DE2405567A1

DE2405567A1 - Anordnung zur messung der in einem bestimmten zeitraum an einer stelle auftretenden bestrahlungsenergie

Info

Publication number: DE2405567A1
Application number: DE19742405567
Authority: DE
Inventors: Walter Sturm
Original assignee: Original Hanau Quarzlampen GmbH
Current assignee: Original Hanau Quarzlampen GmbH
Priority date: 1974-02-06
Filing date: 1974-02-06
Publication date: 1975-08-14
Also published as: DE2405567C3; US3974375A; DE2405567B2

Description

STRASSE & ZOUNEK Dipl.-I_ng. Joachim STRASSE

Patentanwälte Dipl.-Ing. Nikolai ZOUNER-

6Ί5 Hanau, Römerstraße 19 Postfach 793, Tel. 20803

ORIGINAL HANAU

Ouarzlanipen GmbH . 5. Februar 1974

6^50 Hanau E/Di - 1319

Höhensonne-Straße

Anordnung zur Messung der in einem bestimmten Zeitraum an einer Stelle auftretenden

Destrahlungsenergie

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Messung der in einem bestimmten Zeitraum an einer Stelle auftretenden Destrahlungsenergie mit einem von Strahlung beaufschlagten photoelektrischen Empfänger»

Derartige Anordnungen sind unter der Bezeichnung "Luxntundenzähler " bekannt geworden. Sie werden beispielsweise böi

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Untersuchungen eingesetzt, durch die der Einfluß von Strahlungsenergie auf die Eigenschaften von Materialien, z. B. Textilien, festgestellt werden soll. An Textilien werden diese Versuche häufig durchgeführt, um die Lichtbeständigkeit der verwendeten Farben zu prüfen. Da sich die Versuche über längere Zeiträume erstrecken, ist mit Schwankungen der Bestrahlungsstärke während der Versuchsdauer zu rechnen. Bei der Verwendung von Tageslicht für die Bestrahlung treten Tageslichtschwankungen auf. Wird eine künstliche Lichtquelle benutzt, dann entstehen durch Störgrößeneinflüsse auf die Energieversorgung oder Alterung der Lichtquelle Schwankungen der Beleuchtungsstärke. J-Iit Hilfe von "Luxstundenzählern" wird die Bestrahlungsenergie unabhängig von Änderungen der Bestrahlungsstärke ermittelt.

Bei einem bekannten "Luxstundenzähler" wird ein photoelelctrischer Empfänger der Strahlung einer Lichtquelle ausgesetzt, wobei der \usgangsstrom des Empfängers zur Abscheidung von Quecksilber aus einer wässrigen Elektrolytlösung dient. Da der vom photoelektrischen Empfänger abgegebene Strom der Bestrahlungsstärke proportional ist, bildet die während einer bestimmten Zeit ausgeschiedene Quecksilbermenge ein Maß für die Bestrahlungsenergie. Das bekannte Gerät erfordert eine sorgfältige Behandlung, da bei mechanischen Beschädigungen Quecksilber auslaufen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs erwähnte Anordnung so weitorzuentwickeln, daß die Bestrahlungsenergie ohne Verwendung eines Elektrolyten genau gemessen werden kann.

Die Aufgab· wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Empfänger mit einem Integrator verbunden ist, dessen Aus-

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gangssignal einer Schwellwertschaltung zuführbar ist, durch deren Ansprechen ein Zähler mit einem Zählsignal beaufschlagbar und der Integrator auf einen, dem Ausgangszustand für die Integration entsprechenden Wert zurücksetzbar ist.

Die Anordnung kann durch die Einstellung der Ansprechschwelle der Schwellwertschaltung geeicht werden. Für diese Einstellung sind keine aufwendigen Maßnahmen erforderlich. Ein besonderer Vorteil der Anordnung besteht somit darin, daß eine Eichung einfach durchgeführt werden kann.

Mit der Anordnung wird ferner der Meßwert eindeutig und genau angezeigt. Daraus ergibt sich der Vorteil, daß Ablesefehler weitgehend vermieden werden. Die Anordnung ist weiterhin für Strahlen empfindlich, die in einem großen Spektralbereich liegen.

Dn die Anordnung nur wenige, kleine Bauteile enthält, beansprucht sie nur wenig Raum. Die Anordnung läßt sich deshalb leicht handhaben.

Vorzugsweise ist die spektrale Verteilung der auf den photoelektrischen Empfänger auftreffenden Strahlung durch ein vorgeschaltetes Filter auswählbar. Dadurch kann die Wirkung von Strahlen bestimmter Wellenlängen geprüft werden. Es ist auch möglich, den photoelektrischen Empfänger in Hinblick auf einen für die Messung erwünschten Spektralbereich der Strahlung so auszuwählen, daß die spektrale Empfindlichkeit in diesem Bereich hohe Werte hat.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Integrator einen Differenzverstärker aufweist, in desfson Ilüoklropplungszweig über einen Wahlschalter

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Kondensatoren unterschiedlicher Kapazität und in dessen Eingangestromkreis über einen weiteren Wahlschalter Widerstände mit unterschiedlichen Widerstandswerten einschaltbar sind. Diese Anordnung ermöglicht die Umschaltung auf unterschiedliche Meßbereiche. Die Verwendungsmöglichkeit der Meßanordnung wird somit erweitert.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist zu den Kondensatoren ein steuerbares Schaltelement parallel geschaltet, das beim Ansprechen der Schwellwertschaltung in den leitenden Zustand umgeschaltet wird. Als steuerbares Schaltelement kann ein Feldeffekttransistor verwendet werden, der während des Ablaufs der Integration nichtleitend ist. Die Integration wird von dem Feldeffekttransistor daher praktisch nicht beeinflußt. Über dem Feldeffekttransistor ist weiterhin ein schneller Ausgleich der Ladungen des jeweils im Rückkopplungekreis liegenden Kondensators erreichbar, so daß die Zeit für den Ladungsausgleich sehr klein gegenüber der für die Integration zur Verfügung stehenden Zeit ist.

Eine günstige Ausführungsform besteht darin, daß der Schwellwertschaltung ein Transistor nachgeschaltet ist, in dessen KollektorUreie eine Detötigungeepule eines elektromechanischen Zählers angeordnet ist. Wenn der Transistor in den leitenden Zustand gesteuert wird, fließt ein Strom durch die Betätigungsspule, durch den der Zähler um eine Einheit weitergenchaltet wird.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführung«form iet zu der «us den Transistor und der Betätigungsspul· bestehenden Reihenschaltung ein Kondensator parallel geschaltet, der

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an einer Spannungsquelle mit großem Innenwiderstand angeschlossen ist. Bei gesperrtem Transistor wird der Kondensator auf die Spannung der Spannungsquelle aufgeladen. Die im Kondensator gespeicherte Energie steht für die Betätigung des Zählers zur Verfügung. Die Anordnung kann daher von einer Spannungsquelle geringer Leistung gespeist werden. Da für den einwandfreien Betrieb der Anordnung Batterien oder Solarzellen ausreichen, kann die Anordnung iin Freien und an Stellen verwendet werden, an denen leein elektrisches Leitungsnetz vorhanden ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus dem sich weitere Merkmale sowie Vorteile ergeben.

Die Zeichnung zeigt ein Schaltbild einer Anordnung zur Messung der in einem bestimmten Zeitraum an einer Stelle auftretenden Bestrahlungsenergie. Ein optisches Filter 10 wird von einer nicht dargestellten Lichtquelle beleuchtet. Von der zur Verfügung stehenden Strahlung, z. B. dem Sonnenlicht, durchdringt das Filter 10 ein für die jeweilige Untersuchung gewünschter Spektralbereich der Strahlung. Dem Filter 10 ist ein photoelektrischer Empfänger 12 nachgeschaltet, auf den Strahlung nach dem Durchlaufen des Filters 10 auftrifft. Der photoelektrische Empfänger 12 ist mit einem Eingang eines Differenzverstärkers 14 verbunden, dessen zweiter Eingang an Bezugspotential gelegt ist. Zwischen den Ausgang des. Differenzverstärkers I^ und den an den Empfänger 12 angeschlossenen Eingang ist ein RückkopplungswLderatand 16 geschaltet, mit dem der Verstärkungsgrad eingestellt wird.

Der Verstärker Ik speist einen Integrator lö, der einen

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Wahlschalter 20 enthält, dessen mit dem Kontaktelement verbundener Anschluß an den Ausgang des Verstärkers l^;i angeschlossen ist» Der Wählschalter 20 ist auf drei, nicht näher bezeichnete Ausgangsanschlüsse umschaltbar, die mit Widerständen 22, 2h, 26 in Verbindung stehen. Die zweiten Anschlüsse der Widerstände 22, 2^, 26 sind gemeinsam an einen Eingang eines Differenzverstärkers 28 angeschlossen, dessen zweiter Eingang an Bezugspotential gelegt ist. Mit der gemeinsamen Anschlußstelle der Widerstände 22, 2^lk, 26 ist weiterhin ein Wahlschalter JO über einen Eingangsanschluß verbunden. Der Wählschalter 3^ enthält drei nicht näher bezeichnete Ausgänge, die an Kondensatoren 32, 3'i» angeschlossen sind. Die zweiten Anschlüsse der Kondensatoren 32₁ "}h , 36 sind gemeinsam auf den Ausgang des Dif f erenzverstärkers 28 geführt, der über einen Widerstand 3ö eine Schwellwertschaltung 40 speist, die aus zwei Gattern ^2, Vt aufgebaut ist. Die Schwellwertschaltung 'iO ist als Schmitt-Trigger ausgebildet.

An den Ausgang der Schwellwertschaltung ^tO ist einerseits die Steuerelektrode eines Feldeffokttransistors Ί6 und andererseits über einen Widerstand -i8 die Das is eines Transistors 50 angeschlossen, in dessen Kollektorkreis eine Detätigungsspule 52 eines elektromagnetischen Impulszählers 52 angeordnet Lst. Parallel zur Betätigungsspule ^r,2 ist eine bezüglich der Spannungsversorgung in Sperrichtung gepolte Diode 56 geschaltet. Der Emitter des Transistors ist an Bezugspotential gelegt. Die Reihenschaltung des Transistors 50 und der Betatigungsspule 52 ist zu einem Kondensator 58 parallel geschaltet.

Eine Spanmmgsquelle 60, die einen hohen Innenwiderstand

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enthält, speist über ihren nicht näher bezeichneten positiven Pol die Verbindungsstelle zwischen dem Kondensator $0 und der Betätigungsspule 52. Der nicht näher bezeichnete negative Pol der Spannungsquelle 60 ist an Bezugspotential gelegt.

Der Feldeffekttransistor 46 ist mit seiner Ouelle- Abeugsstrecke zwischen den" einen Eingang und den Ausgang des Differenzverstärkers 28 geschaltet.

Die auf den Empfänger 12 fallende Strahlung erzeugt am Ausgang des Empfängers 12 einen der Bestrahlungsstärke proportionalen Strom. Vorzugsweise wird als Empfänger 12 ein Photoelement verwendet, dessen spektrale Empfindlichkeit dem spektralen Durchlaßbereich des Filters 10 angepaßt ist. Der Vorstärker Ik erzeugt eine dem Strom des Empfängers 12 proportionale Spannung, die in dem Integrator 18 integriert wird. Die Integrationszextkbnstante wird von der Reihenschaltung eines Widerstands und eines Kondensators bestimmt. Durch die Stellung der Wahlschalter 20 und 3^ werden jeweils ein Widerstand und ein Kondensator in den Eingang Stromkreis und den Riickkopplungsstromkreis des Differenz*- verstärkers 28 eingeschaltet.

Durch die Integration der lusgangsspannung de· Verstärker· steigt die Spannung am Ausgang des DifferenEverstärkers 28 an. Sobald die Ausgangsspannmig des Differenzverstärker« 28 die in der Schaltung ^O eingestellte Spannungeschwelle erreicht hat, gibt die Schwellwertschaltung 40 ein Auβgang«- signal ab, durch das sowohl der Feldeffekttransistor 46 als auch der Transistor 5° in den leitenden Zustand versetzt wird.

Wenn der Transitor 50 leitend ist, fließt ein Strom von der

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Spannungsquelle 6O und vom Kondensator 58 über die Be-' tätigungsspule 52 des Zählers 54. Der Zähler 54 wird dadurch um eine Zähleinheit weitergeschaltet.

Sobald der Feldeffekttransistor 46 leitend wird, entlädt sich der über den Wählschalter 30 eingestellte Kondensator in kurzer Zeit* Die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 28 fällt dabei auf etwa den am Eingang herrschenden Wert ab. Dadurch endet das Ansteuersignal am Ausgang der Schwellwertschaltung 40. Der Feldeffekttransistor 46 und der Transistor 50 werden wieder in den nichtleitenden Zustand versetzt. Nach dem Sperren des Traneistors ^O fließt der durch den Energieinhalt der Spule 52 bedingte Strom bis zum völligen Abklingen über die Diode 56.

Anschließend beginnt die Integration der Spannung des Verstärkers 14 erneut, bis die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 28 den Wert der Ansprechschwelle der Schaltung 40 «feder erreicht hat. Es wiederholt sich dann die Fortschaltung des Zählers 54 um eine Zähleinheit und die Zurücksetzung des Integrators l8 auf einen, dem Ausgangszustand für die Integration entsprechenden Wert.

Durch die Ansprechschwelle der Schaltung 40 wird diejenige Menge an Strahlungsenergie festgelegt, die einer Zähleinheit des Zählers 54 entspricht. Die in der Zeichnung dargestellte Anordnung läßt sich daher über die Einstellung der Ansprechschwelle eichen. Die Eichung ist relativ einfach durchzuführen.

Der Zähler 54 zeigt den gemessenen Wert digital an. Damit werden Ablesefehler weitgehend vermieden.

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Mit Hilfe der Auswahl der Widerstände 22 bis 26 und der Kondensatoren 32 bis 36 über die Schalter 20 und 30 können unterschiedliche Integrationsfaktoren hergestellt werden. Damit ergeben sich verschiedne Meßbereiche. Die Schaltungsanordnung gemäß der Zeichnung hat daher einen großen Anwendungsbereich.

Da die Schaltung nur wenige, kleine Bauelemente enthält, kann sie raumsparend aufgebaut werden. Dies bedeutet eine leichte und einfache Handhabung.

Der Leistungsverbrauch' der Schaltung ist gering. Lediglich bei der Weiterschaltung des Zählers 5^ beansprucht die Spule 52 eine stärkere Energiemenge, die vom Kondensator 5^ gedeckt wird. Es ist daher möglich, die Schaltungsanordnung von einer Batterie oder aus einer Solarzelle zur speisen. Die Speisung durch eine Solarzelle ist besonders bei Anwendungen im Freien günstig.

Der Zähler 5'* zeigt die gesamte, vom Beginn einer Bestrahlung des Empfängers 12 bis zum Zeitpunkt der Zählerablesung auf den Empfänger 12 übertragene Strahlungsenergie an.

Die Anordnung kann aufgrund des geringen Raumbedarfs bei Untersuchungen in einer Stellung angebracht werden, die in bezug auf die Bestrahlungsstärke mit der Lage von Gegenständen weitgehend übereinstimmt, deren Verhalten unter dem Einfluß der Strahlung geprüft werden soll. Damit ergeben sich reproduzierbare Messungen.

Ansprüche ;

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Claims

Ansprüche :

Anordnung zur Messung der in einem bestimmten Zeitraum an einer Stelle auftretenden Bestrahlungsenergie mit einem von Strahlung beaufschlagten photoelektrischen Empfänger, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (12) mit einem Integrator (18) verbunden ist, dessen Ausgangssignal einer Schwellwertschaltung (40) zuführbar ist, durch deren Ansprechen ein Zähler (54) mit einem Zählsignal beaufschlagbar und der Integrator (l8) auf einen, dem Ausgangszustand für die Integration entsprechenden Wert zurücksetzbar ist.

Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die spektrale Verteilung der. auf den photoelektrischen Empfänger (12) auftreffenden Strahlung durch ein vorgeschaltetes Filter (10) auswählbar ist.

Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichne t , daß der Integrator (l8) einen Differenzverstärker (28) aufweist, in dessen Kückkopplungszweig über einen Wahlschalter (30) Kondensatoren (32, 34, 36) unterschiedlicher Kapazität und in dessen Eingangsstromkreis über einen weiteren Wahlschalter (20) Widerstände (22, 24, 26) mit unterschiedlichen Widerstandswerten einschaltbar sind.

Anordnung nach Anspruch 3» dadurch ge kennzeichne t , daß zu den Kondensatoren (32, 34, 36) ein steuerbares Schaltelement (46) paraiLel geschaltet ist, das boiin Ansprechen der Schweiiwert-

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schaltung (4O) ih den leitenden Zustand umgeschaltet wird.

Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß

der Schwellwertschaltung (kO) ein Transistor (50) nachgeschaltet" ist, in dessen Kollektorkreis eine Betätigungsspule (52) eines elektromechanischen Zählers (5^) angeordnet ist.

Anordnung nach Anspruch 5» dadurch g e kennze i chne t , daß zu der aus dem Transistor (50) und der Detätigungsspule (52) bestehenden Reihenschaltung ein Kondensator (5Ö) parallel geschaltet ist, der an eine Spannungsquelle (6O) mit großem Innenwiderstand (62) angeschlossen ist.

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