstärker, an dessen Eingang der Wandler gekoppelt ist, sowie mit einer Rückkopplungsvorrichtung,
einer Anzeigevorrichtung und Mitteln zur Befreiung des Signals von Rauschspannungen.
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Bekannte Strahlungsmeßgeräte dieser Art unterliegen bei ihrer Anwendung
dadurch Beschränkungen, daß sie nicht für Strahlungsmessungen sowohl an kontinuierlich
emittierenden als auch an Strahlungsquellen mit impulsförmiger Emission geeignet
sind und daß ferner die Strahlungsmessung dann nicht mehr mit zureichender Genauigkeit
möglich ist, wenn die zu untersuchende Strahlungsquelle sich in einer selbst Strahlung
emittierenden Umgebung, z. B. im Tageslicht oder im Sonnenschein befindet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Strahlungsmeßgerät
anzugeben, das den vorerwähnten Beschränkungen seiner Anwendbarkeit bzw. seiner
Empfindlichkeit nicht unterworfen ist und insbesondere sowohl auf Strahlungsquellen
mit kontinuierlicher als auch auf solche mit impulförmiger Emission anwendbar ist,
gleichgültig ob diese Strahlungsquellen sich in einer dunklen oder selbst strahlenden
Umgebung, z. B. in Tages- oder Sonnenlicht befinden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Strahlungsmeßgerät der
eingangs angegebenen Art durch einen an sich bekannten Operationsverstärker mit
hoher Eingangsimpedanz und nach Null strebendem Eingangsklemmenpotential gelöst,
an den ein erster Wandler gekoppelt ist, auf den die zu messende Strahlung sowie
die Umgebungsstrahlung der zu untersuchenden Strahlungsquelle einwirkt, ferner durch
einen zweiten mit dem Operationsverstärker gekoppelten Wandler und durch eine in
seiner Nähe angeordnete Lichtquelle, die Licht einstellbarer Intensität auf den
zweiten Wandler einwirken läßt und hierdurch eine der Umgebungsstrahlung entsprechende,
dieser entgegengesetzt gerichtete Signalkomponente erzeugt, durch eine an den Ausgang
des Operationsverstärkers angeschlossene Anzeigevorrichtung, die eine der zu messenden
Strahlung entsprechende Anzeige liefert, sowie durch eine Mehrzahl unterschiedlicher,
in der Rückkopplungsvorrichtung angeordneter Widerstände bzw. Kondensatoren zur
Messung kontinuierlicher bzw. impulsförmiger Strahlung.
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Um die Empfindlichkeit des Strahlungsmeßgeräts unabhängig von den
unvermeidlichen Fehlern zu machen, mit denen die zu seinem Aufbau benutzten, handelsüblichen
Widerstände und Kondensatoren behaftet sind, empfiehlt es sich, daß die Widerstände
mit je einem Trimmwiderstand und die Kondensatoren ebenfalls mit je einem Trimmwiderstand
verbunden werden.
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Die Anpassung des Strahlungsmeßgeräts an unterschiedliche Strahlungsverhältnisse
in der Umgebung der zu untersuchenden Strahlungsquelle läßt sich erleichtern durch
eine zwischen der zu messenden Strahlungsquelle und ihrer Umgebungsstrahlung und
dem ersten Wandler angeordneten, drehbaren Lochscheibe mit mehreren Öffnungen mit
unterschiedlichem Durchmesser und durch eine Gruppe von je einer der Öffnungen zugeordneten
Ausgleichswiderständen sowie durch einen Schalter, durch den der der jeweils ausgewählten
Öffnung zugehörige Ausgleichswiderstand an die Anzeigevorrichtung anschließbar ist.
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Eine zweckmäßige Ausführungsform des auch für die Messung an impulsförmige
Strahlung emittieren-
den Strahlungsquellen geeigneten Strahlungsmeßgeräts wird ermöglicht
durch einen zusätzlichen, an den Ausgang des Operationsverstärkers angeschlossenen
Kondensator, der eine größere Kapazität als einer der Kondensatoren aufweist, sowie
durch einen Schalter, durch den die Rückkopplungsvorrichtung und der erste Wandler
von dem Operationsverstärker abschaltbar und der zusätzliche Kondensator zwischen
Eingang und Ausgang des Operationsverstärkers einschaltbar ist.
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Für den ersten Wandler lassen sich eine Photozelle, ein Photomultiplier,
eine mit Sperrvorspannung arbeitende p,n-Flächendiode oder eine mit Sperrvorspannung
arbeitende Kollektor-Basis-Flächendiode mit offenem Emitter verwenden.
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Die Anpassung des Strahlungsmeßgeräts an unterschiedliche Meßbedingungen
läßt sich dadurch erleichtern, daß die Rückkopplungsvorrichtung eine Mehrzahl von
Stromkreisen aufweist, die aus je einem parallelgeschalteten unterschiedlichen Kondensator
bestehen, aus denen die jeweils zur Bildung der Operationsrückkopplung geeigneten
Stromkreise mittels eines Schalters auswählbar sind.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend an Hand
der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen Fig. 1 a und lb zusammen ein Schaltbild der elektronischen
Bauteile und der elektrischen Stromkreise mit schematischer Darstellung der mechanischen
Teile des Strahlungsmeßgeräts nach der Erfindung, F i g. 2 a, 2 b, 2 c, 2 d Schaltbilder
verschiedener Wandler des Strahlungsmeßgeräts, Fig. 3 zur Messung einer langsam
pulsierenden Strahlung in der Rückkopplungsvorrichtung des Verstärkers verwendbare
Rückkopplungselemente.
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In Fig. la, lb sind die beiden Einheiten dargestellt, die das Strahlungsmeßgerät
nach der Erfindung bilden, und zwar die von einer gestrichelten Umrißlinie umgebene
Detektoreinrichtung 10 und die von einer gestrichelten Umrißlinie umgebene Anzeigeeinrichtung
70. Die Detektoreinrichtung 10 enthält eine Vorrichtung, die aus einem ersten Wandler
12 besteht, der in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. lb von einer Vakuum-Photozelle
mit einer Anode 14 und einer Photokathode 16 gebildet wird.
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Die zu messende Strahlung trifft auf den ersten Wandler 12 und wird
durch ihn in einen entsprechend modulierten elektrischen Strom umgewandelt, dessen
effektiver Wert gemessen und durch die Anzeigeeinrichtung 70 angezeigt oder auf
einer nicht dargestellten Kathodenstrahlröhre wiedergegeben wird.
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Die Anzeigeeinrichtung 70 ist im wesentlichen ein Mehrbereich-Ladungs-
und Strommeßgerät, das aus einem Operationsverstärker 100, einer von einer gestrichelten
Linie umgebenen Rückkopplungseinrichtung 190, einer Anzeigevorrichtung 180, einer
Umgebungsstörkompensationsvorrichtung 220, einem Gleichstrom-Gleichstrom-Umformer
84, einem Wechselstrom-Gleichstrom-Umformer 72, der außerdem eine aufladbare Batterie,
einen Kompensationsbereich sowie eine Feineinstellung für die Umgebungsstörkompensationsvorrichtung
220 enthält, und einem Dreiwege-Integratorschalter 90 besteht.
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Eines der Hauptteile der Anzeigeeinrichtung 70 ist der Operationsverstärker
100, der im wesentlichen ein Funktionsverstärker mit einem Verstärkungsfaktor von
mindestens 200 ist und zwischen dessen Eingang 39 und dessen Ausgang 141 eine Rückkopplungseinrichtung
190
geschaltet ist. Die bekannte, charakteristische Wirkung des Operationsverstärkers
100 besteht darin, daß er seinen Eingang auf einem im wesentlichen konstanten Potential,
beispielsweise auf Null-Potential hält. Es kann ein transistorierter Verstärker
mit einer als Eingang dienenden Elektrometerröhre oder eine beliebige bekannte Operationsverstärkerart
verwendet werden. Auch kann bei geringer Genauigkeitseinbuße des Geräts die Elektrometerröhre
durch einen Feldeffekttransistor ersetzt werden.
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Der Ausgang 141 des Verstärkers 100 ist über einen Strombegrenzungswiderstand
158 an die Plusklemme 151 der Anzeigevorrichtung 180 angeschlossen. Die Anzeigevorrichtung
180 des Meßgeräts ist ein Mikroamperemeter mit einer großen Skalenscheibe, die eine
unmittelbare Ablesung in Ampere oder Coulomb gestattet. Die Minusklemme der Anzeigevorrichtung
des Meßgeräts ist über die Leitung 139 an den geerdeten Verbindungspunkt 121 und
über die Leitung 149 außerdem an das Null-Potential in dem Gleichstrom-Gleichstrom-Umformer
84 angeschlossen.
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Zwischen dem Eingang 39 und dem Ausgang 141 ist eine Rückkopplungseinrichtung
190 angeschlossen.
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In dieser Rückkopplungseinrichtung 190 entwickelt sich in Auswirkung
der an dem Ausgang 141 des Operationsverstärkers 100 erzeugten Spannung ein Strom,
der gleich dem durch den Wandler 12 erzeugten Strom ist. Die Rückkopplungseinrichtung
190 ist im wesentlichen ein Mehrbereich-Strommeßgerät und Mehrbereich-Ladungsmeßgerät
mit Mitteln zum Ausgleichen von Ungenauigkeiten bei der Herstellung der Bauteile
der Einrichtung, d. h. der einzelnen Widerstände und Kondensatoren. Fig.3 zeigt
eine Variante der Rückkopplungseinrichtung 190 mit einer Anzahl zueinander parallelgeschalteter
Widerstand-Kondensator-Paare, die so eingerichtet ist, daß die mit Hilfe von durch
weite Zeitintervalle voneinander getrennten Impulsen erzeugte Durchschnittsstrahlungsenergie
gemessen wird. Wie in Fig. 1 gezeigt, sind für einen Funktionsschalter 192 zum Messen
des Stromes oder der Ladung zwei Betriebsstellungen 193 bzw. 195 vorgesehen. Bei
der Variante nach Fig. 3 ist eine weitere Betriebsstellung 181 zum Messen der Durchschnittsenergie
veranschaulicht. Wenn sich der Funktionsschalter 192 in der dargestellten Stellung
193 befindet, ist das Strahlungsmeßgerät zum Messen kontinuierlicher Strahlungsquellen
eingestellt. In dieser Stellung 193 des Schalters ist der Strommeßkreis an die Anzeigevorrichtung
180 des Meßgeräts angeschlossen. Der Funktionsschalter 192 ist mit dem Schalter
194 verbunden, der die Aufgabe hat, das für das Ausgleichen der Ungenauigkeit des
Strom- oder Ladungsmeßkreises passende Skalenabgleichpotentiometer zu wählen. Der
Schalter 194 kann die Stellungen 173 oder 175 einnehmen. Zwei Wahlschalter 196 und
198 sind an den Verbindungspunkt 193 bzw. an den Verbindungspunkt 195 angeschlossen.
Durch diese Schalter werden die verschiedenen Bereiche zum Messen des Stromes oder
der Ladung gewählt, indem sie mit einem der Widerstände 200, 202, 204 und 206 bzw.
einem der Kondensatoren210, 212, 214 und 216 verbunden werden. Die andere Seite
der Widerstände und die andere Seite der Kondensatoren ist an den Ausgang 141 des
Operationsverstärkers 100 angeschlossen. Selbstverständlich kann die Rückkopplungseinrichtung
190 auch so eingerichtet werden,
daß sie die gleichzeitige Auswahl eines der Widerstände
200, 202, 204, 206 und eines der Kondensatoren 210, 212, 214, 216 ermöglicht, so
daß diese als einander parallelgeschaltete Rückkopplungselemente arbeiten.
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Jeder der einzelnen für die Strommessung bestimmten Widerstände 200,
202, 204, 206 stellt einen Widerstand von anderem Wert für jeweils unterschiedliche
Bereiche dar. Obwohl nur vier Widerstände dargestellt sind, kann das Strahlungsmeßgerät
mit so vielen unterschiedlichen Strommeßwiderständen versehen werden, wie es die
Verwendung des Gerätes erfordert. Entsprechend stellt jeder der einzelnen integrierenden,
für die Ladungsmessung bestimmten Kondensatoren 210,212,214 und 216 einen Kondensator
mit anderem Wert für jeweils unterschiedliche Bereiche dar. Auch hier können so
viel unterschiedliche Kondensatoren verwendet werden, wie zur Strahlungsmessung
erforderlich sind.
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Da der Operationsverstärker 100 einen hohen Verstärkungsfaktor hat,
ist es zum Erreichen des erforderlichen Genauigkeitsgrades beim Messen der Strahlungsquellen
wesentlich, insbesondere für die Rückkopplungseinrichtung 190 Schaltungsbauteile
von hoher Genauigkeit vorzusehen. Zum Ausgleich von Fertigungsungenauigkeiten bei
der Herstellung der einzelnen Strommeßwiderstände und der einzelnen integrierenden
Ladungsmeßkondensatoren ist es zweckmäßig, in die Rückkopplungseinrichtung 190 eine
Vorrichtung einzubauen, mittels derer der durch die Anzeigevorrichtung 180 angezeigte,
effektive Wert des Stromes oder der Ladung in bezug auf diese Fertigungsungenauigkeiten
ausgeglichen werden kann.
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Eine solche Vorrichtung besteht aus den beiden in F i g. 1 dargestellten
Skalenabgleichpotentiometersätzen 200a bis 206a bzw. 210a bis 216a, von denen einer
zur Korrektur der Ungenauigkeiten in den Widerständen 200 bis 206 dient und der
andere zur Einstellung der effektiven Kapazitäten der Kondensatoren 210 bis 216.
Die mechanisch gekuppelten Schalter 196 a und 198 a sind so untereinander verbunden,
daß die von den Potentiometern abgegriffenen Teilströme der Plusklemme des Mikroamperemeters
180 zugeführt werden.
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Wenn der Funktionsschalter 192 so eingestellt wird, daß er sich in
der Stellung 195 befindet, so ist das Strahlungsmeßgerät zum Messen von impulsförmiger
Strahlung eingestellt. In dieser Stellung 195 ist der Ladungsmeßkreis mit der Anzeigevorrichtung
180 des Meßgerätes zum Messen von Signalen in Coulombwerten angeschlossen, die durch
auf den Wandler 12 auftreffende impulsförmige Strahlung erzeugt werden. In der Stellung
195 ist der Wahlschalter 198 an einen der integrierenden Kondensatoren 210, 212,
214 und 216 angeschlossen. Jetzt befindet sich der gekuppelte Schalter 194 in der
Stellung 175, in der er mit dem Schalter 198 a zum Ausgleich der Ungenauigkeit in
dem gewählten besonderen Kondensator verbunden ist.
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Das Strahlungsmeßgerät mißt mit Hilfe der vorstehend beschriebenen
Einrichtungen, sofern in dem Strahlungsmeßgerät nicht die Störungskompensationsvorrichtung
220 vorgesehen ist, sowohl die zu ermittelnde Strahlung als auch die Stör- oder
Umgebungsstrahlung. Die Störungskompensationsvorrichtung 220 enthält einen strahlungsdichten
Behälter, der einen zweiten Wandler 222 und eine Strahlung aussendende Vorrichtung
228 umschließt, so daß
Strahlung veränderbarer Intensität auf den
zweiten Wandler 222 auftritt. Der zweite Wandler 222 kann, wie in Fig. 1 gezeigt,
eine Photozelle oder eine Photoelektronen-Vervielfacherröhre sein. Die Photozelle
222 ist über die Leitung 71 unmittelbar an den Verbindungspunkt 59 angeschlossen,
an den über den Schalter 18 auch der erste Wandler 12 angeschlossen ist. Folglich
fließt in der Leitung 71, sofern keine Strahlung auf den zweiten Wandler 222 auftrifft,
kein Strom, und der gesamte Ausgang des ersten Wandlers ist unmittelbar an den Eingang
39 des Operationsverstärkers 100 angelegt. Jetzt ist keine Störungskompensation
vorgesehen.
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Wie aus F i g. 1 ersichtlich, ist die Lichtquelle 228 an das Netzteil
72 angeschlossen. Durch Auswahl eines der vorgesehenen Kompensationsbereiche und
durch Feineinstellung läßt sich die Intensität der auf den zweiten Wandler 222 auftreffenden
Strahlung verändern. Ein Stromfluß in der Leitung 71 hat zur Folge, daß er den durch
den ersten Wandler 12 erzeugten Strom vor dem Erreichen des Eingangsanschlusses
39 des Operationsverstärkers 100 um den gleichen Betrag verringert. Somit wird also
die Wirkung der Umgebungs- oder Störstrahlung unterdrückt und kompensiert. Sofern
die Störungskompensiervorrichtung 220 einwandfrei eingestellt ist, mißt das Strahlungsmeßgerät
selbst bei direktem Sonnenlicht oder bei Tageslicht nur die Intensität der unbekannten
Strahlungsquelle.
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Der Schalter 90, der vorzugsweise einen Synchronisierungsschalter
88 enthält, steuert die Messung von impulsförmige Strahlung aussendenden Quellen.
Er hat drei Positionen, und zwar eine Rückstell-, eine Integrier- und eine Halteposition.
Zur Wahl einer dieser drei Positionen ist ein Schalter 92 vorgesehen, der so eingerichtet
ist, daß er auf die drei Schalter 94, 96 und 98 sowie auch auf den Synchronisierungsschalter88
einwirken kann. Die normale Rückstellposition des Schalters 92 ist in F i g. 1 b
veranschaulicht, in der die integrierenden Kondensatoren in der Rückkopplungseinrichtung
190 entladen werden. Die Rückstellposition ist außerdem die normale Stellung des
Schalters 92 zum Messen von kontinuierlichen Strahlungsquellen.
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Wie aus F i g. 1 b ersichtlich, ist in der dargestellten Rückstellposition
der Ausgang des ersten Wandlers 12 über den Verbindungspunkt 59 an den Eingangsanschluß
39 des Verstärkers 100 unmittelbar angeschlossen. Der Schalter 96, der mit dem Ausgang
141 des Verstärkers 100 unmittelbar verbunden ist, berührt den Kontaktpunkt 95,
der an den Wahlschalter 198 in der Rückkopplungseinrichtung 190 des Verstärkers
angeschlossen ist. Der dritte Schalter 98 des Schalters 90 erdet in der dargestellten
Rückstellposition eine Seite des Hilfskondensators 108, dessen Aufgabe nachstehend
noch näher zu beschreiben ist.
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Die andere Seite des Kondensators 108 ist unmittelbar an den Ausgang
141 des Verstärkers angeschlossen.
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Der Schalter 90 wird zur Messung impulsförmiger Strahlung, vorzugsweise
in Verbindung mit einem Synchronisierungsschalter 88 verwendet. Der Synchronisierungsschalter
88 ist als einpoliger Wechselkontaktschalter dargestellt, der in der Rückstellposition
mit seinem Kontaktarm 89 an dem Kontaktpunkt 55 anliegt, d. h. sich in seiner normalen
geöffneten Stellung befindet.
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Wenn ein impulsförmiger Strahlungsvorgang ge-
messen werden soll,
wird der Schalter 90 aus seiner normalen Rückstellposition auf die Integrierposition
gestellt, wobei im Verlaufe dieser Verstellungsbewegung die nachfolgenden Vorgänge
in der aufgeführten Reihenfolge ablaufen. Erstens wird der Schalter 96 von dem Kontaktpunkt
95 auf den Kontaktpunkt 97 geschaltet, so daß der ausgleichende geschlossene Stromweg
der integrierenden Kondensatoren in der Rückkopplungseinrichtung 190 unterbrochen
wird.
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Zweitens wird der Kontaktarm 89 des Synchronisierungsschalters 88
an den Kontaktpunkt 57 angelegt, so daß er als Synchronisierungsauslöser zum Einleiten
des zu messenden impulsförmigen Strahlungsvorganges wirkt. Diese Auslösemethode
behebt die Unsicherheit einer Synchronisierung von Hand.
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Nach Ablauf des zu messenden impulsförmigen Vorganges und beim Ausschlag
des Mikroamperemeters 180 wird der Schalter 92 aus seiner Integrierposition in seine
Halteposition geführt. Während dieser Verstellungsbewegung des Schalters 92 laufen
in dem integrierenden Schalter 92 folgende Vorgänge ab: Zunächst wird der Kontaktarm
94 a des Schalters 94 aus seiner an den Kontaktpunkt 91 anliegenden Stellung in
seine an den über die Leitung 99 geerdeten Kontaktpunkt 93 anliegende Stellung geführt.
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Der Ausgang des ersten Wandlers 12 wird so von dem Eingangsanschluß
39 des Verstärkers abgeschaltet und geerdet. Gleichzeitig wird der Kontaktarm 98
c des Schalters 98 aus seiner derzeitigen Kontaktstellung 65, in der er geerdet
ist, in seine Kontaktstellung 67 geführt, in der er unmittelbar mit dem dem Eingangsanschluß
39 des Verstärkers verbunden ist. Durch diese Verstellung des Schalters 98 wird
die bisher geerdete Seite des Hilfskondensators 108 über die Leitung 79 an den Eingang
39 des Verstärkers angelegt. Der Hilfskondensator 108 wird vorzugsweise im Vergleich
zu den integrierenden Kondensatoren in der Rückkopplungseinrichtung 190 sehr groß
gewählt, wobei er so eingerichtet ist, daß er die gespeicherte Ladung, die proportional
der an dem gewählten integrierenden Kondensator in der Rückkopplungseinrichtung
190 gesammelten Ladung ist, speichert, so daß nach dem impulsförmigen Vorgang eine
genaue Ablesung des Mikroamperemeters möglich ist. Auf Grund der hohen Kapazität
des Hilfskondensators 108 beträgt das Schwankungsausmaß des Mikroamperemeters in
der Halteposition in etwa 15 Sekunden weniger als 0,10/o der gesamten Skala.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich ; ^ ist der Hilfskondensator 108 nicht
an die Rückkopplungseinrichtung 190 des Verstärkers angeschlossen. Eine Seite des
Kondensators 108 ist unmittelbar mit dem Ausgang 141 des Verstärkers gekoppelt,
während seine andere Seite in der Integrierposition geerdet ist. Somit wird während
der Integrierposition der Hilfskondensator 108 unmittelbar über den Ausgangsanschluß
141 des Verstärkers aufgeladen, während seine andere Seite geerdet bleibt. Während
dieser Integrierposition ist der Hilfskondensator 108 nicht an dem Ausschlag der
Anzeigevorrichtung 180 beteiligt. Nur in der Halteposition, im Verlaufe derer die
bisher geerdete Seite des Kondensators 108 infolge der vorstehend beschriebenen
Wirkung des Schalters 98 mit dem Eingang 39 des Verstärkers gekoppelt wird, und
nachdem die Anzeigevorichtung 180 bereits ihre Endstellung für die Anzeige der Ladung
in dem besonderen ausgewählten integrierenden Kondensator eingenommen hat, übernimmt
der Hilfskondensator 108
das Halten der Anzeigevorrichtung 180.
Nachdem der Ausschlag festgestellt und aufgezeichnet worden ist, kann der Schalter
92 wieder in seine in Fig. 1 gezeigte normale Rückstellposition zurückgeführt werden.
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Der in F i g. 1 als Vakuum-Photozelle dargestellte erste Wandler
12 kann auch aus einer in F i g. 2 a dargestellten, in Sperrichtung vorgespannten
P- und N-Flächendiode 12a, einer in Fig. 2 b gezeigten, in Sperrichtung vorgespannten
Kollektor-Basis-Schaltung der Grenzfläche eines N-P-N-Transistors 12 b mit nicht
angeschlossenem Emitter, einer in F i g. 2 c gezeigten Photoelektronen-Vervielfacherröhre
12 c oder einer in F i g. 2d gezeigten geeigneten Ionenkammer 12d bestehen.
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Um die Strahlungsmenge, die den strahlungsempfindlichen Bereich des
Wandlers 12 erreichen soll, optisch steuern zu können, ist vorzugsweise in dem Gehäuse
15 nahe dem Wandler 12 und in der Bahn der zu messenden Strahlung eine drehbare
Lochscheibe 27 mit einer Vielzahl von Öffnungen mit unterschiedlichem Durchmesser
vorgesehen.
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Durch Wahl einer dieser Öffnungen läßt sich die in das Gehäuse 15
zugelassene Strahlungsmenge steuern.
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Vor der Lochscheibe 27 ist eine passende Diffusorscheibe 45 angebracht.
Die Diffusorscheibe 45 ist so eingerichtet, daß sie Strahlungen aus jeder beliebigen
Richtung abfängt und sie in alle Richtungen zerstreut, so daß die in das Gehäuse
eingelassene Strahlungsmenge den gesamten strahlungsempfindlichen Bereich der Wandleroberfläche
bestrahlt und somit die Ansprechfähigkeit des Wandlers in bezug auf die Einfallrichtung
der Strahlung nicht kritisch ist.
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Die Detektoreinrichtung 10 ist ferner mit einer Vorrichtung versehen,
mittels derer sich die Auswirkungen der Öffnungen 27 auf das elektrische Signal
kompensieren lassen. Diese Vorrichtung besteht aus einer Anzahl von Potentiometern
40, 42, 44, 46, 48, 50 und 52, deren Anzahl durch die Anzahl der in dem drehbaren
Teil27 vorgesehenen Öffnungen bedingt ist. Diese Skalenabgleichpotentiometer arbeiten
entsprechend der in Zusammenhang mit den Potentiometern 200a, 202a, 204 a, 206a
210a bis 216a in der Rückkopplungseinrichtung 190es Verstärkers beschriebenen Weise.
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Die Arbeitsweise des Strahlungsmeßgerätes ist im wesentlichen folgende:
Nachdem die für die beabsichtigte Strahlungsmessung eingerichtete besondere Detektoreinrichtung
10 ausgewählt worden ist, werden die Diffusorscheibe 45 und die drehbare Lochscheibe
27 in dem Strahlengang angeordnet, und die Detektoreinrichtung wird über den Stecker
38 und den Schalter 18 an die Anzeigeeinrichtung 70 angeschlossen. Darauf wird die
Anzeigeeinrichtung 70 nach Belieben des Bedienenden durch Wahl der besonderen Position
eines Leistungsschalters entweder aus der angeschlossenen äußeren Energiequelle
oder aus der internen Batterie gespeist. Dann stabilisiert eine kurze Aufheizzeit
sämtliche Stromkreise in der Anzeigeeinrichtung 70, worauf das Instrument zu seiner
Nulleinstellung bereit ist. Diese Nulleinstellung erfolgt mit Hilfe folgender Maßnahmen:
Die Lichtquelle 228 wird abgeschaltet, so daß die Störkompensationsvorrichtung 220
von der Einrichtung effektiv getrennt ist. Der Funktionsschalter 192 wird auf den
Kontaktpunkt 193 eingestellt, so daß einer der Rückkopplungswiderstände in der Rückkopplungseinrichtung
190 ausgewählt wird. Darauf wird der Wahl-
schalter 196 so eingestellt, daß er mit
dem am wenigsten empfindlichen Widerstand in Verbindung steht.
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Der Schalter 90 wird dann in die Halteposition geführt. Nun wird der
Operationsverstärker 100 so eingestellt, daß das Mikroamperemeter 180 Null anzeigt.
Dieser elektrische Nullpunkt wird dann vorzugsweise dadurch überprüft, daß der Kontakt
197 des Stromstärke-Vervielfacherschalters 196 nach und nach auf Widerstände der
Rückkopplungseinrichtung mit höherem Widerstandswert gestellt wird. Nach dem Einstellen
des elektrischen Nullpunktes wird der integrierende Schalter 90 wieder in seine
Rückstellposition zurückgeführt.
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Die nächste Maßnahme bedingt das Einstellen für eine richtige Störungskompensation
der Einrichtung.
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Nachdem die Detektoreinrichtung 10 über den Stecker 38 und den Schalter
18 an die Anzeigeeinheit 70 angeschaltet worden ist, wird die erforderliche negative
Vorspannung aus dem internen Gleichstrom-Gleichstrom-Umformer 84 an die Kathodenelektrode
16 der Photozelle 12 angelegt. Wenn der Schalter 68 die Leitung 51 anschließt, wird
die Detektoreinheit 10 so angeordnet, daß sie im wesentlichen die gleiche Umgebungs-
oder Störstrahlung aufnimmt, der ihr Wandler 12 während der beabsichtigten Strahlungsmessung
ausgesetzt ist. Während sich der Funktionsschalter in der Kontaktstellung 193 befindet,
schlägt die Anzeigevorrichtung 180 aus und zeigt den durch die Umgebungs- oder Störstrahlung
erzeugten Strom an. Nun wird der zu dem Wechselstrom-Gleichstrom-Umformer 72 gehörende
Kompensationsbereich so gewählt, daß der Ausschlag der Anzeigevorrichtung 180 auf
ein Mindestmaß herabgesetzt wird. Dies erfolgt, indem der Kompensationsbereich auf
die Intensität der Strahlung der Lichtquelle 228 eingestellt wird, die dann auf
die strahlungsempfindliche Oberfläche des in der Störungskompensationsvorrichtung
220 angeordneten zweiten Wandlers 22 auftreffen kann. Als Folge fließt in der Leitung
71 ein Strom, der bewirkt, daß der an dem Verbindungspunkt 59 vorhandene, durch
den ersten Wandler 12 erzeugte und dem Verbindungspunkt 59 zugeführte Strom zum
größten Teil aufgehoben und somit verhindert wird, daß dieser Strom den Eingang
39 des Verstärkers erreicht. Die Feineinstellung wird dann so lange nachgestellt,
bis das Mikroamperemeter 180 genau Null anzeigt. Diese Kompensationsnachregulierung
muß dann durch Verstellen des Schalters 96 an empfindlicheren Stromstärkeskalen
überprüft werden. Darauf muß die Feineinstellung nachreguliert werden, bis die Anzeige
genau Null anzeigt. Da sich die Bedingungen der Umgebungs- oder Störstrahlung, insbesondere
im Freien, verändern können, ist es wünschenswert, vor Durchführung der Strahlungsmessung
stets die richtige Störkompensation zu überprüfen. Eine an dem empfindlichsten,
d. h. an dem Rückkopplungswiderstand mit dem höchsten Widerstandswert, gewählte
Störkompensation ist natürlich für alle anderen weniger empfindlichen Rückkopplungswiderstände
richtig. Das Strahlungsmeßgerät ist somit zum Messen von stetige Strahlung aussendenden
Quellen bereit. Wenn dies der Fall ist, kann die zu messende Strahlungsquelle eingeschaltet
werden.
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Darauf werden der Schalter 68 sowie der Schalter 196 für den maximalen
Ausschlag der Anzeigevorrichtung 180 eingestellt. Dann wird die Anzeige der Anzeigevorrichtung
180 und die besondere Einstellung
des Schalters 196 und des Schalters
68 notiert. Der angezeigte Endstrom ist proportional der durch die Detektoreinrichtung
10 aufgenommenen Strahlung. Die Arbeitsweise der Anzeigeeinheit 70 wird in Zusammenhang
mit der Messung von impulsförmigen Strahlungen ausführlicher beschrieben.
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Beim Messen einer impulsförmigen Strahlung wird die Detektoreinrichtung
wieder so eingestellt, daß sie im wesentlichen die gleiche Umgebungs- oder Störstrahlung
aufnimmt, wie sie während des Meßvorganges wahrgenommen wird. Der Funktionsschalter
192 wird nun so eingestellt, daß er die Ladung über den Kontaktpunkt 195 mißt, indem
so einer der integrierenden Kondensatoren als Rückkopplungselement in der Rückkopplungseinrichtung
190 des Verstärkers gewählt wird. Der Schalter 90 wird dann aus seiner normalen
Nullstellung in die Integrierstellung geführt.
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Sofern die Störungskompensationsvorrichtung 220 nicht bereits eingestellt
worden ist, zeigt das Mikroamperemeter 180 den integrierten Wert der Umgebungs-
oder Störstrahlung an. Nachdem die Störungskompensationseinstellung an dem Wahlschalter
198 vorgenommen worden ist, wird der Schalter 92 in seine Halteposition geführt.
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Wesentlich ist, daß die zu messende impulsförmige Strahlung richtig
auf die Detektoreinrichtung 10 zentriert wird. Zur Durchführung einer Messung einer
impulsförmigen Strahlung wird der Schalter 92 in seine Integrierposition verstellt,
wobei, sofern der Schalter 90, wie in F i g. 1 gezeigt, einen Synchronisierungsschalter
88 besitzt, damit auch die zu messende impulsförmige Strahlung ausgelöst wird.
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Sofern die impulsförmige Strahlung nicht ausgelöst werden kann, muß
der Schalter 90 vor Beginn des Vorganges auf seine Integrierposition gestellt werden.
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Die unbekannte impulsförmige Strahlung trifft dann auf die strahlungsempfindliche
Oberfläche 16 des Wandlers 12 auf und erzeugt einen modulierten Strom, dessen Amplitude
zu der Intensität der auf die Photozelle auftreffenden Strahlung in Beziehung steht.
Dieser in der Leitung 11 und über den Schalter 18 sowie über die Leitung 31 zu dem
Verbindungspunkt 59 fließende Strom ist dann ein zusätzlicher Strom zu dem infolge
der auf den Wandler 12 auftreffenden Umgebungs- oder Störstrahlung bereits zu dem
Verbindungspunkt fließenden Strom. Dieser zusätzliche Strom wird am Verbindungspunkt
59 nicht in die Leitung 71 abgeleitet, sondern über den Schalter 94 dem Eingang
39 des Verstärkers zugeführt.
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Auf Grund der Kennlinie des Operationsverstärkers 100 fließt nur
ein geringer Teil des den Eingang 39 des Verstärkers erreichenden Stroms über die
Leitung 47. Der Hauptteil des den Eingang 39 des Verstärkers erreichenden Stroms
wird über den Funktionsschalter 192 einem durch den Schalter 198 ausgewählten der
integrierenden Kondensatoren 210, 212, 214 oder 216 zugeführt.
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Da der Verstärker in dem ausgewählten Kondensatorelement einen Ausgangsstrom
gleich dem durch den Wandler 12 erzeugten Strom erzeugt, wird die an seinen Ausgang
141 angeschlossene Seite des ausgewählten Kondensators positiv. Die so an dem Kondensator
erzeugte Spannung ist proportional der durch den Wandler 12 übertragenen, mit der
Strahlungsenergie des unbekannten impulsförmigen Strahlungsvorganges in Beziehung
stehenden Gesamtladung.
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Am Ende des impulsförmigen Strahlungsvorganges
wird der Schalter 192
in seine Halteposition geführt, in der er die bisher geerdete Seite des Hilfskondensators
108 mit dem Eingang 39 des Verstärkers unmittelbar verbindet. Während der Integrierposition
liegt an dem Hilfskondensator 108 die gleiche Spannung wie an dem ausgewählten Kondensator
der Rückkopplungseinrichtung 190. Der Hilfskondensator hält dann den Ausschlag der
Anzeigevorrichtung 180 für eine Zeitspanne, die zum Notieren des Ausschlags sowie
zum Notieren der Stellung des Schalters 198 bzw. der Stellung des Schalters 68 ausreicht.
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Beim Messen der durchschnittlichen Strahlungsenergie einer langsam
pulsierenden Strahlung ist die Verwendung von in F i g. 3 gezeigten Rückkopplungselementen
183, 185, 187, 189 in der Rückkopplungseinrichtung 190 des Verstärkers zweckmäßig.
Diese bestehen aus einem Widerstand und einem Kondensator, die parallel geschaltet
sind und von denen eines mittels des Wählarms 188 ausgewählt werden kann.
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Die einzelnen Widerstände, vorzugsweise jedoch die einzelnen Kondensatoren,
besitzen unterschiedliche Widerstandswerte. Wenn beispielsweise der Impulsabstand
größer wird, wird es erforderlich, die Empfindlichkeit des besonderen Kondensators
in dem Rückkopplungselement zu erhöhen, indem man dasjenige wählt, in dem der Kondensator
einen kleineren Kapazitätswert hat als die Kapazität des Kondensators in dem vorgehenden.