DE2208904C3

DE2208904C3 - Gerät zur Messung von Sichtwetten

Info

Publication number: DE2208904C3
Application number: DE2208904A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-02-25
Filing date: 1972-02-25
Publication date: 1975-11-06
Also published as: FR2173148A1; DE2208904A1; GB1400311A; US3817623A; DE2208904B2; CA969775A; FR2173148B1

Description

durch ein zwischen Sender und Empfänger etwa ro- 55 gespeist werden wird. Schließlich würde_ die Verkrutationssymmetrisch um eine gemeir -ame Systemachse angeordnetes Blendensystem, welches vom Meßraum ringförmig umgeben ist, und eine gemeinsame Haltevorrichtung (19) für die Blenden, den

stung der Lichteintritts- und -austrittsöffnungen auf Grund des Einflusses von Salzwasser Geräte herkömmlicher Art in kürzester Zeit funktionsunfähig machen. Demgegenüber hat das erfindungsgemäße Gerät

Sender und den Empfänger innerhalb der durch die 60 den Vorteil, wartungsfrei über eine relativ große Zeit

kürzesten Strahlwege definierten Strahlungskegel.

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Messung von Sichtweiten in Luft und Wasser mit einem Lichtsender und einem photoelektrischen Empfänger, zwischen dedauer arbeiten zu können.

Zum Stand der Technik ist noch zu erwähnen, daß man bei Kalibriergeräten von Rückstreu-Sichtweitenmessern entsprechend einer völlig anderen Problematik in größerer Entfernung von den Lichteintritts- und -austrittsöffnungen Mattscheiben angeordnet hat. die den Effekt von Nebel oder Dunst simulieren sollen (Gbm 68 12 334). Bekannt ist es ferner, zur Eliminie-

des Verschmuizungseffekies das vom Sender in R^U'chtung auf den Empfänger direkt ausgestrahlte Licht • Verhältnis zum Streulicht zu setzen, das aus der flmecbung in Richtung auf den Emfpänger reflektiert

d (DT-OS 20 06 882). Der Verschmut/ungseinfluß ^W'h dadurch eliminiert werden, daß min das Verhältnis -wischen direktem und gestreutem Licht unabhängig " _m Verschmutzungsgrad der Lichieimrius- und -aus-Sttsöffnungen konstant hält

Die Erfind'ing wird ausführlich an Hand von drei Ausführungsbeispielen beschrieben, die in den F i g. 1 bis 3 schematisch dargestellt sind.

Die Lichtquelle t, 1. B. eine kleine Laserdiode aus ralliumarsenid, eir.e Lumineszenzdiode, eine konstant

nnende gegebenenfalls modulierte Glühlampe oder [ne kleine Funker.eniladungslampe, jedenfalls ein im Prinzip bisher bekannter Strahlungserzeuger im sichtbaren oder unsichtbaren Spektralgebiet, wird aus einem Stromversorgungsteil 2 von einer zentralen Batterie 14 gespeist. Die Lichtquelle 1 ist mit einer Mattscheibe 3 abgedeckt, die in Ausfallrichtung optisch omnidirektional streut, d.h. möglichst wenig Licht zurückwirft und möglichst viel Licht als Strahlung 4 diffus austreten läßt. Diese Strahlung 4 wird in den Meßraum 5 bei Anwendung der Vorwärtsstreuung entsprechend ;_: abnehmender Sichtweite zunehmend durch die Nebeltröpfchen, atmosphärischen Schmutzpartikeln oder Schwebstoffe im Wasser gestreut, so daß ein aus vielen Winkelrichtungen ankommender kleiner Strahlunt'santeil 6 auf die ebenfalls wie 3 ausgebildete lichtstreuende Mattscheibe 7 des Empfängers auffällt. Unmittelbar hinter dieser ist eine Photodiode 8 oder ein sonstiger ohotoelektrischer Empfänger angeordnet, dessen Sienale im Verstärker oder der togischen Schaltung 9 aufbereitet und einem Diskriminator 10 zugeführt werden der beispielsweise auf eine bestimmte Sichtweite einstellbar ist, einen Kontakt schließt bzw. durch einen Halbleiter einen Signalweg 15 freigibt.

Das Meßgerät ist bei der heutigen Baugröße von Halbleiterelementen maßstäblich in etwa gleicher Grö-Qe erstellbar wie in F i g. 1 dargestellt. Man kann das ganze Gerät durch eine umhüllende Vergußmasse schützen, so daß ein kompakter Baustein entsteht.

Die direkte Beaufschlagung der Empfänger-Mattscheibe 7 durch die Strahlung der Sender-Mattscheibe «5 3 wird dadurch unterbunden, daß in an sich bekannter Weise eine mindestens zwei Blendenkanten enthaltende Blende 11 z.B. mit U-Profil vorgesehen ist, wobei diese Blende 11 bei Betrieb in Luft durch Heizdrähte 12 isoliert durch die Schicht 131 so stark beheizt wird, daß kein Eisbesatz auftritt und anfällige Regentropfen schn-ll abtrocknen. Man kann aber auch am unteren Verbindungsstück des U-Profils die Heizung in den Vergußkörper einbauen und die Wärmeleitung des Profils ζ B. aus geschwärztem Kupfer, ausnutzen. Der Leistungsbedarf dieser Blendenkanten ist der höchste des ganzen Gerätes. Daher kommt es zur Verminderung des Heizbedarfes beim erfindungsgemäßen Gerat darauf an gerade durch dessen Kleinheit mit sehr kleinen Dimensionierungen der Blendenkanten auszukornmen In der Praxis braucht die Blende nie das Zehnfache des optisch aktiven Durchmessers der Mattscheiben zu übersteigen; oft reicht eine Dimensionierung der Mattscheiben von 10 mm und eine Blenden-Profilbreite unter 30 mm aus. Darüber hinaus kann man errindungsgemäfl die optisch wirksamen Blendenkanten nicht nur schwärzen sondern auch mit einem wasserabweisenden Überzug. ?.. R. einem Kunststoff auf Sihziumbasis, versehen, so daß die Abtrockungsleistung geringer ausfällt und die Tendenz zur Bildung von Einstallen gemindert oder ganz unterbunden ist.

Bei Betrieb im Wasser kann eine starke Blendenkantenheizunsj auch den Bewuchs von Algen unterbinaen. Erfindungsgemäß werden die Blendenkanten aus einem dem Bewuchs feindlichen Schwermetall, z. B. Kupfer, gefertigt und die Mattscheiben 3 und 7 aus einem ebenfalls bewuchsfeindlichen mattierten Borosiiikatglas. m dessen Oberfläche hilfsweise noch Scnwermetalhonen eingebettet sein können. Gegebenenfalls kann auch ein engmaschiges Schwermetall-Gitternetz in Aufdamp.-lechnik auf die dann vorwiegend in der inneren Glassiruktur matten Glasscheiben aufgedampft werden.

Abweichend von dem mit Vorwärtsstreuung arbeitenden Gerät der F 1 g. 1 ist die Erfindung auch furOeräte mit Rückwärtsstreuung anwendbar, wie es ¹¹S=- zeigt. In F i g. 2 sind für gleichartige Teile die gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 verwendet. In diesen'1 Falle wird ein Teil der einfallenden Strahlung 4 im MeM-raum 5 zunickgesireut. so daß ein sichtweitenabhangiger Strahlungsanteil 6 beim Empfänger ankommt. Audi hier muß man durum bemüht bleiben, daß der Cesa.ntweg zwischen der Sender-Mattscheibe 3 und der l-.mp fänger-M-mscheibe 7 vernachlässigbai klein gegenüber ck-i kleinsten zu messenden Sichtweite ist. /. B. kleiner als /iü Dies ist aber bei der Dimensionierungsempteh lung der vorliegenden Erfindung in jedem Falle ge währieistet. da Lichiwege von nur 51 bis 10 cm bcrens für das Meßprinzip ausreichen, so daß selbst Sichtweiten bis herab zu ' /: m noch meßbar sind.

Derartig kleine Sichtweiten kommen häutig in schmutzigen oder mit Schwemmstoffen beladenen bewässern vor. Daher ist ein weiterer Gedanke der LrIindung, die gesamte Einrichtung einschließlich der Mauscheiben wasserdicht einzugießen und zur Messung der Trübung von Meer- oder Fluß- oder Seewasser sowie zur Messung der Trübung industrieller Abwasser in situ einzusetzen. Hierbei kann man - wie die rotauonssymmetrische weitere Ausführungsform der Erfindung gemäß F ig. 3 zeigt - das Interferenzfilter 7a als gesonderte Einheit ausbilden und zwischen die Mattscheibe 7 und Fotodiode 8 setzen. Man kann aber auch die erforderliche Aufdampfung der Filterschichten fur den Durchlaßbereich der Laser- oder Fluoreszenzstrahlung der Strahlungsquelle 1 direkt auf die Ruckseite der Mattscheibe7 aufdampfen. _Λ .. i„

Gemäß F ig. 2 und 3 kann man die Heizung cks U-Profils der Blende 11 auch durch einen festver schraubten Transistor 17 bewirken, wobei ein mn gutem Wärmekontakt zu dem U-Prefi! versehener Transistor 18 die Temperatur erfaßt und dementsprechend zur Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur den Heiztransistor 17 in bekannter Weise regelt.

Im Falle der F i g. 3 ist die zu «"«sende Atmosphäre oder Hydrosphäre ringsherum um das ζ B. kreisförmige Blendenpaar 11 angeordnet, und der heizende Transistor 17 kann beide Blenden des Paares heizen. Es ist auch möglich, zwei Heiztransistoren 17 zu verwenden und jeden mit einer Scheibe des Blendenpaares Il zu rschrauben. Die Temperatur wird ™*'™™J»£_r den zugeordneten Thermistor 18 erfaßt, der den oder die Heiztransistoren 17 in bekannter Weise regelt

Zur Halterung von Sender und Empfanger kann man - wie F ig 3 zeigt - z. B. in Achsennähe eine gemeinsame Haltevorrichtung 19 anordnen, dis innerhalb der sTahlungskege. so liegt, daß das Beotachtungsvojumen 5 nicht gestört wird. Wiederum w.rd man fu. das

Blendenmaterial 11 zweckmäßig ein gut wärmeleitendes, zugleich für Algenbewuchs toxisches Schwermetall, beispielsweise Kupfer, verwenden, das sich auch gut mit einer zeitbeständigen Schwärzung durch Überflächenbehandlung versehen läßt.

Schließlich kann man den Hauptgedanken der Erfindung, nämlich die Schaffung eines miniaturisierten extrem stromsparenden Nebelfilters oder Sichtweilenmeßgerätes, in an sich bekannter Weise, noch dadurch ausbauen, daß man parallel zu der Batterie 14 eine Silizium Fotozellenanordnung 20 schaltet, die bei Auftreffen von hellem Tageslicht die Batterie 14 stetig lädt. Besonders nützlich ist diese Fotozellenanordnung bei Bojen. Die überwiegende Zeit herrscht ja kein Nebel

IO und während dieser Zeit wird dann tagsüber die Batterie 14 nachgeladen, während bei Nebel meist auch am Tage die abgegebene Leistung der Sonnenbatterie 20 zum Betrieb kaum ausreicht. Insgesamt aber vermag diese gegebenenfalls baulich mit der Anordnung vereinigte Sonnenbatterie; den Gesamtverbrauch der Anordnung, der aus der Bojenbatterie gedeckt werden muß, drastisch zu mindern.

Die Erfindung ergibt somit ein universell anwendbares Gerät, das in preiswerter Form herstellbar ist und bei entsprechender Konstruktion sowohl in der Atmosphäre wie in Flüssigkeiten zur Trübungsmessung eingesetzt werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 20

1. Gerät zur Messung von Sichtweiten in Luft und Wasser mit einem Lichtsender und einem photoelektrischen Empfänger, zwischen denen eine die direkte Beaufschlagung einer Lichteintrittsöffnung des Empfängers durch die aus einer Lichtaustrittsöffnung des Lichtsenders abgestrahlten Lichtstrahlen verhindernde Blende angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichteintritts- und -austrittsöffnung (1. 8) von optisch omnidirektional streuenden Scheiben (3,7) abgedeckt sind, deren aktive Fläche nur wenig größer als die Lichteintrittsbzw, -austrittsöffnung (1, 8) des Lichtsenders bzw. -empfängers ist und die Blende (11) um weniger als eine Dekade größer als eine der Scheiben ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (J!) mindestens an ihren aktiven Blendenkanten beheizbar ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Durchmesser der empfänger- und senderseitigen Streuscheibe (3, 7) kleiner als etwa 25 mm und die geheizte Kantenlänge der Blende (11) kleiner als 100 mm ist.

4. Gerät nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß seine Bauteile als eine gemeinsame Baugruppe in einem gemeinsam umhüllenden Gießharz (16) wasser- und luftdicht abgekapselt sind.

5. Gerät für Unterwasserbetrieb nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch Streuscheiben (3, 7) aus bewuchsfeindlichem Mattglas, vorzugsweise Borosilikatglas mit hilfsweise aufgedampften Schichtkomponenten aus einem Schwermetall.

6. Gerät nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (11) aus einem geschwärzten Schwermetall, vorzugsweise Kupfer oder Messing, besteht.

7. Gerät nach Anspruch I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (11) aus einem gut wärme leitenden, für Algenbewuchs toxischen Schwerme tail, vorzugsweise Kupfer, besteht.

8. Gerät nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (11) U-förmig ausgebildet ist und am Stegteil des U eine Heizvorrichtung (17, 18) enthält.

9. Gerät nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beheizung thermisch fest mit der Blende (11) verbundene Transistoren (17) vorgesehen sind, die thermostatisch durch ein mit dem Blendenprofil verbundenes Thermistorsystem gesteuert werden, und daß die Blende (11) wärmeisoliert angeordnet ist.

10. Gerät nach Anspruch 1 bis 9, gekennzeichnet

nen eine die direkte Beaufschlagung einer Lichieintrittsöffnung des Empfängers durch die aus einer Lichtaustrittsöffnung des Lichtsenders abgestrahlten Lichtstrahlen verhindernde Blende angeordnet ist.
Bekannte Sichtweitenmeügeräie der vorgenannten Art arbeiten sehr befriedigend, wenn es sich um die Messungen größerer Sichtweiten handelt. Bu der Messung kleinerer Sichtweiten, z. B. von weniger als 1 50 m, spiel» die zunehmende Verschmutzung der Lichuius ,o tritfs- bzw. -eintritlsöffnungcn beim Sendei bzw. Empfänger eine erhebliche Rolle. Außerdem verbrauchen diese bekannten Sichtweitenmesser so viel Energie, dall beispielsweise bei einer Versorgung aus elektrischen Batterien diese häufig ersetzt werden müssen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Gerät der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das zu seinem Betriebe mit wenig Energie auskommt und durch Verschmutzungen der Optik in seiner Fur.ktionsfähigkeit nicht beeinflußt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lichteintritts- und -austrittsöffnung von optisch omnidirektional streuenden Scheiben abgedeckt wird, deren aktive Fläche nur wenig größer als die Lichteintrius- bzw. -austrittsöffnung des Lichtsenders bzw. -empfängers ist, und die Blende um weniger als eine Dekade größer als eine der Scheiben ist.

Sole ζ optisch omnidirektional streuende Scheiben haben zur Folge, daß zusätzliche lichtstreiiende Partikeln wie Staub, Salzkristalle oder leichter Algenbewuchs sie nicht mehr matter machen. Durch derartige Verunreinigungen wird darüber hinaus die Lichtdurchlässigkeit nur in einem vernachlässigten Maße verringert, so daß auf besondere Reinigungsvorrichtungen verzichtet werden kann.

Andererseits werden durch die Trübung des Mediums bei kleinen und kleinsten Sichtweiten auch die durch die Mattscheiben tretenden Lichtstrahlen in genügendem Maße reflektiert, so daß eindeutige Meßergebnisse entstehen. Dabei können die Lichteintriits- und -austrittsöffnungen sehr nahe zusammengebracht werden, so daß sich der Raumbedarf des Gerätes erheblich vermindert und zur Erzeugung der notwendigen Lichtstrahlen nur relativ kleine Energiemengen benötigt werden.

Die Vorteile gegenüber Sichtweitengeräten ohne die erfindungsgemäßen Streuscheiben (Gbm 66 08 498) für spezielle Anwendungszwecke liegen auf der Hand. Wenn der erfindungsgemäße Sichtweitenmesser beispielsweise zur Meldung von Sichtweiten auf Wasserwegen auf Bojen installiert werden muß, steht zur Unterbringung des Gerätes nur ein kleiner Raum zur Verfugung. Außerdem muß die zur Versorgung des Gerätes notwendige Energiemenge möglichst klein gehalten werden, da es in den meisten Fällen aus einer Batterie