DE2335911A1

DE2335911A1 - Servo-geraet

Info

Publication number: DE2335911A1
Application number: DE19732335911
Authority: DE
Inventors: Stewart F Bottorf; Harrison F Edwards
Original assignee: Lewis Engineering Co
Current assignee: Lewis Engineering Co
Priority date: 1973-07-14
Filing date: 1973-07-14
Publication date: 1975-01-30
Also published as: DE2335911C2

Description

2335911 PATENTANWALT DIPL PHYS. HEINRICH SEIDS 62 Wiesbaden-Bierstadt · Bierstadter Höhe 15 · Postfach 12068 · Telefon (06121) 56 53 62 Postscheck Frankfurt/Main 181008 · Bank Deutsche Bank 3956372 · Nass. Sparkasse 108003065

Wiesbaden, den 13. Juli 1973 Mein Zeichen: L 218 S/rn

The Lewis Engineering Company Naugatuck, Connecticut, V.St.A.

Servo-Gerät
Zusatz zu Patentanmeldung P 22 37 723.7

Gegenstand des Hauptpatents (Patentanmeldung P 22 37 723.7) ist ein Servo-Gerät für Mess- und Regeleinrichtungen mit einem auf die zu messenden Grossen ansprechenden Messgeber und einer dem vom Messgeber abgegebenen elektrischen Signal gegensteuernden, angetriebenen Einrichtung, deren Gegensteuerungsstellung ggf. zugleich die Anzeige für die Messgrösse darstellt, wobei die Gegensteuerungseinrichtung gebildet ist durch:

a) ein fotoelektrisches Bauelement mit ausgedehnter empfindlicher Oberfläche,

b) eine elektrisch betriebene Lichtquelle, die zur Erzeugung eines beleuchteten Flächenbereiches auf die empfindliche Oberfläche des fotoelektrischen Bauelementes gerichtet ist,

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c) eine das Licht der Lichtquelle zu einem auf die empfindliche Oberfläche des fotoelektrischen Bauelementes treffenden Strahl sammelnde oder zerstreuende Einrichtung und

d) eine in den Veg des Lichtstrahles eingesetzte bewegliche Einrichtung, die dazu ausgebildet ist, steuerbar Teile des Lichtstrahles abzufangen und zwar den zum fotoelektrischen Element gelangenden Lichtstromteil fortschreitend zu vermindern und dadurch das Ansprechen des fotoelektrischen Bauelementes kontinuierlich in Abhängigkeit von der Stellung dieser Einrichtung zu variieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Servo-Gerät nach dem Hauptpatent (Patentanmeldung P 22 37 723.7) wesentlich zu verbessern, insbesondere auch die den Lichtstrom teilweise vom fotoelektrischen Bauelement zurückhaltende bewegliche Einrichtung, einfacher, kleiner und kompakter sowie fester bei merklicher Gewichtsverminderung auszubilden.

Diese. Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die bewegliche Einrichtung dazu ausgebildet ist, einen länglichen, definierten Schatten auf der empfindlichen Oberfläche des fotoelektrischen Bauelementes zu bilden, der an mindestens einen beleuchteten Bereich angrenzt, wobei die bewegliche Einrichtung eine scharfe Trennungslinie zwischen dem Schatten und jedem beleuchteten Flächenbereich ausbildet, deren Lage nach einem vorher festgelegten Muster in Übereinstimmung mit der Stellung der

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- 3 beweglichen Einrichtung variiert.

Durch die Erfindung ist es jetzt nicht mehr notwendig, die bewegliche Einrichtung mit einem Spalt auszubilden, durch den der jeweils der Stellung der Einrichtung entsprechende Lichtstromteil dem fotoelektrischen Bauelement zugemessen wird. Vielmehr wird jetzt dem fotoelektrischen Bauelement.ein der Stellung der beweglichen Einrichtung entsprechender Schatten d.h. abgedeckter Teil des Lichtstromes zugemessen. Dadurch kann man den Schatten in den mittleren Bereich der empfindlichen Oberfläche des fotoelektrischen Bauelementes legen. ¹In manchen Fällen ist es besonders vorteilhaft, die umfänglichen oder äusseren Teile eines fotoelektrischen Bauelementes aktiv zu halten, also zu beleuchten, wodurch man günstigere Teile der Arbeitskurve bzw. Charakteristik des fotoelektrischen Bauelementes ausnutzen kann. Für kleine Verstellungswerte der beweglichen Einrichtung ist es auch vorteilhaft, wenn grosse beleuchtete Bereiche auf der empfindlichen Oberfläche des fotoelektrischen Bauelementes bestehen, weil in solchem Fall der Wirkungsgrad der Verstärker und damit deren stabile Arbeitsweise besser ist.

Es sind zwar bereits Geräte zum Einblenden eines Schattenbereiches in das Scheinwerferlicht von Fahrzeugen bekannt geworden. Diese Geräte enthielten einen Steuerteil, der mittels eines vor einer Fotozelle angeordneten schwenkbaren, mit öffnung versehenen Schirmes die Richtung von auffallendem Scheinwerferlicht entgegenkommender Fahrzeuge feststellte und gleichzeitig einen

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den abgeblendeten Schatten bildenden Schirm im Scheinwerfer des eigenen Fahrzeugs richtete (US-PS 2 753 487). Diese Geräte arbeiteten zwar mit je einem Galvanometer zum Einstellen des die Richtung des einfallenden Lichtes feststellenden Schirmes vor der Fotozelle und zum Einrichten des das eigene Licht abblendenden Schirmes im Scheinwerfer. Es konnte aber mit derartigen Geräten keine direkte Messung von irgendwelchen Messgrössen ausgeführt werden. Ausserdem war die Feststellung der Richtung des einfallenden Lichtes mit diesem Gerät nur sehr ungenau möglich, was jedoch für den dort vorgesehenen Zweck durchaus ausreichte.

Es ist auch eine automatische Blendeneinstellung für fotografische Kameras bekanntgeworden, bei der ein gemeinsamer magnetisch verstellbarer Blendenschieber eine verstellbare Blendenöffnung vor einem Fotowiderstand und eine verstellbare Blendenöffnung im eigentlichen Strahlengang der Kamera gleichzeitig verstellt (US-PS 3 651 324). Die auf den Fotowiderstand auftreffende Lichtmenge bzw. der sich dadurch einstellende Widerstandswert des Fotowiderstandes wird mittels Messbrücke und elektronischer Schaltung ermittelt, mit einem So11-Widerstand verglichen und zur Steuerung der magnetischen Verstellung des Blendenschiebers benutzt, bis der Widerstandswert am Fotowiderstand sich auf den Wert des Soll-Widerstandes einstellt. Mit einer solchen rückgekoppelten automatischen Blendeneinstellung lässt sich zwar die für die richtige Belichtung von fotografischem Material notwendige, relativ geringe Messgenauigkeit erreichen, nicht aber eine, so hohe Messgenauigkeit, wie sie für die Anzeige und Überwachung von Messgebern erforderlich ist. - 5 -

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In "bevorzugter Ausführungsform der Erfindung bildet die bewegliche Einrichtung zwei jeweils an den Schatten angrenzende Beleuchtete Bereiche auf der empfindlichen Fläche des fotoelektrischen Bauelementes, sowie zwischen jedem beleuchteten Bereich und dem Schatten je eine scharfe Trennungslinie nach einem vorher festgelegten Muster in Übereinstimmung mit der Stellung der beweglichen Einrichtung variiert.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein teilweise schematisches, teilweise Block-Schaltbild einer Ausführungsform der rückgekuppelten Servo-Einrichtung gemäss der Erfindung}

Fig. 2 die Vorderansicht eines D'Arsonval- oder Galvanometer-Systems, wie es im Rahmen der Erfindung benutzt werden kann;

Fig. 3 eine Seitenansicht eines Instrumentensystems nach Figur 2, die die zugeordnete Lichtstrahlsteuerung wiedergibt;

Fig. 4 eine rückwärtige Teilansicht der Lichtstrahlsteueruig gemäss Figur 1 und 3»

Fig. 5 eine Draufsicht auf das Licht-Steuer-Element der Lichtstrahlsteuerung nach Figur 4;

Fig. 6 eine rückwärtige Ansicht der Lichtstrahlsteuerung ähnlich derjenigen nach Figur 4 in anderer Ausführungsform der Erfindung, bei der eine Reflektion des steuernden Lichtstrahles benutzt wird.

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Fig. 7 eine Draufsicht auf das Licht-Steuer-Element der Licht strahlsteuerung nach Figur 6;

Fig. 8 eine rückwärtige Ansicht eines anderen Types

des Licht-Steuer-Elementes in anderer AusfUhrungsform;

Fig. 9 eine schematische Wiedergabe einer Lichtstrahlsteuerung;

Fig. 10 eine Seitenansicht einer Lichtstrahlsteuerung nach Figur β und 9;

Fig. 11 die rückwärtige Ansicht eines Licht-Steuer-Elementes in anderer AusfUhrungsform;

Fig. 12 eine Seitenansicht einer Lichtstrahlsteuerung unter Benutzung eines Elementes nach Figur 11;

Fig. 12 eine rückwärtige Ansicht eines Lichtsteuerelementes in weiterer Ausführungsform;

Fig. 14 eine rückwärtige Ansicht eines Lichtsteuerelementes einer anderen Ausführungsform;

Fig. 15 eine schematische Schaltskizze einer Wheatstone* sehen Brücke mit Verstärkersystem und Galvanometer-Kombination gemäss der Erfindung;

Fig. 16 eine schematische Brückenschaltungsskizze für Benutzung eines anderen Messgebers anstatt einer Brückenschaltung nach Figur 1;

Fig. 17 eine vergrösserte Darstellung der empfindlichen Oberfläche eines fotoelektrischen Bauelementes,

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die die beleuchteten und beschatteten Flächentelle wiedergibt, wie sie durch ein lichtet euerelement nach Fig. 3 bis 5 erzeugt werden;

Fig. 18 eine vergrösserte Wiedergabe der empfindlichen Oberfläche eines fotoelektrischen Bauelementes, die beleuchtete und beschattete Teile wiedergibt, wie sie dort durch ein Lichtsteuerelement nach Fig. θ hervorgerufen werden;

Fig. 19 eine vergrösserte Darstellung der empfindlichen Oberfläche eines fotoelektrischen Bauelementes mit im wesentlichen rechteckiger Ausbil-dung, die die beleuchteten und beschatteten Flächentelle wiedergibt, wie sie dort durch Lichtsteuerelement ähnlich demjenigen nach Figur 13 hervorgerufen werden;

Fig. 20 eine rückwärtige Ansicht eines Lichtsteuerelementes, das noch eine andere AusfUhrungeform bildet und

Fig. 21 eine rückwärtige Ansicht eines Lichtsteuerelement es, das noch eine weitere Ausflihrungsfom bildet.

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Die Figuren 1 bis 5 zeigen eine Wheat ston »sehe Brücke 20, ein Galvanometer 22, dazwischengeschaltete Operationsverstärker 24 bzw. 26, die benutzt werden, um die den Galvanometer zugefUhrte Energie zu erhöhten, wenn die Brücke in unausgeglichenen Zustand kommt.

Der BrUckenzweig 28 enthält einen auf die jeweilige HesEgrösse ansprechenden Messgeber 30, beispielsweise die Wicklung eines Widerstandsthenaoaeters, während der BrUckenzweig 32 eine fotoelektrische Zelle oder ein fotoelektrisches Bauelement variabler Leitfähigkeit enthält. Eine elektrische Glühlampe stellt die elektrisch betriebene Einrichtung zur Bildung einer konstanten Lichtquelle dar, und bildet einen Lichtstrahl 38, der das fotoelektrische Bauelement 34 trifft. Die Kondensorlinse 40 konzentriert das Licht im Lichtstrahl 38.

Gemäss der Erfindung ist ein längliches Opakes, d.h. durch schimmerndes, aber im wesentlichen licht-undurchlässiges * bewegliches Lichteteuerelement 42 vorgesehen, das eine eich verjüngende oder nicht gleichmässlge Ausbildung aufweist, und eineSegaent einer Zyllnderseitenvand bildet. Dieses Sleaent wird durch den Arm 46 getragen, der direkt auf die Spindel des Instrumenten-Systemp bzw. des Galvanometers 22 gekuppelt ist. Der Arm stellt dabei eine Einrichtung dar, die das Licht-

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steuerelement drehbar für Bewegung über den Weg des Lichtstrahles 38 trägt. Das Instrumentensystem hat ein vorderes und ein hinteres Lager oder Schwenkzapfenelemente 50 bzw. 52» einen permanenten Feldmagneten 54, eine sich bewegende Spule 56, die von der Spindel 48 getragen ist, und eine Zeigeranordnung 58, bestehend aus Zeiger 60 und Skala 62. Das Verschwenken der beweglichen Spule des Galvanometers 22 verursacht eine Schwenkbewegung des Lichtsteuerelementes 42, um die Achse des Instrtimentensystems.

Gemäss Figur 3 befindet sich die fotoelektrische Zelle 34 unter dem Lichtsteuerelement 42, während sich die Lampe 36 und die Linse 40 darüber befinden. Ein Teil des die empfindliche Oberfläche des fotoelektrischen Bauelementes 34 treffenden Lichtstrahles 38 wird durch das bewegliche Element 42 unterbrochen. Je nach der Drehstellung der beweglichen Teile des Galvanometers wird entweder mehr oder weniger Licht auf die Zelle 34 treffen,da aufgrund der sich verjüngenden Form des beweglichen Elementes 42 der Lichtstrahl mehr oder weniger abgeschnitten wird.

Figur 17 zeigt eine vergrösserte Darstellung der ausgedehnten, empfindlichen Oberfläche 64 eines fotoelektrischen Bauelementes 34. Das Ansprechen; .des fotoelektrischen Bauelementes 34 hängt

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von der Intensität dee die empfindlich· Oberfläch· treffenden Lichtes ab und von dean jeweiligen Teil der Gesamtfläche der empfindlichen Oberfläche «der im jeweiligen Augenblick beleuchtet ist. Wenn das bewegliche Element 42 um die Achse der Galvanoaeterepindel 48 in eine mittlere Stellung bewegt wird, schneidet das Element 42 einen Teil des Licht strahle» 38 ab und erzeugt eine definierte längliche Schattenfläche (Flg. 17) auf der empfindlichen Oberfläche 64, wobei die Schattenfläche 66 an beiden Seiten an beleuchtete Flächen 68 bzw. to angrenzt. Die beleuchteten Flächenteile enthalten ein Paar von in Abstand liegenden seitlichen Grenzbereiche 72 bzw. 74, wobei der Abstand zwischen diesen beiden letzteren entsprechend dem vorher festgelegten Mueter abhängig von der besonderen Konfiguration oder Verjüngungsfora des Elementes 42 variiert. Die Eandbereiche 72 und 74 sind durch in Abstand ' voneinander liegende Trennlinien 76 bzw. 78 charakterisiert, von denen jeweils eine zwischen der Schattenfläche 66 und dem benachbarten beleuchteten Flächenbereich 68 bzw. 70 auf der empfindlichen Oberfläche 64 liegt. Da» bewegliche Element 42 hält Licht ab, das normalerweise zwischen den in Abstand liegenden Trennlinien 76 und 78 auf die empfindliche Oberfläche fallen würde. Die Ausdehnung der beleuchteten Flächenteile und 70 auf der empfindlichen Oberfläche variiert mit der Drehbewegung des beweglichen Elementes 42 um die Achse der Galvanometerspindel 48, je nach der verjüngten Form des El<

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tes 42. Die Linien 76 und 78 sind gemäss Figur 17 nicht parallel, sondern konvergent. Gemäss der Erfindung ist das Element 42 für Bewegung längs eines Weges angeordnet, wodurch eine Schattenfläche 66 gebildet wird, die bezüglich der empfindlichen Oberfläche 64 zentralisiert ist, so dass dl· beleuchteten Flächenteile 68 und 70 im wesentlichen einander gleiche Ausdehnung haben. Eine unerwünschte Variation in den Ansprechen des fotoelektrischen Bauelementes aufgrund zufälliger seitlicher Verschiebung der Schattenfläche 66 bezüglich der empfindlichen Oberfläche 64 wird auf ein Mindestmaße herkabgesetzt, da kleine Verschiebungen in seitlicher Richtung der Schattenfläche 66 nicht die relative Grosse zwischen beleuchteter Fläche und Schattenfläche beeinflusst. Diese relative Grosse ist dabei der Hauptfaktor für den vom fotoelektrischen Bauelement abgegebenen ansprechenden Wert.

Sie Figur 1 zeigt, ist die BrUckenschaltung 20 an ihren Ecken B und D von einer Batterie 80 gespeist, deren eine Klemme geerdet 1st. Die Klemme A der Brückenschaltung 20 1st über die Leitung 82 mit dem "Einstellverstärker" 24 verbunden, dessen anderer Eingang 84 geerdet ist. Der Einstellverstärfcer 24 spricht auf das Potential über den Zweig 28 der Brücke. ifiO •n. Veränderungen der elektrischen Spannung über den Messgeber

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30 liegen am Eingang des Verstärkers 24. Der ⁿNull*-Verstärker 26 hat einen Eingang 86 in Verbindung mit dem Eingang 82 des Verstärkers 24 und den zweiten Eingang 88 in Verbindung mit der BrUckenecke C. Der Nullverstärker 26 unterliegt Spannungsdifferenzen zwischen den Brückenecken A und C.

Die Verstärker 24 und 26 treiben das Galvanometer 22 über den Anschluss 90 und die Leitung 92 des Einstellverstärkers 24 und den Anschluss 94 und Leitung 96 des Nullverstärkers 26 an.

Der Nullverstärker 26 erzeugt einen Ausgangswert umgekehrter Polarität zu demjenigen des Einstellverstärkers und betreibt das Galvanometer 22 schneller an, wenn ein unausgeglichener Zustand der Brücke 20 besteht. Bei ausgeglichener Brücke 20 liegt am Ausgang des Nullverstärkers 26 der Wert Null an, und das Galvanometer 22 zeigt die Differenz zwischen den Verstärkerausgängen an.

In Figur 1 ist die mechanische Verbindung zwischen dem beweglichen System des Galvanometers 22 und dem Lichtsteuerelement 42 durch gestrichelte Linien angedeutet, !fahrend des Betriebes, angenommen bei ausgeglichener Brücke 20, 1st der Ausgangswert am Verstärker 26 Null, und das Galvanometer 22 nimmt eine vorherbestimmte Stellung ein. Eine gewisse Lichtmenge von d er Lampe 36 trifft auf die empfindliche Oberfläche 64 des foto-

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elektrischen Bauelementes 34, wodurch der einer jeweiligen Messgrösse, beispielsweise Wärmedruck usw., ausgesetzte Messgeber 30 ausgeglichen wird. Da das Galvanometer 22 sich in Ruhe befindet, nimmt der Zeiger 60 eine definierte Anzeigestellung ein, und die geeichte Skala zeigt den Wert der Messgrösse an, der der Messgeber 30 ausgesetzt ist. Die Skala kann beispielsweise eine Ablesung in Temperaturgraden geben. Wenn die den Messgeber 30 beeinflussende Messgrösse sich ändert, ändert auch der Messgeber entsprechend seiner elektrischen Charakteristik den von ihm abgegebenen Messwert und erzeugt dadurch ein Ungleichgewicht an der Brücke 20, wodurch die Verstärker 24 und 26 das Galvanometer entweder akalenaufwärta oder akalenabwärta antreiben, je nach Richtung der Änderung der Messgrösse. Eine Verschiebung des Galvanometersysteme verursacht* dass der Lichtstrahl^ 38 durch das Lichtateuerelement 42 modifiziert wird, also entweder mehr oder weniger Licht auf das fotoelektrische Bauelement 34 tttfft. Die Änderung der auf die empfindliche Oberfläche 64 treffenden Lichtmenge hat zur Folge, dass das fotoelektrisch« Bauelement 34 das Gleichgewicht der Brücke wieder herstellt, wobei das Galvanometer 22 um ein solches Mass verschoben wird, um eine notwendige Lichtmenge zum fotoelektrischen Bauelement 34 zuzuführen, die diesem neueingestellten Gleichgewicht entspricht. Wenn die Brücke wieder ausgeglichen wird, nimmt die Galvanometernadel 60 eine neue Stellung ein, die den neuen Wert auf der Skala

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entsprechend dem vom Messgeber 30 festgestellten neuen Messgrössenwert angezeigt.

Das Ansprechen des Galvanometers 22 ist somit Funktion von Änderung in der den Messgeber beeinflussenden Messgrusse. Wahlweise kann die "ZdIlB 34 vom Spannungserzeuger-Typ sein, also elektrische Spannung erzeugen, wenn Licht auftrifft.

Der Messgeber kann ein Thermoelement 100 gemäsa Flg. 16 sein, das durch kalte Verbindung 102 mit dem Zweig 28a der anstatt der Brücke 20 nach Figur 1 einsetzbaren Brücke 20a verbunden ist. Die vier mit A, B, C₉ und D bezeichneten Ecken der Brücke nach Figur 1 entsprechen den vier Ecken A', B·, C und D* der Brück· nach Figur 16, um die richtigen Verbindungen für das Einsetzen der Brücke 20a gemäss Figur 16 in die Schaltung der Figur 1 anzugeben.

Die Verstärker 24, 26 können unveränderlich und in Miniaturgrösse ausgebildet sein. Die Wheatston'sche Brücke 20 erfordert nur geringen Platz. Die Lampe 36 und Linse 40, das Licht steuerelement 42, das fotoelektrische Bauelement 34 und das D¹Arsonval-System benötigen auch nur wenig Platz. Die gesamte Servo-Einheit ist klein und kompakt und hat nur geringes Gewicht. Sie kann aus kleinen elektrischen Batterien betrieben werden und stellt eine tragbare Einheit dar. Der einzige

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bewegliche Teil ist das bewegliche System des Galvanometers mit dem Lichtsteuerelement.

Ein andere, in den Figuren 6 und 7 wiedergegebene Außführungsform zeigt ein Lichtsteuerelement 42a, das ein Segment eines Zylinders aufweist, das ausgedehnt verspiegelte oder versilberte reflektierende, zylindrische Vandflachen 104 und einen nicht reflektierenden, sich verjüngenden Opakenteil 106 aufweist. In Figur 6 sind das fotoelektrische Bauelement 34 und die Glühlampe 36 ausserhalb des Elements 42a angeordnet. Der Opake Lichtschirm 108 verhindert von der Glühlampe 36 kommendes Streulicht am Auftreffen auf die fotoelektrische Zelle 34, die somit nur Licht durch Reflektion von der reflektierenden Oberfläche 104 des Elementes 42a erhält, Sowie das Element 42a in seiner Winkelstellung verschoben wird, ist ein grösserer oder kleinerer der reflektierenden Fläche 104 erreichbar, um Licht von der Lampe 36 gegen die empfindliche Oberfläche 64 des fotoelektrischen Bauelementes 34 zu richten. Die Stellung des Steuerelementes 42a bestimmt die Lichtmenge, die voncfer Zelle #34 aufgenommen wird. Das Element 42a hat eine sektorenförmige Querwand 110 zum Anbringen auf der Spindel 48 des Galvanometers 22. Das Lichtsteuerelement 42a erzeugt abgeschattete und beleuchtete Flächenbereiche auf der empfindlichen Oberfläche 64 des fotoelektrischen Bauelementes 34, so wie es

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in Figur 17 dargestellt «ist. In den Figuren 6 und 7 bestimmt die Ausbildung des QPakenteiles 106 die Form der Schattenfläche 66 gemäss Fig. 17, was das Ansprechen des fotoelektrischen Bauelementes 34 hervorruft, wenn das Element 42a um die Achse der Galvanometerspindel 48 gedreht wird. Die reflektierende Oberfläche 104 ist zylindrisch, und der reflektierte Teil des Lichtstrahles 38 ist divergent (nach der Reflektion), wie dies in Fig. 6 gezeigt ist, wodurch axial ausgedehnte beleuchtete Flächenbereiche und eine axial gedehnte Schattenfläche auf der empfindlichen Oberfläche 64 in Figur 17 hervorgerufen wird.

Ein anderes AusfUhrungsbeispiel der Figur 8 bis 10 enthält ein Lichtsteuerelement 112 mit flachem, scheibenförmigem Blech, das einen ausgedehnten versilberten oder verspiegelten Reflektionsteil 114 und einen länglichen, Licht absorbierenden Opakenteil 116 aufweist. Dieser Opakenteil 116 kann eine Auflagesihicht auf den Jeweiligen Teil 114 sein, und keilförmig^» wie in Figur 8 dargestellt, ausgebildet sein, wobei die Breite des Opakenteiles entsprechend einem vorher festgelegten Muster in Umfangsrichtung variiert. Das Licht steuerelement 112 ist auf der Galvanometerspindel 48 anstelle entweder des Elementes 42 oder 42a angebracht. Die Glühlampe 36 richtet Licht durch; die Linse 40 gegen den reflektierenden Teil 114 zur empfindlichen Oberfläche 64 des fotoelektrischen Bauelementes 34.

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Die Arbeitsweise ist ähnlich derjenigen der Vorrichtung nach Figur 6 und 7, mit der Aisnahme, dass das Steuerelement 112 flach-scheibenförmig ist, während das Steuerelement 42a gemäss Figur 6 und 7 ein Zylindersegment enthält. Die Figuren 18 und 19 zeigen kreisförmig, bzw. rechteckig ausgebildete empfindliche Oberflächen 64 und 120 von fotoelektrischen Bauelmenten 34 und 122.. Das Llchtsteuerelement 112 nach Fig. 8 bis 10 erzeugt eine längliche Schattenfläche 124 und beleuchtete Flächen «ä€ 126 und 128 auf der Oberfläche 64, der Fotozelle 34 gemäss Figur 13. Die in Abstand voneinander liegenden Trennlinien 130 und 132 sind kurvenförmig aufgrund der Ausbildung des Opakenteiles 116 des LichtSteuerelementes 112 und sind konvergent, beispielsweise wie iß Figur 18« ¥#ώε eis. fotoelektrisch·« Bauelement 122 mit rechteckiger ©sgiiMliskeip Fliese 120 in der Anordnung nach Figur 8 bis 10 benutzt ^d.s»d_e erzeugt das Licht steuerelement 112 eine längliche Schattenfläche 134 und im wesentlichen gleichgroße* beleuchtete Flächen 136 und 138« Die Trennlinien 140 und 142 zwischen der Schatteniläche und den beleuchteten Flächen sind kurvenförmig und konvergent aufgrund der Ausbildung des Opakenteileß 116 dee Licht-Steuerelementes 112.

In einer anderen Ausführungsform gemäss Figur 11 und 12 ist das Llchtsteuerelement 144 als flache Scheibe zum Anbringen auf der Galvanometerspindel 48a ausgebildet. Das Lichtsteuerelement 144 hat einen ausgedehntem transparenten Teil

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146, um Licht durchzulassen, und einen länglichen, sich verjüngenden Opakenteil 148. Die Verjüngung ist ungleichförmig und irregulär, um den Lichtstrahl entsprechend einem vorher festgelegten Muster oder Plan zu modifizieren· Die Glühlampe und die Diffuserlinse 40a sind zu einer Seite des Lichtsteuerelementes 144 angeordnet. Das fotoelektrische Bauelement 34a hat eine rechteckige empfindliche Oberfläche und liegt zur anderen Seite des Lichtsteuerelementes 144. Das durch den transparenten Teil 146 tretende und auf die empfindliche Oberfläche des fotoelektrischen Bauelementes treffende Licht bestimmt dessen Ansprechwert. Dieser Ansprechwert variiert in dem Masse, wie wie das Licht steuerelement 144 gedreht wird, aufgrund der verjüngten Ausbildung des Opaktoteiles 148 des Lichtsteuerelementes 144. Durch Modifizieren der Gestalt des Opakenteiles 148 kann die Lichtstrahlsteuerung verschiedenste Charakteristiken aufweisen, um sie den besonderen Bedingungen des jeweiligen Anwendungsfalles anzulassen. Der OpakeAeil der Figur 7 oder 116 der Figur 8 kann auch im Unterschied zu der dargestellten Form irreguläre Kontur aufweisen, um Uu gewünschte besondere Steuercharakteristik zu geben.

Einweiteres Ausführungsbeispiel wie in Figur 14 dargestellt, zeigt ein Lichtsteuerelement 144c mit transparentem Teil 146c, der einen lichtdurchlässigen Film 150 m*t mit gradaell abnehmender Lichtdurchläeaigkeit (ähnlich einem Graukeil) trägt,

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L· .mittlere Bereiche weniger lichtdurchlässig sind, um eine gewünschte ungleichförmige Charakteristik zu bilden. ■« Durch geeignetes Auslegen der Lichtdurchlässigkeit des Filmes können viele variierte Charakteristiken erhalten werden. Das Lichtsteuerelement 144c könnte das Element 144 in Figur 12 ersetzen. Die unregelmässige Verjüngung des Opakenteiles 148 des Elementes 144 in Figur 11 kann auch gleichförmige Charakteristik wie in Fig. 13 haben, mit einem transparenten Teil 146b und einem Opakenteil 148b.

Ein anderes Ausführungsbeispiel nach Figur 20 zeigt ein Lichtsteuerelement 158 mit OpakVenteil 160 und transparentem Teil 162. Das Element 158 kann das Element 144 in Figur 12 ersetzen. Das Element 158 erzeugt eine einzige Schattenfläche und eine einzige beleuchtete Fläche auf der empfindlichen Oberfläche des fotoeleketrischen Bauelmentes 34a. In dem Masse, wie sich das Lichtsteuerelement dreht, variiert die relative Gross· der beleuchteten Fläche und der Schattenfläche auf der empfindlichen Oberfläche ^entsprechend der speziellen Kontur des Opakenteiles 160 und der Ausgangs-Ansprechwert des fotoelektrischen Bauelementes ändert sich entsprechend dem vorher festgelegten Huster·

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In einer anderen Ausführung«!orm nach Figur 21 1st ein Lichtsteuerelement 144d mit transparentem Teil I46d und Opakenteil I48d in Form eines kurvenförmigen Keiles vorgesehen, dessen innerer Randteil 164 längs eines Bogen« konstanten Radius bezüglich der Drehachse des Elements liegt. Das Lichtsteuerelement 144d kann das Element 144 in Figur 12 ersetztet.

Figur 15 sieht ein Schaltschema vor, das eine Wheat ston* sehe Brücke 20 sowie einen Einstell- und einen Nullverstärker 24 bzw. 26 enthält. Die Lampe 36 wird mit 5V betrieben, die Verstärker 24, 26 mit 9V plus und minus; die Wheatston*sche Brücke mit 5V. Das Galvanometer 22 hat eine empfindlichkeit für vollen Ausschlag bei 2mA oder eine andere Empfindlichkeit, falls erwünscht. Die Verstärker 24, 26 sind auf dem Markt erhältliche Produkte (die in Fig. 15 angegebenen Nummern der Anschluss-stifte betraffen den Verstärkertyp HC 1437L).

Das verbesserte überwachungsgerät enthält eine Wheatβton· «ehe Brücke, ein Galmter und Energie erhöhte Verstärker, die Ausgangswerte entgegengesetzter Polarität an das Galvanometer geben, um es mit erhöhter Geschwindigkeit zu betreiben. Das bewegliche System des Galvanometers ist der einzige bewegliche Teil des Gerätes und betätigt das Llchtsteuerelement einschliesslich eines In dem einen Zweig der Wheatston¹ sehen Brücke llegen-

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den fotoelektrischen Bauelement. Ein anderer Zweig der Brücke enthält den mit dem Gerät benutzten, auf die jeweilige Hessgrösse ansprechenden Messgeber. Die verschiedenen Stellungen des Galvanometers bilden die Anzeige für die zu überwachende Messgrösse. Die Kalibrierung des Systems wird mit einem veränderlichen Wideretand 152 in Fig· 15 vorgenommen· Den jeweiligen Verstärkern 24 und 26 zugeordnete veränderliche Widerstände 154 und 156 ermöglichen deren Ausgangswerte zu justleren·

Gegenüber den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die verschiedensten Abwandlungen im Rahmen des Erfindungsgedanken« möglich.

Alle in der Beschreibung, den Patentansprüchen und der Zeichnung wiedergegebenen Merkmale können für sich allein oder in jeder denkbaren Kombination von wesentlicher Bedeutung für die Erfindung sein·

- Patentansprüche -

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Claims

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Patentansprüche

/Ί.)jServo-Gerät für Mess- und Regeleinrichtungen mit einem auf \~S die zu messenden Grossen ansprechenden Messgeber und einer dem vom Messgeber abgegebenen elektrischen .Signal gegengesteuerten, angetriebenen Einrichtung, deren Gegensteuerungsstellung ggf. zugleich die Anzeige für die Messgrösse darstellt, wobei die Gegensteuerungseinrichtung gebildet ist durch:

a) ein fotoelektrisches Bauelement mit ausgedehnter empfindlicher Oberfläche,

b) eine elektrisch betriebene Lichtquelle, die zur Erzeugung eines beleuchteten Flächenbereiches auf die empfindliche Oberfläche des fotoelektrischen Bauelementes gerichtet ist,

c) eine das Licht der Lichtquelle zu einem auf die empfindliche Oberfläche des fotoelektrischen Bauelementes treffenden Strahl sammelnde oder zerstreuende Einrichtung und

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d) eine in den Weg des Lichtstrahles eingesetzte bewegliche Einrichtung, die dazu ausgebildet ist, steuerbar Teile des Lichtstrahles abzufangen, und zwar den von der Lichtquelle zum fotoelektrischen Element gelangenden Lichtstromteil fortschreitend zu vermindern und dadurch das Ansprechen des fotoelektrischen Bauelementes kontinuierlich in Abhängigkeit von der Stellung dieser beweglichen Einrichtung zu variieren,

nach Patent (Patentanmeldung P 22 37 723.3),

dadurch gekennzeichnet,

dass die bewegliche Einrichtung (42, 42a, 112, 144, 144c, 144d, 158) dazu ausgebildet ist, einen länglichen, definierten Schatten auf der empfindlichen Oberfläche (64, 120) des fotoelektrischen Bauelementes (34, 122) zu bilden, der an mindestens einen beleuchteten Bereich (68, 70; 126, 128j 136, 138) angrenzt, wobei die bewegliche Einrichtung eine scharfe Trennungslinie (76, 78, 130, 132, 140, 142) zwischen dem Schatten und jedem beleuchteten Flächehbereich ausbildet, deren Lage nach einem vorher festgelegten Muster in Übereinstimmung mit der Stellung der beweglichen Einrichtung (42, 42a, 112, 144, 144c, 144d, 158) variiert.

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2. Uberwachungs- und Anzeigegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Einrichtung (42, 4a, 112, 144) ein Paar von zu beiden Seiten des Schattens angrenzenden beleuchteten Bereichen (68, 70) 126, 128; 136, 138) auf der empfindlichen Oberfläche (64, 120) des fotoelektrischen Bauelementes (34, 122) sowie zwischen jedem beleuchteten Bereich und dem Schatten eine scharfe Trennungslinie (76, 78; 130, 132; 140, 142) bildet, wobei jede dieser Trennungslinien nach einem vorher festgelegten Muster in Übereinstimmung mit der Stellung der beweglichen Einrichtung variiert.
3. Uberwachungs- und Anzeigegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Einrichtung (42, 42a, 112, 144) ein längliches Opakeelement (106, 116, 148) zum Wegnehmen eines Teiles des von der elektrisch betriebenen Lichtquelle (36, 40) zum fotoelektrischen Bauelement (34, 122) geführten Lichtstrahlen aufweist.
4. Uberwachungs- und Anzeigegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beleuchteten Flächenbereiche (68, 70; 126, 128, 136, 138) im wesentlichen einander gleiche Flächenausdehnung aufweisen.

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5. Überwachungs- und Anzeigegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Opakeelement (42, 106) ein Segment einer Zylinderumfangsfläche bildet.
6. Überwachungs- und Anzeigegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Opakeelement (116, 148) im wesentlichen sichelförmig* ausgebildet ist.
7. Überwachungs- und Anzeigegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Element (144) eine im wesentlichen flache Platte mit transparentem Teil (146, 146b), durch den das Licht treten kann, und einem länglichen Opakenteil (148, 148b), der innerhalb des tranparenten Teiles gelegen ist, und Einrichtungen zum Anbringen des beweglichen Elementes (112, 144) zur Drehbewegung um eine zur plattenebene senkrecht stehenden Achse aufweist.
8. Überwachungs- und Anzeigegerät nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass der Opaketeil (148, 148b) im wesentlichen Keilförmige Ausbildung hat.
9· Überwachungs- und Anzeigegerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Opakenteiles (148)

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nach einem vorherbestimmten Muster variiert.
10. Uberwachungs- und Anzeigegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Element (112) eine im wesentlichen flache Platte mit einem Licht reflektierenden Teil (114), der eine Beleuchtung der empfindlichen Oberfläche des fotoelektrischen Bauelementes ergibt, einem Licht absorbierenden Teil (116) und Einrichtungen zum Anbringen dieses Elementes (112) zur Drehbewegung mm eine zu seiner Ebene senkrechten Achse aufweist.
11. Uberwachungs- und Anzeigegerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Licht absorbierende Teil (116) keilförmige Ausbildung aufweist, und innerhalb des Reflektierenden Teiles gelegen ist.
12. uberwachungs- und Anzeigegerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch:

a) eine Brücken schaltung (20, 20a) alt vier Zweigen,die in gegenseitiger Beziehung stehende Stromkreise bilden,

b) einen Hessgeber (30, 100), der in einem BrQckenzweig (28, 28a) zur Erzeugung eines Brückenun-

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gleichgewichtes in Abhängigkeit von Änderung in der Messgrb'sse geschaltet ist,

c) Klemmen in dieser Brückenschaltung als mit den Brückenzweigen verbundene Ausgänge,

d) Verstärker (24, 26) mit Eingangs- und Ausgangsverbindungen, wobei die Eingangs-Verbindung der Verstärker mit den Ausgängen der Brückenschaltung zur Übernahme von Energie aus der Brücke verbunden sind, und das fotoelektrische Bauelement (34, 122) mit einem solchen BrUckenausgang, d.h. einem Verstärkereingang verbunden ist,

e) ein Galvanometer,(22), das mit den Ausgängen der Verstärker (24, 26) verbunden ist, um von den Verstärkern her betrieben zu werden,

f) eine als Licht stromfitWr element (42, 42a, 112, 144, 144c, I44d, 153) ausgebildete bewegliche Einrichtung, die zu ihrer Betätigung mit dem Galvanometer (22) gekuppelt ist, wobei

g) dieses Lichtstrom-Steuerelement (42, 42a, 112, 144, 144c, I44d, 158) vom Galvanometer in Abhängigkeit von der Anzeige der das Brückenungleichgewicht hervorrufenden Messgrösse verstellt und der das fotoelektrisch· Bauelement (34, 122) treffende Lichtstromteil derart verändertwird, dass das Brücken-

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gleichgewicht durch das fotoelektrische Bauelement (34, 122) wieder hergestellt wird.
13· überwachungs- und Anzeigegerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtstrom-Steuerelemt (42, 42a, 112, 144, 144c, I44d, 1$8) direkt vom sich bewegenden System des Galvanometers (22) getragen ist, uaLeine bogenförmige Bewegung ausführt.
14. überwachungs- und Anzeigegerät nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Galvanometer zwischen die Ausgänge eines Einstellverstärkers (24) und eines Nullverstärkers (26) geschaltet ist, wobei der Einstellverstärker an seinem Ausgang einen der Messgrösse entsprechendem elektrischem Strom und der Nullverstärker (26) einen den unabgeglichenen Zustand der Brücke (20, 20a) entsprechenden, gegenüber dem Strom am Ausgang des Einstellverstärkers (24) umgekehrter Polarität liefert, wobei der Strom am Ausgang des Nullverstärkers (26) bei abgeglichener Brücke (20, 20a) den Wert "Null" annimmt.
15. Überwachungs- und Anzeigegerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Spannungen liefernde Hessgeber (100) in Nebenschluss zu ihrem jeweiligen

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Brückenzweig (28a) zwischen dem BrUckenausgang (A*) und dem Eingang des Verstärkers (24) angeordnet sind.

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