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Anordnung zur berührungslosen Erfassung der Temperaturstrahlung eines
Infrarotstrahlers.
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Zusatz zum Patent 2105 512 (VPA 71/7507) Gegenstand des Hauptpatentes
2105 512 ist eine Anordnung zur bertilirungslosen Erfassung der Temperaturstrahlung
eines Infrarotstrahlers mit einem Strahlungsempfänger aus einer BrUkkenschaltung
von strahlungsempfindlichen Widerständen aus zweiphasigem Halbleitermaterial. Der
Strahlungsempfänger bildet einen Teil der Wandung eines temperaturstabilisierten
Hohlraumstrahlers.
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Zum Feststellen von Behlstellen in einer bewegten Materialbahn, beispielsweise
einer Kunststoffolienbahn, insbesondere einem zum Kohletransport dienenden Gummiförderband,
ist es wichtig, daß entsprechende Steuermaßnahmen beim Auftreten jedes einzelnen
Fehlers der bewegten Bahn ohne Zeitverzögerung eingeleitet werden. Bei verhältnismäßig
langen Bandstraßen mit breiten Gurten zur Förderung großer Mengen stellt die Materialbahn
einen verhältnismäßig hohen Wert dar. Im Falle eines Bandrisses, insbesondere bei
Kohleförderbändern eines Bandlängenrisses, der beispielsweise durch eingeklemmte
Metallteile an der Beladungsstelle verursacht werden kann, muß deshalb der Bandantrieb
umgehend abgeschaltet werden.
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Man kann nun Wächterorgane, beispielsweise Magnete oder elektrische
Leiterschleifen aus einem Metallgeflecht, in das Band einschließen. Diese leitfähigen
Anlagen in der Materialbahn dienen dann als Steuer organ, das mit einem Uberwachungskreis
gekoppelt ist, der auf den Bandantrieb einwirkt.
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Nach der deutschen Patentschrift 1137 676 kann eine galvanische Kopplung
dieser Einlagen mit dem Steuerkreis versehen
sein. Die Einlagen
sind dann durch direkte Berührung mit dem Steuerkreis verbunden. Aus der deutschen
Patentschrift 1233 323 ist auch eine Einrichtung zur Bestimmung von Fehlstellen
mit in dem Band eingelagerten- Steuerorganen bekannt, die mit dem Steuerkreis elektromagnetisch
bzw. induktiv gekoppelt sind. Als Steuerorgan kann beispielsweise ein in die Materialbahn
eingelegtes Drahtseil dienen. Diese Einrichtungen erfordern eine besondere Gestaltung-der
Materialbahn.
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Es sind ferner Überwachungseinrichtungen für Materialbahnen bekannt,
bei denen die Bahn selbst nicht verändert wird. Nach dem DDR-Wirtschaftspatent Nr.66
594 können auf den Tragrollen einer Bandanlage Scheiben aufgesetzt und symmetrisch
zu jeder Scheibe können dicht unter dem Förderband Endschalter angeordnet sein.
Im Bereich der Scheibe wird das Förderband auf seiner Bewegungsebene abgehoben.
Wird das Band an dieser Stelle geschlitzt, so fällt die Bandseite, die nicht mehr
von der Scheibe getragen wird, auf die Tragrolle zurück und der unter dem Förderband
angeordnete Endschalter wird ausgelöst und der Bandantrieb ausgeschaltet. Mit dieser
Uberwachungseinrichtung wird somit der Bandantrieb erst ausgeschaltet, wenn die
Zerstörung des Bandes bereits verhältnismäßig weit fortgeschritten ist.
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Kleinere Fehlstellen können mit einer aus der deutschen Auslegeschrift
1903 442 bekannten photoelektrischen Abtastvorrichtung festgestellt werden, die
mit einem lichtempfindlichen Wandler versehen ist, dessen elektrische Impedanz eine
Funktion der Intensität der von einem zu beobachtenden Materialbahn-Bereich auf
das lichtempfindliche Bauelement fallende Strahlung ist. Mit einer an den Wandler
ångeschlossenen Speichervorrichtung, deren Ladungsänderung eine Funktion der Intensität
der auf den Wandler fallenden Strahlung ist, wird das Ausgangssignal gebildet. Diese
Abtastvorrichtung enthält einen Generator, der durch einen Laiimpuls die Speichervorrichtung
periodisch auflädt. Der Wandler ist zu der Speichervorrichtung im NebE)nschluß geschaltet
und bildet für diese eine Entladungsstrecke. Die Ausgangsschaltung ist
in
der außerdem noch den Generator und die Speichervorrichtung umfassenden Aufladungsstrecke
angeordnet. Da die Entladung eines voll aufgeladenen Kondensators zunächst sehr
schnell erfolgt, erhält man eine relativ große -Ladungsänderung der Speichervorrichtung,
wenn der Entladungskreis im Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ladeimpulsen
geschlossen wird. Aus dieser,Ladungsänderung wird das Ausgangssignal gebildet. Eine
Abtastvorrichtung, die mit sichtbarem Licht arbeitet, ist jedoch nur geeignet für
Materialbahnen mit verhältnismäßig geringer Dicke. Sie benötigt außerdem eine zusätzliche
Strahlungsquelle, die im allgemeinen moduliert betrieben werden muß. Diese Einrichtung
ist nur zur Überwachung von Materialbahnen ohne größere Farb- und Oberflächenstrukturänderungen
geeignet.
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Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß Fehlstellen in einem
sich bewegenden Band im allgemeinen durch Reibung von Fremdkörpern an dem Material
der Bahn entstehen und daß die dabei entstehende Reibungswärme zur Steuerung des
Bandantriebs ausgenutzt werden kann.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, die bekannte Abtastvorrichtung
mit einem Strahlungsempfänger zu verbessern. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß
die Anordnung zur berührungslosen Erfassung der Temperaturstrahlung eines Infrarotstrahlers
nach dem Hauptpatent in einer Einrichtung zur Bestimmung von Fehlstellen einer sich
bewegenden Materialbahn, insbesondere einem Gummiförderband, als Strahlungsdetektor
verwendet, der eine durch die Pehlstelle hervorgerufene Anderung der infraroten
Temperaturstrahlung der Materialbahn in ein elektrisches Signal umsetzt.
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Diese Einrichtung ist so empfindlich, daß bereits bei geringer relativer
Änderung der Infrarotstrahlung des Bandes, die durch Reibungswärme in einem vorbestimmten
Bereich des Bandes entsteht, ein Ausgangssignal gebildet wird, das vorzugsweise
zur Steuerung des Bandantriebes verwendet werden kann.
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Mit dieser Einrichtung kann somit die Materialbahn bereits abgeschaltet
werden, bevor größerer Schaden entsteht.
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Die Infrarot-Detektoranordnung enthält Widerstände mit einem Halbleiterkörper
aus einer AIIIBv-Verbindung, deren Kristall parallel zueinander ausgerichtete eutektische
Ausscheidungen einer zweiten kristallinen Phase aus elektrisch besser leitendem
Material enthält, deren Abstand zueinander gleich oder kleiner als die Vakuuswellenlänge
der zu empfangenden Strahlung ist.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug
genommen, in der ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Bestimmung von Fehlstellen
in einer sich bewegenden Materialbahn nach der Erfindung schematisch veranschaulicht
ist.
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Die von einem Förderband 50 ausgesandte Temperaturstrahlung wird durch
ein als Linse 2 dargestelltes Infrarotobjektiv fokussiert und einem Strahlungsempfänger
4 mit vier strahlungsempfindlichen Widerständen vorgegeben, die in einem Meßkopf
3 angeordnet sind, der in der Figur lediglich schematisch durch eine gestrichelte
Linie angedeutet ist. Die als nicht näher bezeichnete Pfeile angedeuteten Strahlen
fallen auf zwei Meßwiderstände 6 und 7. Zwei weitere Widerstände 8 und 9, die als
Vergleichswiderstände dienen, sind so angeordnet, daß sie von der empfangenen Strahlung
nicht erreicht werden. Dem Eingang der Widerstandsbrückenschaltung des Strahlungsempfängers
4, dessen eine Eingangsklemme 12 an einen Wechselspannungsgenerator 15 angeschlossen
ist, und dessen andere Eingangsklemme 13 auf Null-Potential liegt, wird eine Wechselspannung
vorgegeben, deren Amplitude und Frequenz konstant sind. Die Gleichspannungs-Eingangsklemmen
des Generators 15 sind mit P und N bezeichnet. Die Spannung U5 an den Ausgangsklemmen
17 und 18 der Brilckenschaltung 4 kann vorzugsweise über einen Transformator 20
und einen Verstärker 22 einem phasenrichtig gesteuerten Gleichrichter 24 mit anschließendem
Integrierglied 29 vorgegeben sein. Das Integrierglied 29 kann beispielsweise ein
RC-Glied mit einem Widerstand 30 und einer Integrierkapazität 31 enthalten. Der
Gleichrichter- 24 wird in Abhängigkeit von der Phasenlage der Eingangswechselspannung
UO
der Brückenschaltung 4 gesteuert und ist zu diesem Zweck an einen Ausgang des Generators
15 angeschlossen.
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Dem Integrierglied 29 ist ein Differenzierglied 34 sowie ein Grenzwertmelder
38 nachgeschaltet, dessen Ausgangsklemme mit 42 bezeichnet ist.
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Die Zeitkonstante des Integriergliedes 29 ist so bemessen, daß die
von der Frequenz der Brückenspeisespannung No verursachte Welligkeit weitgehend
geglättet wird. Dagegen werden die durch Änderung der Strahlungsintensität hervorgerufenen
langsameren Änderungen der Signalspannung US jedoch nicht wesentlich abgeschwächt.
Das Differenzierglied 34 überträgt die vom Integrierglied 29 durchgelassene- Signaländerung.
Der Grenzwertmelder 38 ist so beschaltet, daß an seinem Ausgang 42 ein Steuersignal
erscheint, wenn die positive Änderungsgeschwindigkeit der Signalspannung U5 einen
vorgegbenen Grenzwert überschreitet.
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Diese Anderungsgeschwindigkeit ist eine Folge einer schnellen Temperaturerhöhung
der vom Detektor 4 erfaßten Oberflächenzone des Förderbandes 50, die durch Reibungs-
und Verformungsarbeit, beispielsweise durch eingeklemmte Fremdkörper, hervorgerufen
sein kann.
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Um sicherzustellen, daß der Verstärker 22 unabhängig von der mittleren
Temperatur der erfaßten Oberfläche des Bandes 50 stets in seinem Arbeitsbereich
betrieben wird, kann vorzugsweise die Amplitude der Brückenversorgungsspannung UO
von der Signalspannung U5 mit Hilfe eines regelbaren Verstärkers 25 so nachgeregelt
werden, daß der zeitliche Mittelwert wenigstens annähernd Null ist. Die Steuerbarkeit
der Spannung U5 durch Anderung der Brückenversorgungsspannung UO beruht auf der
Anderung der in den Meßwiderständen 6 und 7 umgesetzten elektrischen Verlustleistung,
die sich in einer Temperaturänderung und de deshalb auch in einer Widerstandsänderung
dieser Meßwiderstände auswirkt. Damit kann der Abgleich der Meßbrücke unabhängig
von der mittleren Bestrahlungsstärke des Detektors erzwungen werden.
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Der Verstärker 25 kann zweckmäßig mit einer nicht näher
bezeichneten
Verzögerungsschaltung fur d'e Verstärkungsregelung ausgerüstet sein. Dann werden
die zur Signalbildung für den Grenzwertmelder 38 erforderlichen Spannungsänderungen
noch nicht ausgeregelt. Die Regelzeitkonstante des Verstärkers 25 ist deshalb zweckmäßig
etwa in der Größenordnung 1 Minute zu wählen.
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Das Signal am Ausgang 42 wird auf den -Leistungsschalter 44 eines
Antriebsmotors 46 gegeben, der mit wenigstens einer -Antriebsrolle 48 des Förderbandes
50 in; Antriebsverbindung steht.
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Das Förderband 50 kann vorzugsweise ein Gummiförderband für Kohle
sein. Dieses beispielsweise etwa 250 cm breite und 2,5 cm dicke Förderband 50 ist
mit noch mehreren Rollen versehen, von denen-in der Figur nur noch eine Umlenkrolle
49 dargestellt ist.
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Der Meßkopf 3 kann beispielsweise im Abstand a = 80 cm von der Oberfläche
des als Meßobjekt dienenden Förderbandes 50 entfernt angeordnet sein. Das beispielsweise
2000 m lange Förderband soll mit einer Geschwindigkeit von beispielsweise 5 m/sec
um ein in der Figur nicht dargestelltes Gerüst laufen, dessen Enden durch die Rollen
48 und 49 gebildet werden.
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Die geometrische'Form der empfindlichen Detektorfläche der Meßwiderstände
6 und 7 sowie die Linse 2 können vorteilhaft so bemessen werden, daß das Gesichtsfeld
der Meßanordnung 4 auf dem zu überwachenden Förderband 50 ein in Querrichtung des
Förderbandes ausgedehntes Rechteck bildet.
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Zur Überwachung der Gesamtbreite des Förderbandes 50 können vorteilhaft
mehrere Anordnungen nach der Erfindung verwendet werden, deren Meßköpfe dann in
Richtung der Bandbreite derart nebeneinander angeordnet sind, daß ihre Gesichtsfelder
die Gesamtbreite des Förderbandes 50 überdecken.
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2 Patentansprüche 1 Figur