DE1564279A1

DE1564279A1 - Sensor for a photoelectric switching device

Info

Publication number: DE1564279A1
Application number: DE19631564279
Authority: DE
Inventors: Josef Krumenacher; Friedrich Pazeller
Original assignee: Landis and Gyr AG
Current assignee: Landis and Gyr AG
Priority date: 1963-10-10
Filing date: 1963-10-10
Publication date: 1970-01-29

Description

Fühler für eine lichtelektrische Schalteinrichtung Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fühler für eine lichtelektrische Schalteinrichtung, insbesondere für einen photoelektrischen Flammenwächter. Sensor for a photoelectric switching device The present The invention relates to a sensor for a photoelectric switching device, in particular for a photoelectric flame monitor.

Ein neues elektronisches Halbleiterbauelement, die sogenannte PNPN-Vierschichtdiode, eignet sich vortrefflich als Fühlerelement für photoelektrische Flammenüberwachungseinrichtungen. Die Vierschichtdiode ist ein elektronischer Schalter mit hohem Schaltvermögen, der durch Licht ausgesteuert wird und in leitendem Zustand als Richtleiter wirkt, Der Sperrstrom entspricht dem einer normalen Siliziumdiode, Ein Nachteil der Vierschichtdiode besteht darin, dass zur Aussteuerung eine verhältnismässig grosse Beleuchtungsstärke auf der lichtempfindlichen Schicht erforderlich ist. Durch Anordnung einer Sammellinse im Strahlengang vor der Vierschichtdiode lässt sich dieser Nachteil bekanntlich beheben, Dient als lichtquelle jedoch ein Temperaturstrahler niedriger Temperatur, so verursacht die Sammellinse eine unzulässige Konzentration der Wärmestrahlung auf dem Halbleiterelement, Ein weiterer Nachteil der Vierschichtdiode ist, dass der Schwellenwert der zur Aussteuerung erforderlichen Beleuchtungsstärke innerhalb ein und derselben Type stark streut. In lichtelektrischen Schalteinrichtungen mit Vierschichtdioden sind daher stets Trimmglieder erforderlich, um serienmässig hergestellte Geräte auf gleiche Ansprechwerte einstellen zu können, Solche Trimmglieder sind relativ teuer und geben unter rauhen Betriebsbedingungen zu Störungen Anlass, Die geschilderten Nachteile lassen sich vermeiden, wenn bei einem Fühler für eine lichtelektrische Schalteinrichtung mit einer lichtgesteuerten Vierschichtdiode und einem dieser zugeordneten lichtsammelnden optischen System erfindungsgemäss das optische System aus einer Sammellinse mit hoher Dispersion n und aus einer Lochblende von solcher Bemessung und Anordnung besteht, dass sie den langwelligen Strahlungsanteil vor der Vicrschichtdiode weitgehend abschirmt, und dass ferner die Vierschichtdiode bezüglich des q optischen Systemes justierbar angeordnet ist, Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausfuhrungsbeispiel des Fühlers an Hand der Zeichnung näher erläutert ist.A new electronic semiconductor component, the so-called PNPN four-layer diode, is excellently suited as a sensor element for photoelectric flame monitoring devices. The four-layer diode is an electronic switch with high switching capacity, the is controlled by light and acts as a directional guide in a conductive state, The Reverse current corresponds to that of a normal silicon diode, A disadvantage the four-layer diode consists in the fact that for modulation a proportionately high illuminance is required on the photosensitive layer. By Arrangement of a converging lens in the beam path in front of the four-layer diode can be As is known to remedy this disadvantage, however, a temperature radiator is used as the light source low temperature, the converging lens causes an impermissible concentration the heat radiation on the semiconductor element, another disadvantage of the four-layer diode is that the threshold value of the illuminance required for control strongly differs within one and the same type. In photoelectric switching devices with four-layer diodes, trimming members are therefore always required in order to be standard Manufactured devices to be able to set the same response values, such trim members are relatively expensive and cause malfunctions under rough operating conditions, The disadvantages outlined can be avoided if a sensor for a photoelectric switching device with a light-controlled four-layer diode and one of these associated light-collecting optical system according to the invention optical system consisting of a converging lens with high dispersion n and a pinhole of such a dimensioning and arrangement that it contains the long-wave radiation component largely shields in front of the Vicrschichtdiode, and that also the four-layer diode is arranged adjustable with respect to the q optical system, details result from the following description, in which an exemplary embodiment of the sensor is explained in more detail with reference to the drawing.

In der Figur, die einen lichtelektrischen Fühler zeigt, bedeutet 1 eine VierschichtdiodeF die auf einem Sockel 2 aus Isolierstoff so befestigt ist, dass sie ihre lichtempfindliche Flache einer Sammellinse 3 zukehrt. Anschlussleitungen 4 und 5 der Vierschichtdiode 1 sind durch Bohrungen des Sockels 2 zu Kontaktköpfen 6 und 7 gerührt und dienen im einfachsten Fall gleichzeitig zur Befestigung der Diode 1 auf dem Sockel 2, Die Sammellinse 3 ist, allenfalls unter Verwendung eines Sicherungsringes 8, in einer Blechhülse 9 gehalten, deren unterer Rand zwei aufgebogene Flächen 10 und 11-aufweist, die als Bajonettsperren wirken, so dass der so ausgebildete Fuhler in eine Bajonettfassung eingesetzt werden kann.In the figure showing a photoelectric sensor, 1 means a four-layer diode F which is attached to a base 2 made of insulating material, that it turns its light-sensitive surface of a converging lens 3. Connecting cables 4 and 5 of the four-layer diode 1 are through holes in the base 2 to contact heads 6 and 7 stirred and are used in the simplest case at the same time to attach the Diode 1 on the base 2, the converging lens 3, if necessary using one Retaining ring 8, held in a sheet metal sleeve 9, the lower edge of which two bent open Areas 10 and 11, which act as bayonet locks, so that the so formed Sensor can be used in a bayonet socket.

Mindestens eine an die Blechhülse 9 angeformte Zunge 12 greift in eine Schraubennut 13 des Sockels 2 ein, der ausserdem eine -gerade Nut 14 zum Ansetzen eines Schraubenziehers aufweist.At least one tongue 12 formed on the sheet metal sleeve 9 engages a screw groove 13 of the base 2, which also has a straight groove 14 for attachment of a screwdriver.

Die Sammellinse 3 besteht aus einer Glas orte mit hoher Dispersion und weist bei verminderter relativer Oeffnung und längerer Brennweite gute Abbildungseigenschaften für moncchromatisches Licht auf.The converging lens 3 consists of a glass places with high dispersion and has good imaging properties with a reduced relative aperture and a longer focal length for moncchromatic light.

In einer Brenn"ebene" für einen Bereich des sichtbaren Spektralgebietes, z,B, für 0,5 bis 0,6 µ Wellenlänge, ist eine mit der Sammellinse 3 fest verbundene Lochblende 16 angeordnet und so bemessen, dass der von der Linse 3 durchgelassene langwellige Strahlungsanteil 17 vor der Vierschichtdiode 1 weitgehend abgeschirmt wird. Die Lochblende 16 besteht vorzugsweise aus blankem Aluminiumblech, so. dass die Aufheizung der Blende und deren Wärmeabstrahlung zur Vierschichtdiode 1 hin gering bleibt, Die optische Bemessung richtet sich im übrigen nach dem Emissionsspektrum der Lichtquelle, nach der relativen spektralen Empfindlichkeit der Vierschichtdiode und nach den Transmissionseigenschaften des optischen Systems; die grösste Ausdehnung des Gesichtsfeldes soll dabei höchstens gleich dem wirksamen Durchmesser der Sammellinse 3 sein.In a focal "plane" for a part of the visible spectral range, z, B, for 0.5 to 0.6 μ wavelength, is a fixed lens connected to the converging lens 3 Arranged pinhole 16 and dimensioned so that the lens 3 let through long-wave radiation component 17 largely before the four-layer diode 1 is shielded. The aperture plate 16 is preferably made of bare aluminum sheet, so. that the heating of the screen and its heat radiation to the four-layer diode 1 remains low, the optical dimensioning is otherwise based on the emission spectrum the light source, according to the relative spectral sensitivity of the four-layer diode and according to the transmission properties of the optical system; the largest expansion of the field of view should be at most equal to the effective diameter of the converging lens 3 be.

Beim Justieren des Fühlers wird die lichtempfindliche Fläche der Vierschichtdiode 1 durch Verdrehen und dadurch bewirktes axiales Verschieben des Sockels 2 in der Blechhülse 9, z. B. mit Hilfe eines in der Nut 14 angesetzten Schraubenziehers, in die Nähe der Bildebene des optischen Systemes gebracht, und zwar so weit, bis die Beleuchtungsstärke auf der lichtempfindlichen Schicht der Vierschichtdiode 1 bei gegebener Art und Grösse der Lichtquelle und festgelegter Geometrie des Strahlenganges gerade ausreicht, um die Vierschichtdiode 1 auszusteuern, Der wählbare Abstand zwischen der Bildebene und der lichtempfindlichen Schicht dient also dabei als Trimmgrösse zur richtigen Einstellung des Arbeitspunktes der Vierschichtdiode 1 in bezug auf die Kenngrössen der Lichtquelle, Nach erfolgter Festlegung des Arbeitspunktes wird der Sockel 2 in der Blechhülse 9 auf eine beliebige Art fixiert, z.B. durch Klemmen, Kleben oder dergleichen, soweit dies als erforderlich erscheint; es ist nämlich voresehen, dass zwischen dem Sockel 2 und der Blechhülse 9 eine Wesentlich grössere Reibungskraft wirkt als zwischen den Kontaktköpfen 6 und 7 und ihren Gegenkontakten in der Bajonettfassung beim Einsetzen des Fühlers in die Fassung.When adjusting the sensor, the light-sensitive surface becomes the four-layer diode 1 by turning and thereby caused axial displacement of the base 2 in the Sheet metal sleeve 9, e.g. B. with the help of a screwdriver set in the groove 14, brought into the vicinity of the image plane of the optical system, so far until the illuminance on the light-sensitive layer of the four-layer diode 1 given the type and size of the light source and the specified geometry of the beam path just enough to control the four-layer diode 1, the selectable distance between the image plane and the light-sensitive layer thus serve as a trimming variable for the correct setting of the operating point of the four-layer diode 1 with respect to the parameters of the light source, after the working point has been determined the base 2 is fixed in the sheet metal sleeve 9 in any way, e.g. by clamping, Gluing or the like, insofar as this appears necessary; namely it is provide that between the base 2 and the sheet metal sleeve 9 a Much greater frictional force acts than between the contact heads 6 and 7 and their mating contacts in the bayonet socket when the sensor is inserted into the socket.

In besonderen Anwendungsfällen ist es gerechtfertigt, den beschriebenen Fühler aus sehr genau bearbeiteten Teilen aufzubauen, wobei natürlich auch andere, exaktere Mechanismen zur axialen Verstellung des Sockels 2 in der Hülse 9 in Frage kommen und auch eine andersartige Fassung gewählt werden kann, Solche Anwendungsfälle ergeben sich mitunter bei Feuerungsanlagen grosser Leistung und bei sehr rauhen Betriebsbedingungen.In special applications it is justified to use the one described To build sensors from very precisely machined parts, although of course other, more precise mechanisms for the axial adjustment of the base 2 in the sleeve 9 in question come and a different version can be selected, such applications sometimes arise in firing systems with high performance and very rough ones Operating conditions.

Bin besonderer Vorteil des gewählten optischen Systemes ist, dass auf die bekanntermassen bei Anwesenheit aggressiver Gase wenig beständigen Wärmeabsorptionsgläser und reflektierenden Linsenbeschichtungen vollständig verzichtet werden-kann und dass die langwellige Strahlung dank dem hohen Reflexionsvermögen der Lochblende 16 grösstenteils wieder aus dem Fühler-austritt, ohne wesentlich zu dessen -AuBheizung beizutragen, Bei dem beschriebenen. Fühler ist es möglich, im Strahlengang, vorzugsweise unmittelbar vor der lichtempfindlichen Schicht der Vi erschichtdiode 1, eine lumineszierende Schicht anzuordnen die einen Teil der auffallenden~Strahlung in Licht einer Wellenlänge umsetzt, für welche die Vierschichtdiode besonders empfindlich ista Soweit in der Beschreibung von Licht" gesprochen wird, ist der sichtbare Bereich des Spektrums gemeint. Es ist natiirlich möglich, die im vorstehenden angestellten Ueberlegungen in sinngemässer Weise auch auf Spektralbereiche anzuwenden, die ausserhalb des Sichtbaren liegen,A particular advantage of the chosen optical system is that on the heat-absorbing glasses which are known to be poorly resistant in the presence of aggressive gases and reflective lens coatings can be completely dispensed with and that the long-wave radiation thanks to the high reflectivity of the pinhole 16 largely exits the sensor again without significantly overheating it to contribute to the described. It is possible to use a sensor in the beam path, preferably directly in front of the light-sensitive layer of the Vi layer diode 1, a luminescent one Layer to arrange the part of the incident radiation in light of one wavelength converts, for which the four-layer diode is particularly sensitivea So far in the Description of light "is spoken of is the visible part of the spectrum meant. It is of course possible to apply the above considerations to apply analogously to spectral ranges that are outside of the visible lie,

Claims

Claims 1, sensor for a photoelectric switching device with a light-controlled four-layer diode and a light-collecting diode assigned to it optical system, characterized in that the optical system consists of a converging lens (3) with high dispersion and from a perforated diaphragm (16) of such dimensions and Arrangement is that they have the long-wave radiation component (17) in front of the four-layer diode (1) largely shields, and that also the four-layer diode (1) with respect to the optical system (3, 16) is adjustably arranged, 2, sensor according to claim 1, characterized in that the aperture plate (16) consists of bare aluminum sheet, 3. Sensor according to claim 1, characterized in that in the beam path (15), preferably immediately in front of the light-sensitive point of the four-layer diode (1) i a luminescent one Layer is arranged, which is a part of the incident radiation in light Converts wavelength to which the four-layer diode (1) is particularly sensitive,