DE2405567B2

DE2405567B2 - Anordnung zur messung der in einem bestimmten zeitraum an einer stelle auftretenden bestrahlungsenergie

Info

Publication number: DE2405567B2
Application number: DE19742405567
Authority: DE
Inventors: Walter 6450 Hanau 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: 1977-07-28
Also published as: DE2405567A1; US3974375A; DE2405567C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Messung der in einem bestimmten Zeitraum an einer Stelle auftretenden Bestrahlungsenergie, mit einem von der Strahlung beaufschlagten fotoelektrischen Empfänger, einem Integrator zur Integration des Ausgangssignals des Empfängers, einer an den Ausgang des Integrators angeschlossenen Schwellwertschaltung zur Erzeugung eines den Integrator in den Ausgangszustand zurücksetzenden Schaltsignals bei Erreichen eines bestimmten Schwellwerts durch das integrierte Ausgangssignal des Empfängers und einer ihren Zustand unter dem Einfluß des Schaltsignals ändernden Einrichtung.

Eine derartige Anordnung ist bekannt (US-PS 58 770). Das fotoelektrische Element befindet sich bei dieser Anordnung in einem Zweig einer Brückenschaltung und speist nach Beaufschlagung mit Strahlungsenergie einen Strom in einen Integrator ein, der einen Kondensator von ;großer Kapazität aufweist. Der Kondensator ist im Rückkopplungszweig eines Verstärkers angeordnet. Der Verstärkerausgang steht über s einen Ruhekontakt eines Relais mit der Basis eines Transistors in der Schwellwertschaltung in Verbindung. Die Emitterspannung des Transistors läßt sich mittels eines Potentiometers einstellen. Sobald die am Emitter eingestellte Spannungsschwelle von der Basisspannung ίο des Transistors unterschritten wird, steuert der Transistor einen nachgeschalteten Transistor leitend, in dessen Kollektorkreis das Relais angeordnet ist. Der leitende Transistor betätigt das Relais, das den Ruhekontakt öffnet und einen Arbeitskontakt schließt, über den sich der Kondensator entlädt. Bei dieser bekannten Anordnung führt der Integrator während des gesamten Meßzeitraums eine kontinuierliche .integration aus.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung zur Messung der in einem bestimmten Zeitraum an einer

Stelle auftretenden Bestrahlungsenergie ist einem fotoelektrischen Empfänger ein Integrator nachgeschaltet, an den ein Schalter angeschlossen ist. Der Schalter gibt an einen Zähler ein Signal ab, dessen Dauer der Amplitude des Ausgangssignals des Integrators propor-

tional ist. Während der Dauer dieses Signals gelangen Taktimpulse eines Taktgenerators in den Zähler, dem eine Anzeigeeinrichtung nachgeschaltet ist (US-PS 37 10 115). Die Integration läuft in dem vorgegebenen Meßzeitraum bei dieser Anordnung ebenfalls kontinuierlichab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs erwähnten Gattung derart weiterzuentwickeln, daß bei geringem schaltungstechnischem Aufwand auch bei längeren Meßzeiträumen eine genaue Messung der Bestrahlungsenergie möglich ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einrichtung aus einem Zähler besteht, dessen Inhalt bei Auftreten des Schaltsignals um eine Einheit erhöht wird, und daß die Ansprechschwelle der Schwellwertschaltung so bemessen ist, daß diese Ansprechschwelle innerhalb des bestimmten Zeitraums wiederholt erreicht wird.

Mit dieser Anordnung wird die Gesamtmeßzeit in einzelne Integrationsintervalle aufgeteilt, die gezählt und als Meßwert ausgegeben werden. Die Ansprechschwelle kann geeicht werden und bleibt danach immer eingestellt. Während bei den bekannten Anordnungen für lange Meßzeiträume Kondensatoren großer Kapazität zur Erzielung einer genauen Messung notwendig sind, läßt sich bei der vorstehend beschriebenen Anordnung die Genauigkeit mit Kondensatoren von geringer Kapazität erreichen, die kleine Abmessungen und geringe Gewichte aufweisen. Der Meßzeitraum kann durch die Wahl eines Zählers mit entsprechender Zählkapazität beliebig groß sein. Mit geringem Aufwand läßt sich deshalb ein großer Meßbereich erzielen. Für die Rücksetzung des Integrators nach jedem Integrationsintervall benötigt die Anordnung nur ein Schaltelement. Da die Anordnung trotz großem Meßbereich nur wenige, kleine Bauteile enthält, beansprucht sie nur wenig Raum und ist in der Handhabung sehr einfach.

Die Anordnung kann bei Untersuchungen eingesetzt werden, durch die der Einfluß von Strahlungsenergie auf

^(l5 Materialien, z. B. Textilien, festgestellt werden soll. An Textilien werden die Untersuchungen durchgeführt, um die Lichtbeständigkeit der verwendeten Farben zu prüfen. Diese Untersuchungen erstrecken sich über

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W$$M&Ziiträurne,in denen mit Schwankungen der SK^!§iSrlhiüngsstärke gerechnet werden muß. Auch bei IlEKg von Tageslicht für die Bestrahlungen iSji-ilie? z^rB. Lichtschwankungen auf. Bei künstlichen ipl|!fhtauellenι beeinflussen Schwankungen der Energie-AfSgiing und die Alterung die Beleuchtungsstärke. ö|;%ä^_ni_et_er bevorzugten Ausführungsiorm ist vorgese-ÖtiiÄ&^: M der Integrator einen Differenzverstärker ÜIÄf_weist in dessen Rückkopplungszweig über einen ^^Wählschalter Kondensatoren unterschiedlicher Kapazi- '° iPlilf und in dessen Eingangsstromkreis über einen tillifeiteren Wahlschalter Widerstände mit unterschiedli- |pi!pö:_n widerstandswerten einschaltbar sind. Diese Ä-Sdnung ermöglicht die Umschaltung auf.unter-SilPihieaiiche Meßbereiche, Die Verwendungsmöglichkeit "5 IPlerivießanordnung wird somit erweitert S!;i|fi;"^_e· einer zweckmäßigen Ausführungsform ist zu den ^ilirtndensatoren ein steuerbares Schaltelement parallel SÄÄ^Irhaltet das beim Ansprechen der Schwellwertschal-"*"**""Sn« i„ den leitenden Zustand umgeschaltet wird Als lieferbares Schaltelement kann ein Feldeffekttransistor verwendet werden, der während des Ablaufs der integration nichtleitend ist. Die Integration wird von Hern Feldeffekttransistor daher praktisch nicht beeinfhißt Über dem Feldeffekttransistor ist weiterhin ein *'. 'Leller Ausgleich der Ladungen des jeweils im Rückkopplungskieis liegenden Kondensators erreichhar so daß die Zeit für den Ladungsausgleich sehr klein gegenüber der für die Integration zur Verfügung

^SteEinⁿe^dgünst'igeAusführungsform besteht darin, daß der Srhwellwertschaltung ein Transistor nachgeschaltet ist, η dessen Kollektorkreis eine Belätigungsspule 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 weitergeschaltet w.rd.

Rei einer anderen bevorzugten Ausfuhrungsform ist _zu der aus dem Transistor und der Betätigungsspule bestehenden Reihenschaltung ein Kondensator parallel ^schaltet der an einer Spannungsquelle mit großem Innenwiderstand angeschlossen ist. Bei gesperrtem Transistor wird der Kondensator auf die Spannung der Soannungsquelle aufgeladen. Die im Kondensator SeicSerte Energie steht für die BetäHgung des Zählers zur Verfügung. Die Anordnung kann daher von einer Spannungsquelle geringer Leistung gespeist werden Da für den einwandfreien Betneb der Anordnung Batterien oder Solarzellen ausreichen, kann die Anordnung im Freien und an Stellen verwendet werden an denen kein elektrisches Leuungsnetz

DieErindung wird im folgenden anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbe.sp.els "Bezeichnung zeigt ein Schaltbild einer Anordnung 7ur Messung der in einem bestimmten Zeitraum an einer Stel^auRrLnden Bestrahlungsenergie. Ein optisches F Uer 10 wird von einer nicht dargestellten Lichtquelle b leuchte · Von der zur Verfügung stehenden Strahlung, ,B dem Sonnenlicht, durchdringt das Filter 10 ein fur

te" Eingang an Bezugspotential gelegt ist. Zwischen den Ausgang des Diflerenzvcnjtäi'kers )4 und den an den Empfänger 12 angeschlossenen Eingang ist ein Rückkopplungswidersland 16 geschaltet, mit dem der Verslärkungsgrad eingestellt wird.

Der Verstärker 14 speist einen Integrator 18, der einen Wahlschalter 20 enthält, dessen mit dem Kontaktelemeni verbundener Anschluß an den Ausgang des Verstärkers 14 angeschlossen ist. Der Wahlschalter 20 ist auf drei, nicht näher bezeichnete Ausgangsanschlüsse umschaltbar, die mit Widerständen 22,24,26 in Verbindung stehen. Die zweiten Anschlüsse der Widerslände 22, 24, 26 sind gemeinsam an einen Eingang eines Differenzverstärkers 28 angeschlossen, dessen zweiter Eingang an Bezugspotential gelegt ist. Mit der gemeinsamen Anschlußstelle der Widerstände 22, 24, 26 ist weiterhin ein Wahlschalter 30 über einen Eingangsanschluß verbunden. Der Wahlschalter 30 enthält drei nicht näher bezeichnete Ausgänge, die an Kondensatoren 32, 34, 36 angeschlossen sind. Die zweiten Anschlüsse der Kondensatoren 32, 34, 36 sind gemeinsam auf den Ausgang des Differenzverstärkers 28 geführt, der über einen Widerstand 38 eine Schwellwertschaltung 40 speist, die aus zwei Galtern 42, 44 aufgebaut ist. Die Schwellwertschaltung 40 ist als Schmitt-Trigger ausgebildet.

An den Ausgang der Schwellwertschaltung 40 ist einerseits die Steuerelektrode eines Feldeffekttransistors 46 und andererseits über einen Widerstand 48 die Basis eines Transistors 50 angeschlossen, in dessen Kollektorkreis eine Betätigungsspule 52 eines elektromagnetischen Impulszählers 52 angeordnet ist. Parallel zur Betätigungsspule 52 ist eine bezüglich der Spannungsversorgung in Sperrichtung gepolte Diode geschaltet. Der Emitter des Transistors 50 ist an Bezugspoteniial gelegt. Die Reihenschaltung des Transistors 50 und der Betätigungsspule 52 ist zu einem Kondensator 58 parallel geschaltet.

Eine Spannungsquelle 60, die einen hohen Innenwiderstand 62 enthält, speist über ihren nicht näher bezeichneten positiven Pol die Verbindungsstelle zwischen dem Kondensator 58 und der Belätigungsspule 52. Der nicht näher bezeichnete negative Pol der Spannungsquelle 60 ist an Bezugspotential gelegt.

Der Feldeffekttransistor 46 ist mit seiner Source-Drainstrecke 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 Fotoelement verwendet, dessen spektrale Empfindlichkeit dem spektralen Durchlaßbereich des Filters 10 angepaßt ist. Der Verstärker erzeugt eine dem Strom des Empfängers 12 proportionale Spannung, die in dem Integrator 18 integriert wird. Die integrationszeitkonstante wird von der Reihenschaltung eines Widerstands und eines Kondensators bestimmt. Durch die Stellung der Wahlschalter 20 und 30 werden jeweils ein Widerstand und ein Kondensator in den Eingangstromkreis und den Rückkopplungss'i-omkreis des Differenzverstärkers 28 eingeschaltet.

Durch die Integration der Ausgangsspannung des Verstärkers 14 steigt die Spannung am Ausgang des Differenzverstärkers 28 an. Sobald die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 28 die in der Schaltung 40 eingestellte Spannungsschwelle erreicht hat, gibt die Schwellwertschaltung 40 ein Ausgangssignal ab, durch das sowohl der Feldeffekttransistor 46 als auch der Transistor 50 in den leitenden Zustand versetzt wird.

Wenn der Transistor 50 leitend ist, fließt ein Strom Damit werden Ablesefehler weilgehend vermieden,

von der Spannungsqucllc 60 und vom Kondensator 58 Mit Hilfe der Auswahl der Widerstände 22 bis 26 und

über die Betätigungsspule 52 des Zählers 54. Der Zähler der Kondensatoren 32 bis 36 über die Schalter 20 und 30

54 wird dadurch um eine Zählcinhcit wcilcrgcschaltct. können unterschiedliche Integrationsfaktoren hcrgc-

Sobald der Feldeffekttransistor 46 leitend wird. 5 stellt werden. Damit ergeben sich verschiedene

entlädt sich der über den Wählschalter 30 eingestellte Meßbereiche. Die Schaltungsanordnung gemäß der

Kondensator in kurzer Zeit. Die Ausgangsspannung des Zeichnung hat daher einen großen Anwendungsbereich.

Differenzverstärker 28 fällt dabei auf etwa den am Da die Schaltung nur wenige, kleine Bauelemente

Eingang herrschenden Wert ab. Dadurch endet das enthält, kann sie raumsparend aufgebaut werden. Dies

Ansteuersignal am Ausgang der Schwellwertschaltung _]0 bedeutet eine leichte und einfache Handhabung.

40. Der Feldeffekttransistor 46 und der Transistor 50 Der Leistungsverbrauch der Schaltung ist gering,

werden wieder in den nichtleitenden Zustand versetzt. Lediglich bei der Weiterschaltung des Zählers 54

Nach dem Sperren des Transistors 50 fließt der durch beansprucht die Spule 52 eine stärkere Energiemenge,

den Energieinhalt der Spule 52 bedingte Strom bis zum die vom Kondensator 58 gedeckt wird. Es ist daher

völligen Abklingen über die Diode 56. is möglich, die Schaltungsanordnung von einer Batterie

Anschließend beginnt die Integration der Spannung oder aus einer Solarzelle zu speisen. Die Speisung durch

des Verstärkers 14 erneut, bis die Ausgangsspannung eine Solarzelle ist besonders bei Anwendungen im

des Diffcrenzverstärkcrs 28 den Wert der Ansprech- Freien günstig.

schwelle der Schaltung 40 wieder erreicht hat. Es Der Zähler 54 zeigt die gesamte, vom Beginn einer

wiederholt sich dann die Fortschaltung des Zählers 54 20 Bestrahlung des Empfängers 12 bis zum Zeitpunkt der

um eine Zählcinhcit und die Zurücksetzung des Zählcrablesung auf den Empfänger 12 übertragene

Integrators 18 auf einen, dem Ausgangszustand für die Strahlungsenergie an.

Integration entsprechenden Wert. Die Anordnung kann aufgrund des geringen Raumbe-

Durch die Ansprechschwelle der Schaltung 40 wird darfs bei Untersuchungen in einer Stellung angebracht

diejenige Menge an Strahlungsenergie festgelegt, die 25 werden, die in bezug auf die Bestrahlungsstärke mit der

einer Zählcinhcit des Zählers 54 entspricht. Die in der Lage von Gegenständen weitgehend übereinstimmt.

Zeichnung dargestellte Anordnung läßt sich daher über deren Verhalten unter dem Einfluß der Strahlung

die Einstellung der Ansprcchschwellc eichen. Die geprüft werden soll. Damit ergeben sich reproduzierba-

Eichung ist relativ einfach durchzuführen. rc Messungen.

Der Zähler 54 zeigt den gemessenen Wert digital an. 30

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Messung der in einem bestimmten Zeitraum an einer Stelle auftretenden Bestrahlungsenergie, mit einem von der Strahlung beaufschlagten fotoelektrischcn Empfänger, einem Integrator zur Integration des Ausgangssignals des Empfängers, einer an den Ausgang des Integrators angeschlossenen Schwellwertschaltung zur Erzeugung eines den Integrator in den Ausgangszustand zurücksetzenden Schaltsignals bei Erreichen eines bestimmten Schwellwerts durch das integrierte Ausgangssignal de» Empfängers und einer ihren Zustand unter dem Einfluß des Schaltsignals ändernden Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung aus einem Zähler (54) besteht, dessen Inhalt bei Auftreten des Schaltsignals um eine Einheit erhöht wird, und daß die Ansprechschwelle der Schwellwertschaltung (40) so bemessen ist, daß diese Ansprechschwelle innerhalb des bestimmten Zeitraums wiederholt erreicht wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator (18) einen Differenzverstärker (28) aufweist, in dessen Rückkopplungszweig 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.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Kondensatoren (32,34, 36) ein steuerbares Schaltelement (46) parallel geschaltet ist, das beim Ansprechen der Schwellwertschaltung (40) in den leitenden Zustand umgeschaltet wird.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertschaltung (40) ein Transistor (50) nachgeschaltet ist, in dessen Koliektorkreis eine Betätigungsspule (52) eines elektromechanischen Zählers (54) angeordnet ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zu der aus dem Transistor (50) und der Betätigungsspule (52) bestehenden Reihenschaltung ein Kondensator (58) parallel geschaltet ist, der an eine Spannungsquelle (60) mit großem Innenwiderstand (62) angeschlossen ist.