DE2202556C3 - Vorrichtung zum Messender Lichtdurchlässigkeit eines Mediums - Google Patents

Description

dem eigentlichen Empfängersignal überlagert und quelle 22 emittierten Lichtimpulsen .aufgeladen. Wie dieses synchron zu den Ausgangsimpulsen des Licht- sich aus der Zeichnung ergibt, ist für den Kondendetektors angehoben wird. sator 30 immer dann ein Entlariungskreis über die Diese Vorrichtung vermeidet Fehlmessungen vor Diode oder Lichtquelle 22 vergesehen, wenn der allem bei sehr geringer Lichtdurchlässigkeit, wobei 5 Transistorschalter 2ΙΪ leitend ist. Der Kondensator die Empfängersignale sehr schwach sind. Insbeson- 30 hat vorzugsweise eine hohe Kapazität und kann dere in diesen Fällen gewährleistet diese Vorrichtung eine Ladung aufnehmen, weiche für den erfordergenaue, unverfälschte Ergebnisse. Diese Vorrichtung üchen Zündstrom der Diode oder Lichtquelle 22 eignet sich demzufolge unter anderem zur Durchfüh- ausreicht.

rung von Messungen in dem geschlossener. Abgas- io Mit dem Kollektor des Transistorschalters 28 ist system eines Dieselmotors beim Prüfstandversuch. ein Schalter 32 verbunden, der normalerweise die In diesem Fall ist die Vorrichtung robust ausgeführt gezeigte Stellung einnimm», sich aber bei der Eichung und kann hohe Wärme, Vibrationen und Rauch über zu dem gegenüberliegenden Kontakt bewegt. In dielange Zeit ertragen. ser Stellung wird die Lichtquelle 22 umgangen, und Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfin- 15 ein geringer Widerstand 34 wird in den Stromkreis dungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen ent- durch den Schalter 32 eingesetzt,
halten, auf die hier Bezug genommen wird. An die Leitung 26 im Sender 10 ist eine Leitung Im folgerten Teil der Beschreibung wird eine 36 angeschlossen, welche im Empfänger 12 endet. Ausführungsfo.-- des Erfindungsgegenstandes an Diese Leitung 36 weist einen hochohmigen, strom-Hand einer Zeichnung beschrieben, welche die Schal- ao begrenzenden Widerstand 38 auf, welcher in Reihe tung eines Senders, eines Empfängers sowie einen mit einem Kondensator 39 liegt. Die Verbindung die-Schaltkreis zur Unterdrückung von Störungen zeigt. ser beiden zuletzt genannten Elemente ist an die erste Die in der Zeichnu"_ö dargestellte Vorrichtung be- Verstärkerstufe des Empfängers 12 angeschlossen, steht aus zwei Hauptteilen, von denen der eine ein Jedesmal, wenn der Oszillator 24 sendet, dann for-Sender 10 mit einer Lichtquelle und einem dazu »5 men der Widerstand 38 und der Kondensator 39 den einen Kontrast bildenden Meßobjekt ist, während es Anfangsbereich des positiven Impulses so um,_ datS sich bei dem anderen Teil um einen Empfänger 12 er eine kleine Spannungsspitze im Empfänger 1- bilhandelt, welcher einen Detektor und eine Behänd- det, welche mit dem empfangenen Signal zusammenlungs- bzw. Umwandlungs- und Anzeigeschaltung fällt, wie im folgenden noch erklärt wird,
aufweist. Die Vorrichtung kann dazu benutzt wer- 30 Die Anode des als Diode ausgebildeten Detektors den, um die Lichtdurchlässigkeit z.B. vor Rauch- 40 ist an die negative Netzleitung angeschlossen, Schwaden festzustellen. während die Kathode mit dem Eingang eines Vor-In dem Sender 10 ist eine Präzisionsenergiequelle Verstärkers 44 in Verbindung steht. Der Vorverstar-13 vorgesehen, welche eine Konstantstromquelle ker 44 verstärkt die von der Diode 40 kommenden versorgt. Diese Stromquelle weist einen Transistor 35 Stromimpulse und verbessert auf diese V\ eise das 14, einen Emitter-Widerstand 16, Dioden 17 und 18 Signal-Störspannungs-Verhältnis der Signale, welcne und einen in der üblichen Weise angeordneten Basis- über eine Leitung 46 in die Empfängerschaltung gewiderstand 19 auf. Der Ausgang der Konstantstrom- langen. Die Leitung 46 endet an einem Eingangswiquelle ist an eine Lichtquelle 22 angeschlossen, wel- derstand 45, der als Potentiometer aufgebaut ist. Dieche mittig in einem Meßobjekt 20 angeordnet ist. Die 40 ses Potentiometer steuert den Eingangspegel der VerLichtquelle 22 wirkt als ein zweites Meßobjekt und stärkerschaltu.ig und bildet ein Mittel zur NuHpunKiist vorzugsweise eine lichtemittierende Diode, wel- Eichung des Meßkreises. Der Abgriff des Potent.oche eine im wesentlichen konstante Strahlungsinten- meters 48 ist über einen Widerstand 52 und einen sität hat. Kondensator 53 an den direkten Eingang des Ver-Das Meßobjekt 20 ist hier kreisförmig dargestellt 45 stärkers 50 angeschlossen, wobei der Kondensator 53 und so bemessen, daß es das Blickfeld eines mit Ab- dazu dient, den Durchgang für stationäre Kompostand von dem Meßobjekt 20 angeordneten Detek- nenten zu sperren.

tors 40 des Empfängers 12 ausfüllt. Das Meßobjekt Der Verstärker 50 ist ein Funktionsverstarker una 20 ist vorzugsweise mit einer optisch planschwarzen sorgt für einen hohen, stabilen Verstarkungsgrad tür Farbe gestrichen, u*n ein schwarzes oder dunkles 50 die Eingangssignale. Auf den Eingang des Verstar-Bezugsobjekt zu bilden. kers 50 wird über einen für Gleichstrom spefwnri Es ist ein von der Energiequelle 13 erregter Oszil- wirkenden Kondensator 54 und einen Widerstand »o lator 24 vorgesehen, dessen Ausgang übei eine Lei- das vom Oszillator 24 über die Leitung 36 kommende tung 26 an die Basis eines Transistorschalters 28 an- Signal gegeben, welches durch den Widerstand J» geschlossen ist, Der Oszillator 24 ist so ausgelegt, 55 sowie den Kondensator 39 in der bereits bescnneDedaß er bei einer Frequenz von 10 000 lmpulsen/sec nen Weise geformt ist. Die übngeii Eingänge gearbeitet und mit gleicher Frequenz den Schalter 28 Verstärkers 50 sind herkömmliche Vorspannungsbetätigt. Wenn der Transistorschalter 28 leitend ist, leitungen und RückkoppelungsschJeifen. beispieisdann schließt er den Stromkreis durch die als licht- weise für eine schnelle Rückgewinnung und die veremiltierende Diode ausgebildete Lichtquelle 22 und 60 Stärkungsregelung. Der Verstärker 50 hat keinen inspeist diese Lichtquelle mit der vorerwähnten Fre- neren oder äußeren Lastwiderstand, und sein Ausquenz von 10 000 lmpulsen/sec. Die Kombination gang ist statt dessen an die Unterseite eines Speicherdieser pulsierenden Lichtquelle 22 mit dem Meßob- kondensators 58 angeschlossen, dessen gegenuberjekt 20 ergibt alternierende und kontrastierende Meß- liegende Seite mit der positiven Netzleitung verbunobjekte im Blickfeld des Detektors 40. 6₅ den ist. Ein hochohmiger Widerstand 60, der vor-Ein Kondensator 30 ist parallel zu dem Ausgang zugsweise in der Größenordnung von 1 megonm der konstanten Stromquelle geschaltet und wird auf liegt, bildet eine Ableitung für den Kondensator ?» diese Weise zwischen den von der Diode oder Licht- zur negativen Netzleitung. Der Spannungspegel am

Kondensator 58 wird dem direkten Eingang eines weiteren Funktionsverstärkers 62 zugeführt, der so ausgelegt ist, daß er im wesentlichen eine lOfachc Verstärkung und eine hohe Eingangsimpedanz für die von dem Kondensator 58 bereitgestellte Eingangsspannung ergibt.

Der Funktionsverstärker 62 hat einen Ausgang, welcher sowohl an einen Lastwiderstand 64 als auch an die Kathode einer Diode 66 angeschlossen ist. Es ist ein weiterer Kondensator 68 vorgesehen, welcher zwischen die Anode der Diode 66 und die negative Netz'leitung geschaltet ist. An die Anode ist ferner ein Widerstand 70 und ein normalerweise geöffneter Schalter 72 angeschlossen, welcher zur Nullpunkt-Eichung und zur Rücksetzung der Schaltung verwendet wird.

Der Spannungspegel am Kondensator 68 wird an den Gate-Eingang eines Feldeffekttransistors 74 angelegt. Dieser Transistor hat einen Widersland 76, der zwischen seine Quelle und den Minuspol der Stromquelle 13 geschaltet ist. Der Transistor 74 arbeitet als Quellenfolger (Source-Follower), so daß der Widerstand 76 der Spannung an dem Kondensator 68 folgt. Eine Rückkoppelungsschaliung, welche Widerstände 78 und 79 ar'·· eis», führt von dem Widerstand 76 zum indirekter ' zw. negierenden Eingang dc3 Funktionsverstärken. 62, um die Spannungsabweichung des Feldeffekttransistors 74 und die Nicht-Lineantät der Diode 66 auszugleichen und dabei auch eine hohe Eingangsimpedanz an den direkten Eingang anzulegen.

Ein Meßgerät 80 ist in eine Brückenschaltung eingesetzt, welche den Feldeffekttransistor 74 und den Widerstand 76 auf der einen Seite der Brücke und ein Potentiometer 82 auf der anderen Seite der Brücke aufweist.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung kann dann am besten verstanden werden, wenn vorab die praktische Messung der Lichtdurchlässigkeit erläutert wird. Die Grundlage für ein Lichtdurchlässigkeitsmeßgerät liegt auch beim Vorhandensein von Streulicht vor, indem der Helligkeits- oder Leuchtdichteunterschied zwischen einem Paar von kontrastierenden Meßobjekten gemessen und verglichen wird, wobei die Meßobjekte ohne Rauchschwaden und durch den zu messenden Rauchschwaden hindurch betrachtet werden.

Bezüglich der Helligkeit oder Leuchtdichte von Meßobjekten wird die Durchlässigkeit definiert als

B₁ -B₂

Dabei ist B₁ die Leuchtdichte einer Lichtquelle und B₂ die Leuchtdichte ihres Hintergrundes, wobei sowohl B₁ als auch B„ ohne den Rauchschwaden betrachtet werden. B₁ ist die scheinbare Leuchtdichte einer Lichtquelle, während B„' die scheinbare Leuchtdichte ihres Hintergrundes ist. wobei dieses Mal die Betrachtung durch einen Rauchschwaden hindurch erfolgt. In dieser Formel über die Durchlässigkeit haben sowohl B₁' als auch B₂' die gleiche Erhöhung auf Grund lies durch die Streuung hervorgerufenen Lichtes, so daß das Streulicht aus der Gleichung herausfällt. Die beschriebene Voi richtung kann auf Grund ihres Aufbaus so geeicht werden, daß der Konirast oder der Unterschied der Leuchtdichte ohne Rauchschwaden, d. h. B₁-B₂ der Ablesung 100 entspricht. Der Kontrast zwischen den scheinbaren Leuchtdichten, der sich bei iktrachtung durch den Rauchschwaden ergibt, beträgt dann

100

Wenn nun beide Tenne der scheinbaren Leuchtdichte durch Abziehen des Terms B₂' auf Null bezogen werden können, dann fällt dieser Term aus der Gleichung heraus, so daß nur der korrigierte Wert für die Durchlässigkeit von

By

100

für das zu messende Medium verbleibt.

Bei der tatsächlichen Ausführung der Vorrichtung ist die Skala für die unmittelbare Ablesung der Lichtdurchlässigkeit von Null bis 100 °/o ausgeführt. Der bereits beschriebene Kondensator 53 sperrt alle stationären Eingangssignale und bezieht auf diese Weise den Kontrast zwischen den scheinbaren Leuchtdichten auf Null. Die Streuwirkung ist damit ausgeschaltet.

Es wird davon ausgegangen, daß Teile der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung in einer Um gebung benutzt werden, in welcher elektromagnetische Interferenz oder andere Quellen zufällige Störsignale verursachen können, welche von der Vorrichtung aufgenommen und weiterverarbeitet werden. So können z. B. die Dioden 11 und 40 an einer Prüfstelle angeordnet werden, während sich der Rest der Vorrichtung entfernt davon an einem Cbenvachungs- oder Kontrollpunkt befindet. In einem solchen Fall werden die Zuleitungen zu den Dioden und die Leitung 46 notwendigerweise Störungen ausgesetzt. Es ist herausgefunden worden, daß Störungssignalc oder -impulse elektrischer Natur Fehlablesungen auf dem Meßgerät 80 hervorrufen können, da diese unerwünschten elektrischen Signale in der

gleichen Weise weiterbehandelt werden wie richtige Signale. So kann z. B. bei 0 °/o Lichtdurchlässigkeit, wenn kein Signal von der Diode des Detektors 40 empfangen wird, ein Störsignal stark genug sein, um zu verhindern, daß sich die untere Platte des Spei-

cherkondensators 58 auf Null entlädt. Das hat zur Folge, daß das Meßgerät 80 mehr als 0% Liichtdurchlässigkeit anzeigt. Bei höherer Lichtdurchlässigkeit, d. h. größeren Eingangssignalen, haben die Störsignale einen beträchtlich herabgesetzten Ein-

fluß. da die richtigen Signale die Spannung an dei unteren Platte des Speicherkondensators 58 auf dem gewünschten höheren Niveau halten.

Die Verwendung der Leitung 36 und der Empfängerschaltung von Widerstand 38 und Kondensatoi

δο 39 ergibt ein Basissignal in Form einer geringen Im pulsspitzc von z. B. 3 mV für den Eingang des Verstärkers 50. Jede derartige Impulsspitze kommt synchron mit einen Signalimpuls oder Empfängersigna von dem Vorverstärker 44 des Detektors 40 an. um diese beiden Impulssignale werden am Eingang de: Vcrsiärkers 50 summiert. Der Verstärker 50 vcr stärkt nun diese summierten Signale und gibt sie ;n die untere Platte des Speicherkondensators 58 weiter

Io

Auf diese Weise ist die angelegte Spannung proportional zu der am Eingangswiderstand 48 abgegriffenen Spannung, vermehrt um die geringen über die Leitung 36 zugeführten Basissignale.

Demzufolge ist selbst bei einer Ablesung von 0"Ό Lichtdurchlässigkeit, welche durch das Fehlen von den Detektor 40 erreichendem Licht bewirkt wird, ein geringes Spannungsniveau auf Grund der Spitzenimpulse oder Basissignale an der unteren Platte des Kondensators 58 vorhanden. Dieses geringe Niveau ist so bemessen, daß es größer ist als das von Störimpulsen verursachte Spannungsniveau, und gewähr-

leistet daher die Ablesung des Meßgerätes 80 unter Ausschluß der Störsignale.

Bei der tatsächlichen Eichung werden der Eiugangswiderstand 48 und das Potentiometer 82 entweder bei der Eichung von 0%> Lichtdurchlässigkeit oder bei der Eichung von 100¹Vo Lichtdurchlässigkeit so eingestellt, daß die Wirkung der Spitzenimpulse oder Basissignale keine Fehiablesung am Meßgerät ergibt, d. h., daß die Spitzenimpulse oder Ra-

o sissignale am Meßgerät durch Einstellen des vorgenannten Widerstandes bzw. Potentiometers getilgt v/erden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

*09 636/133

Claims (3)

sung der optischen Durchlässigkeit von Medien zum Patentansprüche: Stand der Technik (deutsches Gebrauchsmuster 1 969 794), welche einen die Meßstrecke enthalten-

1. Vorrichtung zum Messen der Lichtdurch- den Meßstrahlengang sowie einen Vergleichsstrahlenlässigkeit eines Mediums, bei dem eine Licht- 5 gang aufweist. Die beiden Lichtstrahlen, die in ihrei quelle pulsierend gespeist, die von dieser Licht- Phase gegeneinander verschoben sind, werden von quelle ausgesandten Lichtimpulse nach Durch- je einer Luminiszenz-Diode bereitgestellt. Sowohl tritt durch das zu messende Medium von einem der Lichtstrahl des Vergleichsstrahlenganges als auch mit Abstand von der Lichtquelle angeordneten der des Meßstrahlenganges wird auf einen gemein-Lichtdetektor aufgenommen und die Ausgangs- io samen Empfänger gegeben. Diese beiden Strahlen impulse dieses Lichtdetektors in proportionale werden anschließend nach einer Verstärkung vonelektrische Signale umgewandelt sowie zur An- einander getrennt, um einen Intensitätsvergleich zeige der Lichtdurchlässigkeit des zu messenden zwischen dem durch die Meßstrecke geleiteten und Mediums verwendet werden, dadurch ge- dem durch die Meßstrecke geleiteten und dem durch kennzeichnet, daß ein irapulsformender «5 die Vergleichsstrecke geleiteten Strahl zu ermög-Schaltkreis (36, 38, 39) zwischen dem Oszilla- liehen, wodurch ein Rückschluß auf die Lichtdurchtor (24) und dem Eingang der Empfängerschal- lässigkeit des jeweiligen Mediums gezogen werden tung (12) vorgesehen ist, durch den ein Basis- kann.

signal dem eigentlichen Empfängersignal über- im Zuge der Weiterentwicklung der in Betracht lagert und dieses synchron zu den Ausgangs- ao stehenden Vorrichtungen ist ferner bereits eine Vorimpulsen des Lichtdetektors (40) angehoben wird. richtung zur Messung der Lichtdurchlässigkeit eines

2. Vorichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Mediums auch bei Vorhandensein von gestreutem kennzeichnet, daß die Empfängerschaltung^) Licht und unabhängig von der Farbe oder dem Feheinen Verstärker (50) aufweist und daß der len einer Farbe des Mediums vorgeschlagen worden Schaltkreis (36, 38, 39) am Eingang des Verstär- as (deutsche Offenlegungsschrift 2 120 984). Bei dieser kers (SO) liegt. Vorrichtung wird bei einem Rauchschwaden z. B.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- der Unterschied in der Helligkeit zwischen kontradurch gekennzeichnet, daß zum Eichen der stierenden Meßcbjekten gemessen, wobei dies einEmpfängerschaltung (12) sowie zur Vermeidung mal durch den Schwaden hindurch und einmal ohne von Fehlanzeigen auf Grund des Basissignals ein 30 Schwaden getan wird. Die Meßobjektc bestehen aus einstellbarer Eingangswiderstand (48) sowie ein einer optisch planschwarzen Oberfläche und einer Potentiometer (82) vorgesehen sind. Lichtquelle, die im Zentrum des schwarzen Meßobjekts angeordnet ist. Die Lichtquelle wird mit einer konstanten Frequenz gezündet, und ein dem

35 Meßobjeki gegenüberliegender Detektor empfängt

alternativ die Lichtquelle und das kontrastierende schwarze Meßobjekt. Ein geeichter Meßstromkreis

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gibt die vom Detektor empfangenen Impulse weiter, zum Messen der Lichtdurchlässigkeit eines Mediums, um eine Anzeige des durch das gemessene Medium bei dem eine Lichtquelle pulsierend gespeist, die von 4° geschwächten und absorbierten Lichtes zu ergeben, dieser Lichtquelle ausgesandten Lichtimpulse nach Die Eichung und der Aufbau der Vorrichtung schal-Durchtritt durch das zu messende Medium von einem ten die Wirkung von in dem Medium gestreutem mit Abstand von der Lichtquelle angeordneten Licht- Licht aus und gewährleisten eine zutreffende Mesdetektor aufgenommen und die Ausgangsimpulse sung der Lichtdurchlässigkeit. Auf diese Weise ist es dieses Lichtdetektors in proportionale elektrische 45 nun z. B. bei Messung der Lichtdurchlässigkeit von Signale umgewandelt sowie zur Anzeige der Licht- Diesel-Auspuffgasen einfach festzustellen, ob die durchlässigkeit des zu messenden Mediums verwen- Auspuffgase die jeweils bestehenden Richtlinien erdet werden. Ein besonderer Anwendunpsfall dieser füllen oder nicht.

Vorrichtung liegt in der Messung der Lichtdurch- Es hat sich gezeigt, daß bei allen bekannten bzw.

lässigkeit von Rauchschwaden. 50 bereits vorgeschlagenen elektrisch oder elektronisch

Es sind bereits eine Reihe von Vorrichtungen be- arbeitenden Vorrichtungen Störungen, welche durch kannt, mit denen die Lichtdurchlässigkeit eines die Umgebungsbedingungen außerhalb der Vorrich-Mediums, wie z. B. eines Rauchschwadens, bestimmt tung oder auch durch Arbeitsvorgänge in der Vorwerden kann. Dabei soll stets auch erreicht werden, richtung selbst erzeugt werden, fehlerhafte Messundaß eine Schwärzung der die Meßstrecke bildenden 55 gen der Lichtdurchlässigkeit zur Folge haben kön-Elemente sich nicht auf das Meßergebnis auswirkt und nen.

dieses somit verfälscht. So ist z. B. ein Rauchdichte- Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung be-

messer bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 247 688), steht nun darin, eine Vorrichtung der eingangs er-

bei dem ein Teil des von einer Lichtquelle in Rieh- wähnten Art zu schaffen, welche zuverlässig arbeitet

tung auf eine Fotozelle ausgesandten Lichtes durch 60 und daoei vor allem die Auswirkung von Störein-

eineu einer solchen Schwärzung ausgesetzten Platten- flüssen ausschaltet oder zumindest unterdrückt, so

winkel hindurchgelenkt und dann einer Vergleichs- daß eine hohe Genauigkeit bei der Lichtdurchlässig-

fotoztlle zugeführt wird. Liegt nun das Ausgangs- keitsmessung erreicht werden kann,

signal dieser Vergleichsfotozelle unter einem be- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer

stimmten Sollwert, dann wird dies dadurch kompen- 65 Vorichtung der eingangs erwähnten Art dadurch ge-

siert, daß die Lichtquelle mittels einer geeigneten löst, daß ein impulsformender Schaltkreis zwischen

Schaltung stärker zum Leuchten gebracht wird. dem Oszillator und dem Eingang der Empfänger-

Es eehört ferner bereits eine Einrichtung zur Mes- schaltung vorgesehen ist, durch den ein Basissignal