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Die Erfindung betrifft einen foto elektrischen Meßwertgeber mit einem
von mindestens einer Lichtquelle durchleuchteten Rastermaßstab, dem eine Abtasteinrichtung
zugeordnet ist, die aus einem oder mehreren fotoelektrischen Elementen mit jeweils
einem nachgeschalteten Verstärker besteht (Zeitschrift »ATM«, 9 [1963], 332, S.
R 113 bis R 119). In Bild 2 dieser Literaturstelle ist der prinzipielle Aufbau eines
derartigen Meßwertgebers dargestellt. Dieser besteht aus einer Lichtquelle mit einem
Kondensor, einem von der Lichtquelle durchleuchteten Rastermaßstab mit im allgemeinen
mehreren Spuren, einer vor dem Rastermaßstab angeordneten Spaltplatte und einer
- auf die beispielsweise bei Bewegung des Rastermaßstabes auftretenden Lichtsignale
ansprechenden - Abtasteinrichtung. Diese besteht, wie ebenfalls der Literaturstelle
entnehmbar ist, aus Halbleiter-Fotodioden und diesen nachgeschalteten Abtast-Gleichspannungsverstärkern.
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In der Literaturstelle werden unter anderem auch die bei der Abtastung
des Rastermaßstabes auftretenden Probleme behandelt, und an Hand der Bilder 3 und
4 dieser Literaturstelle wird darauf hingewiesen, daß sich durch die verschiedensten
Umstände eine Lageabweichung des am Ausgang der Abtasteinrichtung auftretenden elektrischen
Signalsprungs (L auf 0 oder auch 0 auf L) von dem auf die Abtastlinie bezogenen
Übergang von einem Rasterelement des Maßstabes zum nächsten ergibt. Der steile Signalsprung
wird, wie dort erwähnt, durch ein Flip-Flop erzielt, welches von der Ausgangsspannung
der Abtasteinrichtung angesteuert wird. Der Signalsprung des Flip-Flop tritt bei
einer bestimmten Steuerspannung auf. In der Literaturstelle ist auch erwähnt, daß
die elektrischen Bauelemente - und zwar insbesondere die oben erwähnten Abtastverstärker
- einen merklichen Einfluß auf die Lageabweichung von Rasterübergang und Signalsprung
haben. Auch etwa auftretende Schwankungen der Beleuchtungsstärke der Lichtquelle(n)
beeinflussen die Lageabweichung.
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Zur Behebung des durch die elektrischen Bauelemente auftretenden
Nachteile wird in der Literaturstelle empfohlen, einen Lichtstrom (Signalamplitude)
mit möglichst großer Flankensteilheit anzustreben. In diesem Fall ist jedoch eine
hohe Beleuchtungsstärke erforderlich.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die etwa durch
die elektrischen Bauelemente des Meßwertgebers und/oder durch Beleuchtungsschwankungen
verursachte Lageabweichung von elektrischem Signalsprung und Rasterübergang vernachlässigbar
klein zu halten, ohne daß die bisherige Auslegung des optischen Systems (Lichtquelle,
Spalt) und der Abtasteinrichtung (insbesondere Abtastverstärker) geändert werden
muß.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Beeinflussung
der Lichtquelle ein Regelkreis vorgesehen ist, der aus der oder einer der für den
Rastermaßstab vorgesehenen Lichtquellen, einem foto elektrischen Element, einem
dem fotoelektrischen Element nachgeschalteten und die Lichtquelle direkt beeinflussenden
Stellverstärker und einem zwischen Lichtquelle und fotoelektrischen Element angeordneten
optischen Dämpfungsglied zur Angleichung der Lichtstärke des optischen Eingangs
vom Regelkreis an die des optischen Eingangs der Abtasteinrichtung besteht, und
daß der Regelkreis zur Erzielung eines mit dem der Schaltungsanordnung der Abtasteinrich-
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übereinstimmenden Temperaturganges mit ausgewählten Schaltungselementen und in gezielter
Abstimmung aufgebaut ist.
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Es ist bereits eine Einrichtung zum Anzeigen und Aufzeichnen von
Meßwerten bekannt (deutsche Patentschrift 711 658), bei welcher der Meßwert auch
angezeigt bleiben soll (Speicherung), wenn ein Meßzeiger seine Stellung ändert oder
in seine Ruhelage zurückkehrt. Mit dem Meßzeiger bewegt sich ein Farbkeil, der zwischen
einer Lichtquelle und einer Fotozelle angeordnet ist, die über ein Relais einen
Motor steuert, der ein Speicher-Zählwerk steuert.
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Es ist auch eine Einrichtung für Durchsichtmessungen bekannt (Feingerätetechnik,
9. Jahrgang, H. 8, 1960, S. 345), bei der zwei lichtempfindliche Zellen verwendet
werden, wobei eine als Vergleichszelle dient. Schließlich ist ein Belichtungsautomat
für Röntgenaufuahmen bekannt (Die Technik, 15. Jahrgang, H, 10, Oktober 1960, S.
684), der in Abhängigkeit von der Dicke des zwischen Leuchtschirm und Röntgenröhre
befindlichen Objektes die Belichtungszeit steuert.
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Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Die Figur zeigt den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen Meßwertgebers.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist ein Rastermaßstab 1 mit nur einer Spur dargestellt.
Die Erfindung ist besonders vorteilhaft beiRastermaßstäben mit mehreren Spuren anwendbar,
die von einer entsprechende Fotodiode und Verstärker verwendenden Abtasteinrichtung
20 abgetastet werden. Der Rastermaßstabl wird von einer Lichtquelle 2 mit Kondensor
3 durchstrahlt.
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Auf der der Lichtquelle 2 abgewandten Seite des Rastermaßstabsl ist
eine Spaltplatte4 angeordnet.
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Vor dieser ist ein lichtelektrisches Element 5 angeordnet, an das
ein Verstärker 6 geschaltet ist. Die Elemente 5 und 6, die in der Praxis bei einem
Meßwertgeber mit mehrspurigem Rastermaßstab 1 entsprechend mehrfach vorhanden sind,
stellen die Abtasteinrichtung 20 dar.
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Der bisher beschriebene Teil stimmt mit der Ausbildung nach der obengenannten
Literaturstelle überein und stellt den Stand der Technik dar.
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Gemäß der Erfindung ist diesem Teil des Meßwertgebers baulich ein
Regelkreis 7 zugeordnet, der im wesentlichen aus folgenden Bauelementen besteht:
einem lichtelektrischen Element 8, einem von diesem Element 8 beeinflußten Stellverstärker
9, dessen Ausgang auf den Eingang eines Leistungsverstärkers 10 geschaltet ist,
welcher den Strom der Lichtquelle 2 beeinflußt, und einem zwischen Lichtquelle 2
und Element 8 angeordneten optischen Dämpfungsglied (Blende) 11. Der Verstärker
10 ist zweckmäßig ein Leistungstransistor und als Emitterfolger geschaltet.
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Der Regelkreis 7 wird herangezogen, um einerseits etwa durch Temperaturänderungen
auftretende Sinderungen in der Empfindlichkeit der aus vielen Fotodioden 5 und Abtastverstärkern
6 bestehenden Abtasteinrichtung20 (s. bei den Winkelkodierern der obengenannten
Literaturstelle) durch eine entsprechende Helligkeitseinstellung der Lichtquelle
2 auszugleichen und andererseits auch durch Spannungsschwankungen der Lichtquelle
12 auftretende Helligkeitsschwankungen auszugleichen.
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Es wurde festgestellt, daß durch Temperaturänderungen hervorgerufene
Empfindlichkeitsänderungen
der Abtasteinrichtung 20 und durch Speiseschankungen
hervorgerufene HelIigkeitsschwankungen der Lichtquelle 2 die Hauptursachen für die
während des Betriebs des Meßwertgebers auftretenden Lageabweichungen von elektrischem
Signalsprung und Rasterübergang sind. Durch die Erfindung wird also bei den unterschiedlichsten
Betriebsbedingungen des Meßwertgebers die Lageabweichung selbsttätig vernachlässigbar
klein und stets konstant gehalten.
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Zur Erfüllung der Forderung der Eliminierung von Empfindlichkeitsänderungen
der Abtasteinrichtung 20 bei Temperaturänderungen sind die Fotodiode 8 und der Stellverstärker
9 des Regelkreises 7 so ausgelegt, daß sie den gleichen Temperaturgang wie die Fotodioden
5 und Abtastverstärker 6 der Abtasteinrichtung 20 haben. Für die Fotodiode 8 des
Regelkreises 7 werden die gleichen Lichtverhältnisse geschaffen, die für die Fotodiode
5 der Abtasteinrichtung vorliegen. Die entsprechende Einstellung dieser Lichtverhältnisse
erfolgt durch das Glied 11. Es kann beispielsweise so vorgegangen werden, daß die
an der Fotodiode 5 herrschenden Lichtverhältnisse bei halb abgedecktem Spalt (zu
gleichen Teilen abgedeckt durch die Hell-Dunkel-Rasterelemente des Maßstabs 1) durch
entsprechende Einstellung des Gliedes 11 auf die Fotodiode 8 übertragen werden.
Bei halb abgedecktem Spalt soll auch der elektrische Signalsprung am Ausgang des
Abtastverstärkers 6 auftreten.
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Treten nun beispielsweise bei den Abtastverstärkern 6 der Abtasteinrichtung
10 auf Grund von Temperaturänderungen Empfindlichkeitsänderungen auf, so werden
wegen der baulichen Vereinigung der Ele-.mente des Regelkreises 7 mit der Abtasteinrichtung
20 gleich Empfindlichkeitsänderungen beim Stellverstärker9 des Regelkreises 7 auftreten,
die so auf die Lichtquelle 2 wirken, daß sich deren Helligkeit entsprechend ändert,
wodurch erzwungen ist, daß der elektrische Signalsprung mit dem Rasterübergang zusammenfällt.
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Wird beispielsweise angenommen, daß durch eine auftretende Temperaturänderung
die Abtastverstärker 6 empfindlicher geworden sind, so wird ohne die erfindungsgemäße
Ausbildung der elektrische Signalsprung erfolgen, bevor der Rasterübergang des Maßstabs
1 auf Spaltmitte steht. Die Temperaturänderung wirkt nun jedoch in gleichem Maße
auf den Stellverstärker 9, dessen Empfindlichkeit sich also ebenfalls vergrößert.
Diese Vergrößerung wirkt sich über den Ausgang 12 auf den Verstärker 10 und damit
auf die Lichtquelle 2 so aus, daß deren Helligkeit in gleichem Maße zurückgeht.
Damit erfolgt der elektrische Signalsprung, wenn der Rasterübergang in Spaltmitte
liegt.
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Erfolgt eine Verringerung der Empfindlichkeit der Abtastverstärker
6 durch eine entgegengesetzte Temperaturänderung, so wird auch wieder die Empfindlichkeit
des Stellverstärkers 9 entsprechend geringer.
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Ohne erfindungsgemäße Ausbildung würde der elektrische Signalsprung
gegenüber dem Rasterübergang in Stellung Spaltmitte verzögert erfolgen. Da bei der
erfindungsgemäßen Ausbildung der Stellverstärker auch unempfindlicher wird, wirkt
dessen Ausgang über den Verstärker 10 auf die Lichtquelle 2 im Sinn einer Erhöhung
deren Helligkeit, so daß der elektrische Signalsprung in Spalt-Mittenstellung des
Rasterübergangs crfolgt.
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Der Temperaturgang des Leistungsverstärkers 10 kann vernachlässigt
werden, so daß hierfür keine besonderen Transistoren benötigt werden.
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Ist keine ausreichende Gleichheit der Temperaturgänge des Regelkreises
7 und der Abtasteinrichtung 20 zu erzielen, so können zwecks Ausgleichs die Empfindlichkeit
der Abtastverstärker 6 und des Stellverstärkers 9 etwas unterschiedlich eingestellt
werden.
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Auch das Dämpfungsglied 11 kann entsprechend eingestellt werden. Insofern
brauchen die lichtempfindlichen Elemente und Verstärker von Abtasteinrichtung und
Regelkreis in ihrem Temperaturgang nicht vollkommen übereinzustimmen.
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Ist beispielsweise der Temperaturgang des Stellverstärkers 9 größer
als der des Abtastverstärkers 6, so kann eine Optimierung der Temperaturkompensation
dadurch erfolgen, daß der Verstärkungsgrad des Stellverstärkers 9 vermindert wird
und die Durchlässigkeit des optischen Dämpfungsgliedes 11 vergrößert wird.
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Ist der Temperaturgang des Stellverstärkers 9 kleiner als der des
Abtastverstärkers 6, so kann eine Optimierung der Temperaturkompens ationen dadurch
erreicht werden, daß der Verstärkungsgrad des Stellverstärkers 9 vergrößert wird
und die Durchlässigkeit des optischen Dämpfungsgliedes 11 verringert wird.
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Durch die vorstehend beschriebenen Maßnahmen kann eine zu geringe
Temperaturkompensation und eine Überkompensation vermieden werden.
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Der Regelkreis 7 ist so ausgebildet, daß auch durch Speisespannungsschwankungen
der Lichtquelle 2 auftretende Helligkeitsschwankungen ausgeglichen werden.
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Wie bereits oben angedeutet, ist der die Lichtquelle 2 speisende
Leistungsverstärker 10 als Emitterfolger ausgebildet. Dieser wirkt als Konstantstromquelle,
so daß etwa auftretende Speisespannungsschwankungen keinen Einfluß auf die Lichtquelle
haben.