DE2303040C3 - Optisches Meßgerät, insbesondere zur Rauchdichte- oder Sichtweitemessung - Google Patents
Optisches Meßgerät, insbesondere zur Rauchdichte- oder SichtweitemessungInfo
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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
LichtbUndcls, einem von diesem LichtbUndel beaufschlagten Umkehrreflektor und einem im Strahlengang
des l.ichtbundels vor der MeBstrecke geneigt zur
optischen Achse angeordneten Strahlenteiler, durch welchen von 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 Msßlichtstrom
den Empfänger beaufschlagenden Referenzlichtstromes und mit einer an den Empfänger angeschlossenen
Auswerteschaltung,
Es ist bereits ein Zweistrahl-Photometer bekannt
(DE-OS 15 72 681), 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
ίο elektrischen Signale des Strahlungsempfängers nach
gemeinsamer Verstärkung zum Zwecke der elektrischen Quotientenbildung wieder getrennt und gleichgerichtet
werden. Die optische Umschalteinrichtung besteht dabei aus einer periodisch in den Strahlengang
Jer 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
Rauchdichtemeßgerät (DE-OS 16 23 071) bereits versucht worden, ein Vergleichsstrahlenbündel dadurch
zu erzeugen, daß 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 di'fus 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
fto Sektorscheibe in einem zentralen Bereich zwei radial
und um 90° winkelmäBig gegeneinander versetzte
Paare von kreisbogenförmigen, sich über je 90° erstreckenden Schlitzen auf, hinter welchen zwei
weitere entsprechend der Anordnung der Schlitze radial
<>s 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 Sekiorscheibe geführter Lichtleiter vorgesehen sein.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt
Fig. 1 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.
Nach der Zeichnung sendet eine Lichtquelle (Lampenweidel)
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 Lochkranz48 sitzt ein Mikroobjektiv 50. Eine Frontlinse
52 erzeugt ein paralleles Lichtbündel 54, welches 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 werdvn, daC 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
Lichtqucllenbild 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 ausge'feuchtet ist.
Das zurücklaufende Lichtbündel, we.-'hes 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 pin 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 Sektorscheihe 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 Phototrflnsistoren 86, 88, angeordnet, wobei der eine Phototransistor 86 au!
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 Fig.4 dargestellt. Das Signal des von
ίο 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 Wechselstrom ignal wird von einem idealen Gleichrichter 94 gleichge ichtet.
Das Photoelemenl 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 uurch 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 Refererizlichtstrom,
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 Schaller
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. Fü,·
Lochscheibe und Sektorscheibe ist ein einziger Motor erforueriich, der beide Scheiben gemeinsam antreib;.
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 d°r Strahlung vorgesehen. Da jedoch
(10 nur eine Modulationsfrequenz auftritt, kann die
Demodulation mit einem einfachen Gleichrichter erfolgen. Die Umschaltung über optische .Steüerglicder
in Gestalt der Phototransistoren 86 und 88 macht dann die Auswerteschaltung außerordentlich einfach und
ds betriebssicher.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
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 Lichtbündei 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 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 Lichtbündei 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 ,inspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die S^kf.orscheibe (68) in einem
zentralen Bereich (74) zwei τε hai 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.
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