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Die Erfindung betrifft eine Fernmeßeinrichtung mit einer Zentralstation
und davon entfernten, die Radioaktivität überwachenden Meßstationen, die jeweils
in einer baulichen Einheit Meßgrößenaufnehmer mit hochohmigem Impuls ausgang und
lmpedanzwandier sowie Hochspannungsgeneratoren enthalten.
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Zur Überwachung der Umgebungsstrahlung im Bereich kerntechnischer
Anlagen werden bevorzugt Zählrohrstationen verwendet. Meist arbeiten mehrere solcher
Stationen in - Dauerbetrieb, damit laufend größere Gebiete auf ihre Radioaktivität
überwacht werden können. Die Stationen werden hierbei vorteilhaft über einen speziell
ausgebildeten Fernsprechanschluß abgefragt und überwacht.
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Es ist ebenfalls bekannt (Elektronik, 1962, Heft -3; S. 69 bis 72),
den Meßgrößenaufnehmer über einen Verstärker, dessen erste Stufe als Impedanzwandler
dient, an einen UKW-Sender anzuschließen, durch den die Meßsignale an eine Zentralstation
übertragen werden. Die Meßstation enthält außerdem einen Hochspannungsgenerator,
der aus einer eingebauten 6-V-Batterie gespeist wird. Die drahtlose Übertragung
der Meßimpulse radioaktiver Strahlung von mit Stromversorgungsbafterien ausgerüsteten
Meßstationen an eine Zentralstation ist auch durch die deutsche Auslegeschrift 1
138 168 bekannt.
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Ferner ist es bekannt (IRE Transactions on Nuclear Science, 1958,
Heft 2, S. 21 bis 26), die vom Meßgrößenaufnehmer erzeugten Meßimpulse über eine
Telefonleitung mittels Tonfrequenzen an eine Zentralstation zu übertragen und für
die Hochspannungsversorgung in der Meßstation angeordnete Batterien zu verwenden.
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Diese -bekannten Schaltungsanordnungen erfordern einen verhältnismäßig
hohen Aufwand an Schalt-und Obertragungselementen, sie sind deshalb störanfällig
bzw. arbeiten mit verminderter Betriebssicherheit.
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In der Nachrichtentechnik, insbesondere in der Fernsprechtechnik,
ist es auch bekannt, von einer Zentralstellé ferne - Betriebsstellen über die Nachrichtenübertragungsleitung
mit elektrischer Energie zu versorgen (Patentschrift 17026 des Amtes für Erfindungs-
und Patentwesen in Ost-Berlin und Auslegeschrift der Patentanmeldung S46202VEa/
21au); aber auch diese Schaltungen sind nur mit einem erheblichen Aufwand an Schaltelementen
zu realisieren, da die Übertragungsmittel sowohl die niederfrequente Versorgungswechselspannung
als auch die hochfrequenten Sprechwechselspannungen verarbeiten müssen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, von mit mehreren Meßgrößenaufnehmern
ausgerüsteten Meßstationen kontinuierlich Meßwerte an eine Zentralstation zu übertragen
und von dieser die Meßstationen mit einer in der Zentralstation einstellbaren Niederspannung
zu speisen, wobei der Leistungs- und Informationsfluß mit möglichst kleinem Aufwand
an Bauelementen bei hoher Betriebssicherheit erfolgen soll.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede Meßstation
einen oder zwei Meßgrößenaufnehmer enthält und mit der Zentralstation über nur eine
Doppelleitung verbunden ist, über die sowohl die Meßstation mit Speiseniederspannung
versorgt wird als auch die Meßimpulse dadurch rückübertragen werden, daß in Reihe
mit einer Ader
der Doppelleitung und/oder zwischen den Adern der Doppèlleitung je
ein elektronischer Schalter (Längsschalter, Querschalter) durch von dem ihm zugeordneten
Meßgrößenaufnehmer erzeugte Impulse kurzzeitig betätigt wird, daß in der Zentralstation
die Meßimpulse von einem in Reihe mit dem Längsschalter liegenden Widerstand über
einen Kondensator abgenommen werden und daß in der Meßstation parallel zum Speiseeingang
der Impedanzwandler ein Pufferkondensator für die Speiseniederspannung liegt.
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Bei zwei Meßgrößenaufnehmern je Meßstation, die wechselweise oder
gleichzeitig die zugehörigen elektronischen Schalter betätigen und dadurch dem über
die zweiadrige Niederspannungsversorgungsleitung fließenden Betriebsstrom die den
Meßimpulsen entsprechenden Signale überlagefn, sind diese Signale durch Amplitude
und/oder Vorzeichen eindeutig den Meßgrößenaufnehmern zugeordnet, so daß in einer
in der Zentralstation angeordneten Meßwertverarbeitung das Diskriminieren und nach
Meßgrößenaufnehmern getrennte Integrieren der Signale erfolgen kann.
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Als Meßgrößenaufnehmer kommen neben Zählrohren unter anderem Szintillationsköpfe
sowie Ionisationskammern mit entsprechenden impulserzeugenden Einheiten in Betracht,
wobei in einer Meßstation mehrere, Vörzugsweise verschiedenartige Meßgrößenaufnehmer--zusammengefaßt
werden. Dadurch wird es möglich, verschiedenartige physikalische Größen unterschiedlicher
Intensität zu -messenund--die Meßwerte-derentralstation zum Verarbeiten zu übermitteln.
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Zum Versorgen der Meßgrößenaufnehmer mit Hochspannung ist in jeder
Meßstation vorzugsweise für jeden Meßgrößenaufnehmer ein Hochspannungsgenerator
angeordnet. Auf diese Weise wird es möglich, die Meßstation überein zweiadriges
Niederspannungskabel an die Zentralstation anzuschließen.
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Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, als Hochspannungsgenerator
einen als Sperrschwinger ausgebildeten Gleichspannungswandler mit nachgeschaltetem
Spannungsvervielfacher zu verwenden.
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Die Ausgangsspannung des vorzugsweise transistorisiert ausgeführten-
Hochspannungsgenerators kann durch Verändern der Speiseniederspannung mit einem
in der Zentralstation angeordneten veränderbaren Widerstand eingestellt werden.
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Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß sie bei
einem Minimalaufwand an Schalt-und Übertragungselementen einen optimalen Informationsfluß
bei hoher Betriebssicherheit ermöglicht.
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Ein Ausführungsbeispiel der Fernmeßeinrichtung nach der Erfindung
ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
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An die Zentralstation 1 sind über Doppelleitungen2 mehrere einige
hundert Meter entfernte Meßstationen 3 zum Überwachen der Umgebungsradioaktivität
angeschlossen. Eine der Meßstationen 3 ist mit zwei unabhängig voneinander arbeitenden
Meßgrößenaufnehmern 4, beispielsweise Geiger-Müller-Zählrohren 41 und 42 ausgerüstet,
deren Zähirähte über Arbeitswiderstände mit Hochspannungsgeneratoren 51 bzw. 52
verbunden sind.
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Die vom Geiger-Müller-Zählrohr erzeugte Impulsrate ist eine Funktion
der an dessen Zähldraht anliegenden Hochspannung. In einem begrenzten Bereich von
einigen hundert Volt (Plateau), in den
man vorteilhafterweise den
Arbeitspunkt des - Zählrohres legt, ist die Impuisrate von Anderungen der Zähldrahtspannung
weitgehend unabhängig.
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Das Einstellen der Arbeftspnnkte der Zählrohre erfolgt von der Zentralstation
aus durch Einstellen der Speiseniederspannung mit Hilfe des in die Ader 21 geschalteten
veränderbaren Widerstandes 7.
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Beim Auftreten von Gammastrahlung werden mit den Geiger-Müller-Zählrohren
41 rund 42 in bekannt ter Weise negative Spannungsimpulse erzeugt, die von dem an
einer vorbestimmten Hochspannung im Bereich von z. B. 1000 bis 1500 Volt liegenden
Zähldraht über Hochspannungskondensatoren ausgekoppelt und dem Impedanzwandler 91
bzw. 92 zugeführt werden. Der Impedanzwandler hat dabei die Aufgabe, die hochohmige
Puls quelle, also das den Meßgrößenaufnehmer darstellende Zählrohr, an den niederohmigen
Impulsübertragungsweg (Niederspannungskabel2) anzupassen, da nur bei Widerstandsanpassung
optimale Leistungsübertragung möglich ist. Die Impedanzwandler 91 und 92 liegen
ebenfalls an der durch den Widerstand 7 veränderbaren Speiseniederspannung, aber
deren Funktion wird durch die zum Einstellen der Hochspannung erforderliche Spannungsänderung
nicht beeinträchtigt. Die als Emitterfolger ausgebildeten Impedanzwandler sind nämlich
so lange unabhängig von der Betriebsspannung, wie das höchste Impulspotential kleiner
ist als das niedrigste Kollektorpotential der Impedanzwandler.
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Die am niederohmigen Ausgang des Impedanzwandlers 91 beim Nachweis
von Gammastrahlung auftretenden Impulse gelangen über den Koppelkondensator 10 auf
die Basis des npn-Transistors 13.
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Dieser Transistor ist in die den Betriebsstrom (mA) führende Ader
21 der Speiseleitung 2 geschaltet und normalerweise stromdurchlässig, weil durch
den Betriebsstrom am Kollektorwiderstand 12 ein Spannungsabfall erzeugt wird, der
es zusammen mit dem Basiswiderstand 11 ermöglicht, an der Basis des Transistors
13 ein für das Öffnen des npn-Transistors geeignetes positives Potential einzustellen.
Sobald auf die Basis ein negativer Spannungsimpuls (Meßsignal) gelangt, verringert
sich die Leitfähigkeit des Transistors 13 auf einen vorbestimmten Wert, und die
dadurch verursachte Anderung des Betriebsstromes hat eine Verkleinerung der an dem
in der Zentralstation befindlichen Emitterwiderstand 14 abfallenden Spannung zur
Folge. Dieser negative Spannungsimpuls wird mit dem Kondensator 15 ausgekoppelt
und einer Meßwertverarbeitung zugeführt.
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Die am niederohmigen Ausgang des Impedanzwandlers 92 beim Nachweis
von Gammastrahlung auftretenden Impulse werden über den Kondensator 17 auf die Basis
des Transistors 18 geleitet. Der Kollektor des pnp-Transistors 18 ist mit der Ader
21, der Emitter mit der Ader 22 verbunden. Dieser zwischen den Adern der Speiseleitung
geschaltete Transistor ist normalerweise gesperrt. Sobald jedoch auf die Basis desselben
ein negativer Spannungsimpuls (Meßsignal) gelangt, wird seine Leitfähigkeit erhöht,
so daß in dem Strompfad, gebildet aus dem Transistor 18 und den Adern der Speiseleitung
zwischen Transistor und Zentralstation, ein höherer als der Betriebsstrom fließt
und an dem Widerstand 14, der in bezug auf den Transistor 18 Kollektorwiderstand
ist, eine Erhöhung des Spannungsabfalles auftritt.
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Über den Kondensator 15 wird also ein-positiver Impuls ausgekoppelt.
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Um zu verhindern, daß die durch die Schaltvorgänge in der Versorgungsleitung
bewirkten Stromänderungen die Spannungsversorgung der Meßstation beeinträchtigen,
ist der Pufferkondensator 19 zwischen die Adern 21 und 22 der Versorgungsleitung
geschaltet.
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-Die von den Zählrohren 41 und 42 als Meßimpulse erzeugten negativen
Spannungsimpulse werden also mit Hilfe des in eine Ader der Doppelleitung geschalteten
npn-Transistors 13 und des zwischen die Ader der gleichen Doppelleitung geschalteten
pnp-Transistors 18 umgeformt in Stromimpulse, mit denen der über die Ader 21 fließende
Betriebsstrom gewissermaßen moduliert wird. Dabei werden die vom Zählrohr 41 erzeugten
Meßimpulse mit dem Transistor 13 in negative Stromimpulse (etwa --10 mA), die mit
dem Zählrohr 42 erzeugten Meßimpulse mit dem Transistor 18 in positive Stromimpulse
(etwa +20 mA) umgesetzt. Werden die Transistoren 13 und 18 gleichzeitig mit Meßimpulsen
beaufschlagt, so wird ein negativer Stromimpuls von etwa - 20 mA erzeugt. Die negativen
und die positiven Stromimpulse werden durch den Widerstand 14 in analoge negative
bzw. positive Spannungsimpulse umgesetzt.
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In der dem Kondensator 15 nachgeschalteten Meßwertverarbeitung werden
die Impulse nach Vorzeichen und Impulshöhe mit bekannten Einrichtungen diskriminiert.
Die Stromimpulse von +20 mA werden dem Integrator des Meßgrößenaufnehmers 42, die
Impulse von -10 mA dem Antegrator des Meßgrößenaufnehmers 41 und die Impulse von
-20 mA den Integratoren beider Meßgrößenaufnehmer zugeführt.
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Die Fernmeßeinrichtung ist nicht nur zur Messung der Umgebungsradioaktivität
mit Geiger-Müller-Zählrohren geeignet, sondern kann auch zur Messung anderer Meßgrößen
mit beliebigen Meßgrößenaufnehmern betrieben werden, sofern letztere die Meßgrößen
in Impulse umformen.