DE2303040B2 - Optisches messgeraet, insbesondere zur rauchdichte- oder sichtweitemessung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Meßgerät, insbesondere zur Rauchdichte- oder Sichtweitemessung, mit einer Lichtquelle, einem optischen System zur Erzeugung eines über eine Meßstrecke laufenden Lichtbündels, einem von diesem Lichtbündel beaufschlagten Umkehrreflektor und einem im Strahlengang des Lichtbündels vor der Meßstrecke geneigt zur optischen Achse angeordneten Strahlenteiler, durch welchen von dem Umkehrreflektor zurückgeworfenes Licht auf einen photoelektrischen Empfänger geleitet wird, mit einem vor der MeEstrecke angeordneten, periodisch in den Strahlengang bringbaren Reflektor zur Erzeugung eines abwechselnd mit dem Meßlichtstrom den Empfänger beaufschlagenden Referenzlichtstromes und mit einer an den Empfänger angeschlossenen Auswerteschaltung.

Es ist bereits: ein Zweistrahl-Photometer bekannt (DT-OS 15 72(581), bei dem ein lichtelektrischer Strahlungsempfänger mittels einer optischen Umschalteinrichtung periodisch abwechselnd von der durch eine Modulationseinrichtung in Form einer Lochscheibe modulierten Strahlung eines Meß- und eines Vergleichsstrahlenbündels beaufschlagt wird und bei dem die elektrischen Signale des Strahlungsempfängers nach gemeinsamer Verstärkung zum Zwecke der elektrischen Quotientenbildung wieder getrennt und gleichgerichtet werden.. Die optische Umschalteinrichturig besteht dabei aus einer periodisch in den Strahlengang der Lichtquelle eintauchenden reflektierenden Fläche. Die Verwendung einer spiegelnd reflektierenden Fläche zur Erzeugung des Vergleichsstrahlenganges hat jedoch den Nachteil, daß es schon bei geringfügigen Kippungen des Spiegels zu erheblichen Dejustierungen kommen kann. Aus diesem Grunde ist bei einem photoelektronischen Rauchdichtemeßgeräl. (DT-OS 16 23071) bereits versucht worden, ein Vergleichsstrahlenbündel dadurch zu erzeugen, dalS periodisch ein Umkehrreflektor in den Strahlengang eingeschwenkt wird. Der Reflektor des bekannten Rauchdichtemeßgerätes muß jedoch relativ großflächig ausgebildet sein. Wegen des hohen Reflexionsvermögens; können außerdem schon geringfügige Verunreinigungen beträchtliche Meßfehler hervorrufen.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein optisches Meßgerät der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei dem der Aufwand für die Justierung des Vergleichsstrahlenganges unter Verwendung eines relativ kleinflächigen Reflektors sowie der Aufwand für die elektronische Auswertung der Empfangssignale geringgehalten werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der Reflektor zur Erzeugung des Referenzlichtstroms aus einer mittels einer Welle angetriebenen Sektorscheibe besteht, welche eine diffus reflektierende Fläche aufweist, daß eine ebenfalls von der Welle angetriebene, das Lichtbündel modulierende Lochscheibe vorgesehen ist, und daß die Lochscheibe zwischen Strahlenteiler und Lichtquelle und die Sektorscheibe zwischen Strahlenteiler und Meßstrecke angeordnet ist. Aufgrund dieser Ausbildung kommt man nicht nur mit einer relativ kleinen diffus reflektierenden Fläche aus, sondern es wird trotz Verwendung einer relativ gering reflektierenden Fläche noch ein voll ausreichender Lichtstrom im Vergleichsstrahlengang erzielt. Durch Verwendung der diffus reflektierenden Fläche ist die Lichtintensität im Vergleichsstrahlengang auch besonders unempfindlich gegen etwaige Zitter- und Flatterbewegungen der Sektorscheibe im Betrieb. Ein weiterer Vorteil besteht in der kompakten baulichen Anordnung der einzelnen Bauteile.

Die Sektorscheibe weist vorzugsweise zwei diametral einander gegenüberliegende sich über je 90° erstrekkende Flügel auf.

Nach einer weiteren Ausführungsform weist die Sektorscheibe in einem zentralen Bereich zwei radial und um 90° winkelmäßig gegeneinander versetzte Paare von kreisbogenförmigen, sich über je 90° erstreckenden Schlitzen auf, hinter welchen zwei weitere entsprechend der Anordnung der Schlitze radial gegeneinander versetzte photoelektrische Empfänger angeordnet sind, die zur Erzeugung von Triggersignalen für die Auswerteschaltung durch die Schlitze hindurch belichtbar sind. Dabei kann zur Belichtung der beiden

weiteren, die Triggersignale erzeugenden photoelektrischen Empfänger wenigstens ein von der Lichtquelle zu der Sektorscheibe geführter Lichtleiter vorgesehen sein.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt s

F i g. I eine bevorzugte Ausführungsform,

F i g. 2 die zugehörige Sektorscheibe,

F i g. 3 die Lochscheibe bei der Anordnung von F i g. 1 und

F i g. 4 schematisch die zugehörige Schaltung. ι ο

Nach der Zeichnung sendet eine Lichtquelle (Lampenwendel) 40 ein Lichtbündel zu einer Linse 42, welche ein paralleles Lichtbündel bildet und auf eine Linse 44 lenkt. Durch die Linse 44 wird das Lichtbündel in der Ebene einer Lochscheibe 46, und zwar auf einem Lochkranz 48 derselben, fokussiert. Hinter dem Lochkranz 48 sitzt ein Mikroobjektiv 50. Eine Frontlinse 52 erzeugt ein paralleles Lichtbündel 54, weiches über eine Meßstrecke auf einen Umkehrreflektor in Gestalt eines Tripelspiegels 56 fällt. Der Tripelspiegel 56 ist in seinen Abmessungen kleiner als der Querschnitt des Bündels 54. Deshalb muß dafür gesorgt werden, daß in der Ebene des Tripelspiegels 56 ein gleichmäßig ausgeleuchteter Lichtfleck erzeugt wird, so daß die gegenseitige Justierung von Sender-Empfänger-Einheit und Tripelspiegel 56 unkritisch wird. Es dürfen in dieser Ebene also nicht die Wendelstrukturen der Lichtquelle 40 erscheinen. Das geschieht bei der beschriebenen Anordnung dadurch, daß von dem Mikroobjektiv 50 ein Lichtquellenbild auf die Frontlinse 52 abgebildet wird und außerdem in der Ebene des Tripelspiegels 56 eine bündelbegrenzende Blende 58 in dem parallelen Strahlengang zwischen den Linsen 42 und 44 abgebildet wird, die im wesentlichen gleichmäßig ausgeleuchtet ist. Das zurücklaufende Lichtbündel, welches gestrichelt angedeutet ist, fällt auf einen unter 45° zur Bündelachse geneigten halbdurchlässigen Spiegel 60 und wird von diesem teilweise auf einen photoelektrischen Empfänger 62 reflektiert. Auf den photoelektrischen Empfänger 62 fällt so ein Meßlichtstrom, der vom Zustand der Meßstrecke abhängt, also beispielsweise davon, in welchem Maße Licht auf der Meßstrecke durch Absorption verlorengeht.

Auf der Welle 64 der Lochscheibe, die von einem Motor 66 angetrieben wird, sitzt weiterhin eine Sektorscheibe 68. Die Sektorscheibe taucht in den Strahlengang ein, und zwar zwischen dem teildurchlässigen Spiegel 60 und der Frontlinse 52. Der teildurchlässige Spiegel 60 und das Mikroobjektiv 50 liegen somit zwischen der Lochscheibe 46 und der Sektorscheibe 68.

Die Sektorscheibe 68 weist zwei Flügel 70 und 72 auf, die sich jeder über einen Winkel von ungefähr 90° erstrecken und einander diametral gegenüberliegen. Außerdem weist die Sektorscheibe 68 einen zentralen Teil 74 auf. In diesem zentralen Teil 74 sind vier sich jeweils über 90° erstreckende kreisbogenförmige Schlitze 76, 78 bzw. 80, 82 vorgesehen. Die Schlitze 76 und 78 liegen dabei einander diametral gegenüber und sind um 90° winkelmäßig versetzt gegen die Schlitze 80 und 82. Die Schlitze 76 und 78 sind außerdem radial gegen die Schlitze 80 und 82 versetzt, d. h. sie liegen auf einem größeren Radius.

Durch einen Lichtleiter 84 wird Licht von der Lichtquelle 40 bis in den Bereich der Schlitze 76 bis 82 geleitet. Auf der Seite der Sektorscheibe 68, die dem Lichtleiter 84 abgewandt ist, sind zwei photoelektrische Empfänger, beispielsweise zwei Phototransistoren 86, 88, angeordnet, wobei der eine Phototransistor 86 auf dem Radius der Schlitze 80,82 und der Phototransistor 88 auf dem Radius der Schlitze 76, 78 angeordnet ist. Durch diese beiden Phototransistoren 86 und 88 werden um 90° gegeneinander phasenverschobene Triggersignale für die Auswerteschaltung erzeugt. Die Auswerteschaltung ist in F i g. 4 dargestellt. Das Signal des von einem Photoelement gebildeten photoelektrischen Empfängers 62 wird durch einen Verstärker 90 verstärkt. Ein aktiver Hochpaß 92 entfernt aus dem Signal den Gleichstrom, der beispielsweise auf nichtmoduliertes Fremdlicht zurückzuführen ist. Das so erhaltene Wechselstromsignal wird von einem idealen Gleichrichter 94 gleichgerichtet.

Das Photoelement 62 liefert eine Impulsfolge infolge der Modulation des Lichts durch die Lichtquelle 40. Dieser Impulsfolge ist in der Regel ein Gleichstromanteil überlagert, der von dem nichtmodulierten Fremdlicht herrührt. Dieser Anteil wird durch den aktiven Hochpaß 92 herausgesiebt. Der ideale Gleichrichter richtet dann die verbleibenden Impulse gleich, so daß ein geglättetes Signal erhalten wird, dessen Höhe der Amplitude der einzelnen Impulse proportional ist. Es fällt nun auf das Photoelement 62 moduliert mit der Frequenz des Lochkranzes 48 abwechselnd ein Meßlichtstrom, wenn die Sektoren 70 und 72 den Strahlengang freigeben und das Licht über die Meßstrecke geleitet wird, oder ein Referenzlichtstrom, wenn einer der Sektoren 70 oder 72 in den Strahlengang eintaucht und das von dem Sektor diffus reflektierte Licht auf den Empfänger 62 gelangt. Es entsteht somit am Ausgang des Gleichrichters 94 ein Rechtecksignal mit der doppelten Umlauffrequenz der Sektorscheibe 68. Mit dieser Frequenz werden elektronische Schalter 96, 98 gegenphasig oder — bezogen auf die Umlauffrequenz der Sektorscheibe 68 — mit 90° Phasenverschiebung gesteuert. Das von dem Meßlichtstrom herrührende Signal wird auf eine Verstärker- und Speichereinheit 100 und das von dem Referenzlichtstrom herrührende Signal jeweils auf eine Verstärker- und Speichereinheit 102 gegeben. Diese beiden Einheiten beaufschlagen einen Quotientenbilder 104, welcher beispielsweise ein der Transmission auf der Meßstrecke proportionales Signal abgibt.

Bei der beschriebenen Anordnung wird durch die gleichmäßige Ausleuchtung in der Ebene des Umkehrreflektors 56 eine Justierunempfindlichkeit der Sender-Empfänger-Einheit gegenüber dem Reflektor 56 erhalten. Es erfolgt eine Modulation des Lichtes, so daß die Anordnung unempfindlich gegen Fremdlicht ist. Für Lochscheibe und Sektorscheibe ist ein einziger Motor erforderlich, der beide Scheiben gemeinsam antreibt. Die Konstruktion wird daher sehr einfach. Durch die Verwendung diffus reflektierter Strahlung als Referenzlichtstrom wird eine weitgehende Justierunempfindlichkeit hinsichtlich der Sektorscheibe erreicht. Es ist zwar eine Modulation der Strahlung vorgesehen. Da jedoch nur eine Modulationsfrequenz auftritt, kann die Demodulation mit einem einfachen Gleichrichter erfolgen. Die Umschaltung über optische Sleuerglieder in Gestalt der Phototransistoren 86 und 88 macht dann die Auswerteschaltung außerordentlich einfach und betriebssicher.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Optisches Meßgerät, insbesondere zur Rauchdichte- oder Sichtweitemessung, mit einer Lichtquelle, einem optischen System zur Erzeugung eines über eine Meßstrecke laufenden Lichtbündels, einem von diesem Lichtbündel beaufschlagten Umkehrreflektor und einem im Strahlengang des Lichtbündels vor der Meßstrecke geneigt zur optischen Achse angeordneten Strahlenteiler, durch welchen von ι ο dem Umkehrreflektor zurückgeworfenes Licht auf einen photoelektrischen Empfänger geleitet wird, mit einem vor der Meßstrecke angeordneten, periodisch in den Strahlengang bringbaren Reflektor zur Erzeugung eines abwechselnd mit dem Meßlichtstrom den Empfänger beaufschlagenden Referenzlichtstromes und mit einer an den Empfänger angeschlossenen Auswerteschaltung, d a durch gekennzeichnet, daß der Reflektor zur Erzeugung des Referenzlichtstroms aus einer mittels einer Welle (64) angetriebenen Sektorscheibe (68) besteht, welche eine diffus reflektierende Fläche aufweist, daß eine ebenfalls von der Welle (64) angetriebene, das Lichtbündel modulierende Lochscheibe (46) vorgesehen ist, und daß die Lochscheibe (46) zwischen Strahlenteiler (60) und Lichtquelle (40) und die Sektorscheibe (68) zwischen Strahlenteiler (60) und Meßstrecke angeordnet ist.

2. Optisches Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sektorscheibe (68) zwei diametral einander gegenüberliegende, sich über je 90° erstreckende Flügel (70,72) aufweist.

3. Optisches Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sektorscheibe (68) in einem zentralen Bereich (74) zwei radial und um 90° winkelmäßig gegeneinander versetzte Paare von kreisbogenförmigen, sich über je 90° erstreckenden Schlitzen (76, 78; 80, 82) aufweist, hinter welchen zwei weitere entsprechend der Anordnung der Schlitze radial gegeneinander versetzte photoelektrische Empfänger (86, 88) angeordnet sind, die zur Erzeugung von Triggersignalen für die Auswerteschaltung (90 bis 104) durch die Schlitze hindurch belichtbar sind.

4. Optisches Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Belichtung der beiden weiteren, die Triggersignale erzeugenden photoelektrischen Empfänger (86, 88) wenigstens ein von der Lichtquelle (40) zu der Sektorscheibe (68) geführter Lichtleiter (84) vorgesehen ist.