DE2105050A1

DE2105050A1 - Anordnung zum Messen von Strahlung

Info

Publication number: DE2105050A1
Application number: DE19712105050
Authority: DE
Inventors: Nils Arvid Norman Täby; Dahlqvist Jan Erik Bertil Akersberga; Björk (Schweden). P
Original assignee: AGA AB
Current assignee: AGA AB
Priority date: 1970-02-03
Filing date: 1971-02-03
Publication date: 1972-08-10
Also published as: SE339054B; FR2080953A1

Description

Patentanwalt DipL-lng.H.Strohschänk

8 München 60 3.2.1971 -(

Musäusstraße 8 * ' 19O-901P

AGA AKTIEBOLAG, Lidingö 1 (Schweden)

Anordnung zum Messen von Strahlung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Messen der von einem I'ießobjekt ausgehenden Strahlung mittels eines optischen Systems, über das die Strahlung zu einem Strahlungsdetektor gelangt und das einen in den Weg der zu messenden Strahlung eingefügten Zerhacker enthält, der die vom Meßobjekt ausgehende Strahlung periodisch unterbricht und stattdessen von einer Bezugsstrahlungsquelle ausgehende Strahlung auf den Strahlungsdetektor schaltet.

Bei einer Meßanordnung dieser Art besteht der Wunsch, einen unzweideutigen Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal des Strahlungsdetektors einerseits und der vom Meßobjekt ausgehenden Strahlungsintensität andererseits unabhängig von jeglicher unerwünschter und zusätzlicher strahlung zu erreichen, die den Strahlungsdetektor sonst noch erreichen könnte.

Liegt der Zerhacker einer solchen Meßanordnung vor deren gesamtem optischem System, so muß er einen Meßstrahl mit relativ großem Querschnitt periodisch unterbrechen, was einen Zerhacker mit relativ großen Abmessungen erfordert. Auf der anderen Seite ist es an sich erwünscht, daß der Zerhacker dem *'*eßobjekt so nahe liegt wie möglich und nur die wirklich vom Meßobjekt ausgehende Strahlung, nicht aber auch irgendwelche von der Meßanordnung selbst wie beispielsweise ihre»

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optischen System, ihrem Gehäuse oder dergl. abgegebene Störstrahlung unterbricht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Meßanordnung der eingangserwähnten Art so auszubilden, daß sie den oben erwähnten, einander zuwiderlaufenden Wünschen gleichzeitig gerecht wird.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Zerhacker während der Zeit, in der er die zu messende Strahlung unterbricht, dem Strahlungsdetektor zusätzlich zu der von der Bezugsstrahlungsquelle ausgehenden Strahlung eine Kompensationsstrahlung zuführt, deren Stärke etwa der Stärke der von einem vor dem Zerhacker liegenden ersten Teil des optischen Systems ausgehenden Strahlung entspricht.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der Meßanordnung zeichnet sich also durch eine Einfügung des Zerhackers in das optische System bei gleichzeitiger zusätzlicher Speisung des Strahlungsdetektors mit einer Kompensationsstrahlung bestimmter Stärke während der Zeiten aus, in denen die zu messende Strahlung durch den Zerhacker unterbrochen wird, so daß der Strahlungsdetektor während dieser Zeiten gemeinsam mit der Bezugsstrahlung und der Kompensationsstrahlung gespeist wird.

Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet der Strahlungsdetektor die Bezugsstrahlungsquelle. In Weiterbildung der Erfindung kann der Zerhacker eben ausgebildet und senkrecht zur Bichtung der zu messenden Strahlung in einen Abschnitt davon mit parallelem Strahlenverlauf eingefügt sein. Außerdem ist es von Vorteil, den Strahlungsdetektor mit einer Kühleinrichtung auszustatten, und schließlich kann die dem Strahlungsdetektor zugewandte Oberfläche des Zerhackers eine Teil fläche mit hohem Reflexionsvermögen und eine Teil fläche mit Strahlungsemission aufweisen.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild für eine erste Ausführungsform der Erfindung,

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Fig. 2 eine abgewandelte Form für einen Teil der Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der Erfindung und

Fig. *f ein Beispiel für die Ausbildung des Zerhackers als ebene Platte.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung ist eine Infrarotkamera mit einem optischen System aus einem ersten Teil 01 und einem zweiten Teil 02, zwischen die ein Zerhacker CH eingefügt ist, der während der Zeiten, in denen er die zu messende Strahlung unterbricht, an deren Stelle die von einer Bezugsstrahlungsquelle ES ausgehende Strahlung in das System einführt.

In Fig· 2 ist ein als Platte ausgebildeter Zerhacker CH¹ dargestellt, der in der Anordnung von Fig. 1 Verwendung finden kann. Der Zerhacker CH¹ ist in Fig. 2 schräg zur Richtung der zu messenden Strahlung angeordnet und kann aus einer oder mehreren Platten bestehen, welche die aus dem ersten Teil 01 des optischen Systems austretende Strahlung periodisch unterbrechen und die von der Bezugsstrahlungsquelle ES kommende Strahlung in den zweiten Teil des optischen Systems hinein reflektieren.

Wie Fig. 1 zeigt, fällt die aus dem zweiten Teil 02 des optischen Systems austretende Strahlung auf einen Strahlungsdetektor DT, dessen Außgangsstrom I, einem Summierglied S zugeführt wird. Der Ausgangsstrom des Summiergliedeε S wird in einen Verstärker AM gegeben, dessen Ausgangsstrom I wiederum in eine Meßeinrichtung MA eingespeist wird,

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die aus einem Meßinstrument oder aus einem Bildschreiber bestehen kann. Die damit verbundenen Bauteile sind in der Zeichnung nicht dargestellt, da sie von üblicher Bauart sein können und für die Erläuterung der Erfindung entbehrlich sind.

An den Ausgang des Verstärkers AM ist ein Gegenkopplungszweig ange-Sv.' lossen, der von bekannter Bauart sein und aus einem Tor G und einem Integrator IN bestehen kann. Das Tor G ist normalerweise offen und wird durch Impulse geschlossen, die von einem Taktgeber TU stammen, mit dem

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Betrieb des Zerhackers CH synchronisiert sind und während dessen Sperrzeit für die zu messende Strahlung erscheinen. Während dieser Sperrzeit wird das Ausgangssignal des Tores G dem Integrator IN zugeführt, dessen Ausgangsstrom I_, wiederum in das Summierglied S eingespeist wird. Unter dem Einfluß des Integrators IN bleibt dieser Strom auch während des nächsten Meßintervalls bis zur darauffolgenden Sperrzeit auf einem konstanten Wert.

Im folgenden sei die Arbeitsweise der Anordnung von Fig. 1 unter Wiedergabe aller Strahlungsanteile durch die ihnen entsprechenden Ströme am Strahlungsdetektor erläutert. Dazu seien folgende Symbole eingeführt: I = Strom entsprechend der Strahlung aus der Bezugsstrahlungsquelle RS,

I = Strom entsprechend der zu messenden Strahlung vom Meßobjekt, s

I = Strom entsprechend der vom Zerhacker CH abgegebenen Strahlung,

I = Strom entsprechend der Strahlung aus dem ersten Teil 01 des optischen Systems,

I = Strom entsprechend unmodulierter Strahlung aus der Umgebung des Strahlungsdetektors DT, insbesondere Strahlung aus dem zweiten Teil 02 des optischen Systems.

Den Stromsymbolen I, und I für die Ausgangsströme des Strahlungsdetektors DT bzw. des Verstärkers AM werden noch zweite Indizes m oder c zugefügt, die anzeigen, ob diese Ströme zu Meßintervallen oder zu Sperrzeiten für den Zerhacker CH gehören.

Mit diesen	Einfuhrungen	^{+ 1}I ⁺	gelten	folgende	Gleichungen:
dm	S	^{+ 1}I ⁺	h		(1)
I am	S	C	h -	I.	(2)
¹CIc =	r	C	h		(3)
^Jac	r		h -	0 (if)

Der Zusammenhäng entsprechend der obigen Gleichung (Λ) ergibt sich aus dem Aufbau des oben beschriebenen Gegenkopplungszweiges, der zu einem Strom I mit solcher Größe führt, daß der Ausgangsstrom des Verstärkers AM während der Sperrzeiten des Zerhnckers CH auf den Wert U vermindert wird.

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Aus den Gleichungen (2) und (^f) folgt:

I = I - I + I. - I (5) am s r 1 c

Durch geeignete Bemessung der Anordnung kann man erreichen, daß

¹C ^{= 1}I (6)

gilt, und daraus folgt dann:

I=I-I (7)

am s r

Dies bedeutet aber, daß das Meßsignal von I unabhängig wird. Da außerdem das Bezugssignal I eine bekannte Größe ist, ergibt sich ein unzweideutiger Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal· und der vom Meßobjekt ausgehenden Strahlung.

Me Gleichung (6) läßt sich in verschiedener Weise realisieren. Der

Strom I kann durch eine passend bemessene Eigenstrahlung von der Platte c

des Zerhackers oder aus dessen Umgebung gewonnen werden, wobei im letzten Falle diese Strahlung vom Zerhacker zum Strahlungsdetektor reflektiert wird. Indem man die Temperatur des Zerhackers CH und seines Gehäuses der Temperatur des ersten Teiles 01 des optischen Systems folgen läßt, kann man die -Bedingung der Gleichung (6) für alle Temperaturwerte innerhalb eines gewissen Temperaturbereichs erfüllen. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß man die Temperatur des ersten Teiles 01 des optischen Systems die Temperatur des Zerhackergehäuses beeinflussen läßt, indem man diese Bauteile durch ein hinreichend ausgedehntes Metallteil von gutem Wärmeleitvermögen miteinander verbindet und dadurch einen guten Wärmeübergang vom ersten Teil 01 des optischen Systems zum Zerhakkergehäuse bewirkt. Die vom Zerhacker zum Strahlungsdetektor reflektierte Strahlung vom Zerhackergehäuse läßt sich dadurch steuern, daß man der Oberfläche des Zerhackers einen geeigneten Beflexionskoeffizienten gibt. In ähnlicher Weise läßt sich auch die vom Zerhacker ausgehende Eigenstrahlung durch passende Mahl des Emissionsvermögens seiner Plattenoberfläche steuern.

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— ο —

Ein konstantes -^ezugssignal läßt sich in bekannter Weise mit Hilfe einer auf konstanter Temperatur gehaltenen B_ezugsstrahlungsquelle erhalten. Wenn man den Strahlungsdetektor in seiner Temperatur stabilisiert, kann er selbst als ^ezugsstrahlungsquelle dienen, wobei die von ihm ausgehende Strahlung am Zerhacker reflektiert und der Strahlungsdetektor in sich selbst wiedergegeben wird.

Fig. 3 veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfindung, bei der ein plattenförmig ausgebildeter Zerhacker CH" in einen Parrallelstrahl eingefügt ist und während seiner Sperrzeiten Kompensationsstrahlung an den Strahlungsdetektor DT abgibt.

In Fig. k ist eine für diesen Zweck geeignete Zerhackerplatte dargestellt.

In Fig. 3 sammelt der erste Teil 01 des optischen Systems vom Meßobjekt ausgehende Infrarotstrahlung und gibt sie in Form eines Parallelstrahles an den zweiten Teil 02 des optischen Systems weiter, der sie auf den Strahlungsdetektor DT fokussiert. Der Strahlungsdetektor DT kann dabei mit Vorteil ein tiefgefrorener Kriaball sein. Zwischen den beiden Teilen 01 und 02 des optischen Systems ist eine Zerhackeranordnung CHA mit dem plattenförmigen Zerhacker CH" als Kernstück in den Parallelstrahl eingefügt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und k bildet der Zerhacker CH" selbst die Bezugsstrahlungsquelle für den Strahlungsdetektor DT während der Sperrzeiten. Dieses Ergebnis wird dadurch erreicht, daß man die während der Sperrzeiten abgegebene Strahlung in der gleichen Weise mit der' Temperatur variieren läßt wie die Strahlung aus dem ersten Teil. 01 des optischen Systems. Wie Fig. h zeigt, kann der Zerhacker CH" einen reflektierenden Oberflächenteil SP und einen Strahlung emittierenden Oberflächenteil EM aufweisen, welche beiden Teile während der Sperrzeiten in dem Parallelstrahl liegen, dessen Umrißlinie in Fig. h mit gestrichelten Linien dargestellt und mit dem Bezugszeichen B be- zeichnet ist.

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— ν —

Durch die gestrichelte Linie VL ist in Fig. 3 die wärmeleitende Verbindung zwischen dem ersten Teil,Ol des optischen Systems einerseits und der Zerhackeranordnung CHA. andererseits angedeutet, welche die Temperatur der Zerhackeranordnung CHJL der Temperatur des ersten Teils 01 des optischen Systems folgen läßt. Dadurch und durch passende Bemessung des Strahlung emittierenden Oberflächenteils EM des Zerhackers GH" läßt sich erreichen, daß die während der Sperrzeiten vom Zerhacker CH"- abgegebene Strahlung auch bei verschiedenen Temperaturen den gleichen Wert hat wie die vom ersten Teil 01 des optischen Systems ausgehende Strahlung und damit als Kompensationsstrahlung für diese Strahlung dienen kann. Die Bezugsstrahlung kann einer Bezugsstrahlungsquelle der in Fig. 1 dargestellten Art von konstanter Temperatur entnommen oder mit Hilfe des reflektierenden OberflächenteiLs SP des Zerhackers CH" gewonnen werden, was bedeutet, daß der Strahlungsdetektor DT selbst als Bezugsstrahlungsquelle wirkt, wozu er auch bei der Anordnung nach Fig. 3 auf konstanter Temperatur gehalten werden muß.

Patentansprüche;

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Claims

Patentansprüche

κ)Anordnung zum Messen der von einem Meßobjekt ausgehenden Strahlung mittels eines optischen Systems, über das die Strahlung zu einem Strahlungsdetektor gelangt und das einen in den Weg der zu messenden Strahlung eingefügten Zerhacker enthält, der die vom Meßobjekt ausgehende Strahlung periodisch unterbricht und stattdessen von einer Bezugsstrahlungsquelle ausgehende Strahlung auf den Strahlungsdetektor schaltet, dadurch gekennzeichnet, daß der Zerhacker (CH, CH¹, CH") während der Zeit, in der er die zu messende Strahlung unterbricht (Sperrzeit), dem Strahlungsdetektor (DT) zusätzlich zu der von der Bezugsstrahlungsquelle (ES) ausgehenden Strahlung (Bezugsstrahlung)eine Kompensationsstrahlung zuführt, deren Stärke etwa der Stärke der von einem vor dem Zerhacker liegenden ersten Teil (01) des optischen Systems (01, 02) ausgehenden Strahlung entspricht.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsstrahlungsquelle durch den Strahlungsdetektor (DT) selbst gebildet ist.
3· Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zerhacker (CH, CH¹, CH") eben ausgebildet und senkrecht zur Richtung der zu messenden Strahlung in einen Abschnitt davon mit parallelem Strahlenverlauf eingefügt ist.
k. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsdetektor (DT) mit einer Kühleinrichtung ausgestattet ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis h, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Strahlungsdetektor (DT) zugewandte Oberfläche des Zerhakkers (CH, CH¹, CH") eine Teilfläche (SP) mit hohem Reflexionsvermögen und eine Teilfläche (EM) mit Strahlungsemission aufweist. ·

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