DE2159140A1

DE2159140A1 - Detektorsystern

Info

Publication number: DE2159140A1
Application number: DE19712159140
Authority: DE
Inventors: Richard Middlesborough Yorkshire Shepherd (Grossbritannien)
Original assignee: Decca Ltd
Current assignee: Davy Instruments Ltd
Priority date: 1970-11-30
Filing date: 1971-11-29
Publication date: 1972-07-06
Also published as: JPS5429902B1; FR2115484A1; GB1336008A; FR2115484B1; US3777167A; DE2159140B2; DE2159140C3

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. E Weickmann, 2159140

Dipl.-Ing. H.Weickmann, D1PL.-PHYS. DR.K.F1NCKE Dipl.-Ing. F. A.VEICKMANN, Dipl.-Chem. B. Huber

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8 MÜNCHEN 86, DEN POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 39 21/22

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DECCA LIMITED -

Decca House, 9,. Albert -Embankment, London, S₀E₀I, England

Detektorsystem

Die Erfindung bezieht sich auf Detektor- bzw_o Meßsysteme und insbesondere auf Detektoren zur Ermittelung der Enden von Barren bzw, stücken aus· heißgewalztem Stahl „

Es ist bekannt, die Position eines Endes eines heißen Metallstücks (im folgenden auch als Barren bezeichnet) mit Hilfe eine:.; photoelektrischen Detektors zu ermitteln. Es sei bemerkt, daß es häufig wichtig ist, eine genaue Anzeige des Augenblicks zu liefern, zu dem das Ende des betreffenden Harrens einen bestimmten Punkt passiert» Zur Zeit besitzen aie meisten Detektoren einen Betrachtungswinkel, der zum Teil aungr-fiiiLt sein muli, um aen Detektor auszulösen bzw. zu triggern. Da aie 'L'riggerung des Detektors durch die von diesem jeweils aufgenommene CTesamtenergie bewirkt wird, kann sich die Position üos Endes eines Barrens, der die Triggerung des iJ auflöst, in großem Umfange ändern, wenn sich die

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Temperatur oder die Größe des Metalls ändert.

Zur Erzielung einer genauen Messung ist es wünschenswert, daß der Detektor einen schmalen Betrachtungswinkel in der Triggerebene besitzt, d.h. soweit dies die Bewegungsrichtung des Barrens anbetrifft. _ '

Es ist ferner wünschenswert, daß jeder in den vorstehend erwähnten Fällen benutzte Detektor einen breiten Betrachtungsteil quer zu der Triggerebene aufweist, so daß die Position bzw. Lage des jeweiligen Barrens nicht genau in der zuletzt genannten Ebene festzuhalten ist.

Der Erfindung liegt nun die Hauptaufgabe zu Grunde, einen Weg zu zeigen, wie ein schmaler Betrachtungswinkel in der Triggerebene erzielt werden kann, während es andererseits möglich sein soll, einen breiten Betrachtungswinkel in der Querebene vorzusehen.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Detektorsystem, das dadurch gekennzeichnet ist, daß zumindest zwei photoelektrische Detektoren mit benachbarten, seitlich voneinander beabstandeten Betrachtungsfeldern vorgesehen and und daß eine elektrische Schaltung vorgesehen ist, die so ausgelegt ist, daß sie ein Signal in dem Fall abgibt, daß das Ausgangssignal des einen Detektors einen bestimmten Teil, vorzugsweise die Hälfte, des Ausgangssignals des anderen Detektors bzw. der anderen Zelle bildet-Durch diese Anordnung liegt die Detektor— bzw. keßebene fest, und zwar unabhängig von der Gesamtenergie des jeweiligen Barrens.

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Zweckmäßigerweise sind drei Detektoren mit nebeneinander und seitlich voneinander beabstandeten Feldern sowie Einrichtungen vorgesehen, die das Ausgangssignal des mittleren Detektors (das ist der dem mittleren Feld zugeordnete Detektor) mit dem Ausgangssignal eines der beiden äußeren Detektoren vergleichen. Auf diese Weise kann die Kreuzung bzw. Durchkreuzung der Detektor— bzw. Meßebene zuverlässig ermittelt werden, und zwar unabhängig von der Richtung, in der ein Barren sich dieser Ebene nähert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Verknüpfungsschaltung vorgesehen, die so ausgelegt ist, daß sie ein Signal abgibt und speichert_r das in dem Augenblick beginnt, wenn ein Ende eines Barrens die genannte Ebene schneidet, und das dann endet, wenn das andere Ende des betreffenden Barrens die betreffende Ebene schneidet.

An Hand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Fig. 1 zeigt in einer Draufsicht ein optisches System. Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des in Fig. 1 dargestellten Systems.

3 zeigt einen Schaltplan einer elektrischen Schaltung.

In Fig. 1 ist schematisch ein Gehäuse 4 dargestellt, welches drei photoelektrische Detektoren 1,2 und 3 enthält, die divergierende Betrachtüngsfelder 5, 6 und 7 besitzen«, Diese Betrachtungsfelder verlaufen in der Draufsicht nebeneinander und seitlich voneinander beabstandet. Die Betrachtungsfelder können an einem gemeinsamen Brennpunkt konvergieren. Sie können durch geeignete optische Masken 10 und Linsen bzw. Objektive ohne weiteres hergestellt werden. Das mittlere .Feld 6, das vorzugsweise eine öffnungsbreite von zwei Grad

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besitzt, führt zu einer Spreizung der vertikal projizierten optischen Achse 8. Das betreffende Betrachtungsfeld 6 bildet die Hauptebene der Messung bzw„ Feststellung. Wie nachstehend noch näher beschrieben werden wird, soll das Detektorsystem bzw. Meßsystem ein Signal abgeben, wenn das Ende eines heißen Barrens gerade die Detektor- bzw. Meßebene schneidet bzw_e durchkreuzt.

Die Felder 5 und 7» die vorzugsweise einen Öffnungswinkel von jeweils etwa zwei Grad besitzen, sind auf jeweils einer φ Seite des Feldes 6 vorgesehen. Von diesen Feldern 5 und 7 ist lediglich ein Feld erforderlich, wenn Barren nur von einer Seite zugeführt werden. Der gesamte Öffnungswinkel K der Betrachtungsfelder beträgt vorzugsweise acht Grad in Azimuthrichtungo■Die Felder können sich in der Azimuthrichtung überlappen,, In der vertikalen Ebene können die Felder 5, 6 und etwa den gleichen öffnungswinkel β besitzen, -der fünfzehn Grad betragen kann,,

einer
Die Detektoren sind mit/elektrischen Schaltung 9 verbunden,

die so ausgelegt ist, daß sie ein Signal abgibt , wenn z.B. das Ausgangssignal aes Detektors 2 einen bestimmten Teil des Ausgangssignals des Detektors 1 oder des Detektors 3 ist. Vorw zugsweise beträgt der betreffende Teil einhalb, so daß der jeweilige Zustand angibt, daß der jeweilige Barren gerade eine Detektor- bzw„ Meßebene schneidet, die bezüglich der jeweiligen Annäherungsrichtung des Barrens die gleiche ist.

Das Gehäuse weist zu der optischen Achse 8 ausgerichtet ein Kimmenteil 1b und ein Kornteil 1a auf„ Diese Teile dienen dazu, die Betrachtungsfelder entsprechend auszurichten.

In Fig. 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform der in Fig.1 angedeuteten elektrischen Schaltung y gezeigt. Diese Schaltung

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ist so ausgelegt, daß sie auf zwei grundsätzliche Zustandssätze der Detektoren anspricht. Wenn RO) z_oB. der von dem Detektor 1 ermittelte Strahlungspegel ist und wenn T ein voreingestellter Schwellwert ist, dann wird ein Signal dann erzeugt, wenn R(1) größer ist als T und wenn 2R(2) größer ist als R(i)o Die erstgenannte Forderung wird dazu ausgenutzt, ungewollte Anzeigen zu verhindern,, Die zweite Bedingung ist dann gegeben, wenn R(1) kleiner ist als T und wenn E(3) kleiner ist als T oder wenn R(3) größer ist als 2R(2). Die beiden Bedingungen zeigen das Durchkreuzen der Detektor— bzw. Meßebene durch das eine Ende eines in das Betrachtungsfeld des Detektors eintretenden Barrens bzw. das andere Ende des das betreffende Betrachtungsfeld verlassenden Barrens an„ Die beiden Zustände.beziehen sich auf eine Bewegungsrichtung des Barrens. Venn diese Richtung umgekehrt ist, muß in den obigen Bedingungen R(3) für K(2) gesetzt werden; in der Schaltung sind Vorkehrungen getroffen, um die Arbeitsweise entsprechend zu ändern_o

Bei der in Fig. 3 dargestellten Schaltung sind die drei -' photoelektrischen Detektoren 1, 2 und 3 durch Photodioden gebildet, die im Stromerzeugungsbetrieb arbeiten./ Jede Diode ist zwischen dem invertierenden Eingang und dem nichtinvertierenden Eingang eines von drei Operationsverstärkern 11, 12 bzw. 13 angeschlossen. Bei diesen Verstärkern handelt'es sich zweckmäßigerweise um integrierte Schaltungen, von denen der Einfachheit halber die einzelnen Speisespannungen in der Zeichnungsfigur weggelassen sind. Den Dioden ist jeweils ein Widerstand der Widerstände 14, 15, 16 parallelgeschaltet„

Die Verstärkungen der Verstärker können durch veränderbare bzw. einstellbare Widerstände 17, 18, 19 eingestellt werden, die in Reihe zu Widerständen, 20, 21 bzw. 22 im jeweiligen

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Rückkopplungszweig der Verstärker 11, 12 bzs. 13 liegen. Normalerweise wird die Verstärkung des Verstärkers 12 so eingestellt, daß sie dem Zweifachen der Verstärkung des jeweiligen Verstärkers 11, 13 entspricht.

Die Ausgangsspannungen der Verstärker 1.1 und 13 werden durch Ableitelemente 23 bzw. 24 begrenzt. Diese Ableitelemente bestehen jeweils aus einem Widerstand und einer ZELJJER-Diode. Auf diese Weise wird die Ausgangsspannung der den äußeren Betrachtungsfeldern (5 und 7) zugehörigen Verstärker auf einen Wert gehalten, der niedriger ist als der Wert der Ausgangsspannung des Verstärkers, der dem mittleren Feld 6 zugeordnet bzw. zugehörig ist, wenn die Verstärker im Sättigungsbereich arbeiten. Das System kann dann noch mit der Ermittelung eines Gegenstands fortfahren.

Die Verstärker 11, 12 und 13 weisen Ausgangsklemmen 25, 26 bzw«, 27 auf. Die Anschlußklemmen der nachfolgenden Verknüpfungsschaltung sind durch die Klemmen 28, 29 und 30 gegeben. Wenn das System dazu benutzt wird, Gegenstände zu ermitteln, die zuerst von dem Feld 5 erfaßt werden, wenn sie die Betrachtungsfelder kreuzen bzw. durchlaufen, werden die Anschlußklemmen 25 und 28 durch eine Verbindung 3T und die Anschlußklemmen 27 und 29 durch die Verbindung 32 miteinander verbunden. Erfolgt die Bewegung der Gegenstände in der umgekehrten Richtung, so werden zweckmäßigerweise die Verbindungen so vorgenommen, daß die Verbindung bzw. das Verbindungsglied die Anschlußklemmen 25 und 29 verbindet und daß das Verbindungsglied 32 die Anschlußklemmen 27 und 30 verbindet.

Die Anschlußklemmen 26, 28, 29 und 30 sowie ein Potentiometer 33 sind in unterschiedlicher Weise mit vier Vergleicher-Verstärkern 34, 35, 36 und 37 verbunden. Die Anschlußklemme

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des Verstärkers 12 ist mit dem einen Eingang der Vergleicher bzw«, Vergleicher-Verstärker 35 und 36 verbunden. Die Anschlußklemme 28 ist mit einem Eingang des Vergleichers bzw» Vergleicher—Verstärkers 34 verbunden, und zwar über einen Eingangswiderstand 38; außerdem ist die Anschlußklemme 28 mit einem Eingang des Vergleichers bzw«, Vergleicher-Verstarkers 35 verbunden. Die Anschlußklemme 29 ist mit dem einen Eingang des Vergleichers 36 verbunden sowie über einen Singangswiderstand 39 mit dem einen Eingang des Vergleichers Die Anschlußklemme 30 ist mit der Anschlußklemme 28 verbunden. Das Potentiometer 33, welches an einer positive Spannung ύ

führenden Spannungsklemme liegt, ist mit dem einen Eingang des Vergleichers 34 über einen Widerstand 40 und mit einem Eingang des Vergleichers 37 über einen Widerstand 41 verbunden. Das Potentiometer, das die Widerstände 42 und 43 umfaßt, ist einstellbar; der Widerstand 43 ist vorzugsweise so angeordnet, daß er ohne weiteres.herausgenommen und durch einen anderen Widerstand ersetzt werden kann« Durch Rückkopplungswiderstände 44 und 45 erhalten die Vergleicher 34 und 37 eine Hysteresis.

Die Vergleicher 34 bis 37 sind so ausgelegt, daß sie Vergleiche entsprechend den oben aufgeführten Verknüpfungsfunktionen vornehmen. Der Schwellwert T wird durch das " Potentiometer eingestellt« Wenn die Anschlußklemmen in. der dargestellten Weise miteinander verbunden sind, geben die Vergleicher 34 bis 37 Ausgangssignale ab, die folgende Zustände angeben:

R(1)>T, 2R(2) > R(I)₁ 2R(2) ^ R(3) und R(3) <T. Durch Ändern der Verbindungen zwischen den Anschlußklemmen in der bereits beschriebenen Weise werden durch die Vergleicher folgende Funktionen ausgeführt: R(3) > T, 2R(2)>E(3), 2R(2) < R(I.) und R(1)< T. Ein zusätzlicher Inverter 46 bewirkt,

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daß zusätzlich zu der normalen Funktion des Vergleichers 34 die Invertierung dieser Funktion geliefert wird, nämlich entweder R(T) ^. T oder R(3) <C T₀

Aus praktischen Gründen wird der übrige Teil der Verknüpfungsschaltung unter der Annahme erläutert, daß die Anschlußklemmen in der dargestellten Weise miteinander verbunden sind.

Zwei Dioden 47 und 48, die an den Ausgängen der Vergleicher-34, 35 angeschlossen sind, und ein Widerstand 49 bilden eine erste Dioden-UND-Schaltung, dio die Verknüpfungsfunktion (r(i) > T) ausführt. Die'Funktion (2R(2)>R(1)) liefert auf ihre Erfüllung hin ein Einschaltsignal an eine Speicherschaltung über eine Diode 50. Die Dioden 51 und 52 und ein Widerstand bilden eine ODER-Schaltung, die die Verknüpfungsfunktion (R(3)<CT) + (R(3) >2R(2)) ausfährt. Diese Schaltung und der Inverter 46 speisen eine UND-Schaltung, die aus Dioden 54 rand. und einem Widerstand 56 besteht» Diese UND-Schaltung gibt .auf die Erfüllung des vorstehend erwähnten Zustands hin ein Ausschaltsignal an die Speicherschaltung über eine Diode 57 ab»

Die Speicherschaltung besteht aus den Dioden 50 und 57, einem Vergleicher-Verstärker 58, an dessen nichtinvertierenden Eingang und invertierenden Eingang die Dioden 50 und 57 angeschlossen sind, den Widerständen 59 und 60, die zwischen den Eingängen des betreffenden Vergleicher-Verstärkers und Erde geschaltet sind, und einem Rückkopplungswiderstand 61, der zwischen dem Ausgang des Vergleicher-Verstärkers bzw. Vergleichers 58 und dem Eingang liegt, an dem die Diode'50 angeschlossen ist„ Der Speicher dient dazu, das Einschaltsignal zu speichern, welches durch ein positives Signal an dem nicht-. invertierenden Eingang gegeben ist. Dies erfolgt durch Abgabe eines positiven Dauer-Ausgangssignals. Der betreffende Zustand

BAD ORIG*^NAL·

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wird solange gespeichert, bis das Ausschaltsignal aufgenommen wird,. Daraufhin ändert sich das Signal, an dem invertierenden Eingang des Vergleichers zu positiven Werten "hin _y und das Ausgangssignal des Speichers ändert sich zu negativen ¥erten hin»

Das Aus gangs signal der Speicherschaltung bzw«, des Speichers wird, irgendeiner geeigneten Treiberschaltung 62 und sodann einem Relais 63 oder einer Anzeigelampe 64 zugefuhrt. Das Relais kann dazu herangezogen werden, ggfs. Meß- und Zählschaltungen zu betätigen bzwo zu steuern.

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Das Gehäuse 1 ist vorzugsweise transportabel oder sonstwie bewegbar,, .

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Claims

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Patentans prüche .

1.)Detektorsystem,dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei photoelektrische Detektoren(1,2,3) vorgesehen sind, die benachbarte, seitlich voneinander beabstandete Betrachtungsfelder (5,6,7) aufweisen und die mit einer elektrischen Schaltung (9) verbunden sind, welche so ausgelegt ist, daß sie die Ausgangssignale der Detektoren (1,2,3) vergleicht und in dem Fall ein Signal abgibt, daß das Ausgangssignal eines Detektors der Detektoren (1,2,3) einem bestimmten Teil des Ausgangssignals eines anderen Detektors der Detektoren (1,2,3) entspricht» .

2„ Detektorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betrachtungsfelder (5,6,7) in der Ebene, in der sie voneinander beabstandet sind, relativ schmal und in einer dazu senkrechten Ebene demgegenüber breiter sind,

system
3ο Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß erste, zweite und dritte Detektoren (1,2,3) mit benachbarten, seitlich voneinander beabstandeten Betrachtungsfeldern(5,6,7) vorgesehen sind, daß das Betrachtungsfeld (6) des zweiten Detektors (2) zwischen den Betrachtungsfeldern (5,7) des ersten und dritten Detektors (1,3) liegt und daß die elektrische Schaltung (9) so ausgelegt ist, daß sie ein Signal in dem Fall abgibt, daß das Ausgangssignal des zweiten Detektors (2) einen bestimmten Teil des Ausgangssignals des ersten oder dritten Detektors (1,3) überschreitet.

4. Detektorsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bestimmte Teil einhalb ist.

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5. Detektorsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalabgabe solange gesperrt ist, bis das Ausgangssignal des einen oder anderen Detectors einen voreingestellten Schwellwert überschreitet.

Detektorsystem nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vergleicher (35;36) vorgesehen ist, der das Ausgangssignal des zweiten Detektors (2) mit dem Ausgangssignal des ersten oder dritten Detektors (1,3) vergleicht, daß ein Vergleicher (34;37) vorgesehen ist, der den Schwellwert (T) mit dem Ausgangssignal des ersten oder dritten Detektors (1,3) vergleicht, und daß Einrichtungen (25,27,28,29,30,31,32) vorgesehen sind, die das Ausgangssignal des ersten oder dritten Detektors (1,3) zur Abgabe an die Vergleicher auswählen.

Detektorsystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltung (9) so ausgelegt ist, daß sie die Signalabgabe in dem Fall unterbindet, daß das von dem ersten oder dritten Detektor (1,3) ausgewählte und mit dem Ausgangssignal des zweiten Detektors (2) verglichene Ausgangssignal niedriger ist als ein schwellwert und entweder das Ausgangssignal des anderen Detektors des ersten und dritten Detektors (1,3) kleiner ist als ein Scinrellwert oder die Hälfte des Ausgangssignals des betreffenden anderen Detektors des ersten und dritten Detektors (.1,3) größer ist als das Ausgangssignal des zweiten Detektors ( 2) „

Detektorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß einstellbare Verstärker (11,12,13). vorgesehen sind, die die Ausgangssignale der Deteicto-

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ren (1,2,3) vor Ausführung eines Vergleichs verstärken.

9. Detektorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren (1,2,3) in einem bewegbaren Gehäuse (4) untergebracht sind, welches Visiereinrichtungen (la, 1b) zur Ausrichtung der Betrachtungsfelder (5,6,7) aufweist.

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