DE2412633A1 - Lichtzerhacker - Google Patents

Description

Lichtzerhacker

Die Erfindung betrifft einen Lichtzerhacker von einer Schwingungsbauart, der in der Lage ist, einen Lichtstrahl durch Vibration einer schwingenden Scheibe ein- und auszuschalten, welche in dem Lichtweg des Strahlenbündels als Unterbrecher angeordnet ist. Der Lichtzerhaeker eignet sich beispielsweise zur Verwendung in Spektrometern und optischen Gasanalysatoren.

Bei einer bekannten Bauart von Lichtzerhackern wird eine Sektorenscheibe, d.h. eine Scheibe, die in Einzelbereichen ausgeschnitten ist, von einem Gleichstrommotor in Umdrehung gesetzt. Diese Sektorenscheibe ist zwischen der Lichtquelle und einem
Empfänger für die Lichtstrahlung angeordnet. Bei diesem System· ist jedoch die Verwendung eines Motors unerlässlich. Dies führt dazu, dass es kaum möglich ist, das Gerät mit kleinen Dimensionen herzustellen, sowie dass ein komplizierter Aufbau zur Verhinderung eines unerwünschten Lichtaustritts verwendet werden muß.

409839/0783

Ein weiterer Lichtzerhacker gernäss dem Stand der Technik ist derart aufgebaut, dass eine Wechselstromerregerspule von ringförmiger Gestalt in ein Gehäuse eingebaut ist, das ein durchsichtiges Fenster oder eine Durchgangsbohrung für den Durchtritt eines Lichtbündels aufweist. Die Spule wird hierbei als Stator verwendet. Eine Sektorenscheibe, die auf ihrem Umfangsbereich einen Magnet trägt, ist in dem Gehäuse schwenkbar gehaltert, wobei der Magnet als Rotor dient. Dieses System ist insofern vorteilhaft, als es bei ihm gelingt, die Grosse des Gerätes herabzusetzen, ein unerwünschtes Austreten, d.h. eine Art "Lecken" des Lichtstrahls zu vermeiden, und die Konstruktion zu vereinfachen. Auf der anderen Seite benötigt man bei diesem System jedoch eine Wechselstromspannungsquelle. Desweiteren ändert sich die Periode, mit der der Lichtstrahl unterbrochen wird, entsprechend der Schwingungsperiode der Wechselstromspannungsquelle. Für eine Einstellung der Periode, mit der das Lichtbündel unterbrochen wird, muss daher zusätzlich ein Frequenzumformer verwendet werden, oder man muss die Konstruktion der Wechselstromspule in jedem Fall ändern.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Lichtzerhacker zu schaffen, der eine einfache Änderung der Unterbrechungsperiode für das Strahlenbündel ermöglicht, ohne dass hierbei die Verwendung einer Wechselstromspannungsquelle notwendig ist. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Hauptanspruches gelöst.

Mit der Erfindung wird ein Lichtzerhacker geschaffen, der einfach in seinem Aufbau ist und der von einer Transistorschaltung angetrieben wird, deren Betrieb von einer als Gleichstromspannungsquelle dienenden Batterie erfolgt.

Mit der Erfindung gelingt es desweiteren,einen Lichtzerhacker zu schaffen, der in kleinen Dimensionen unter geringen Kosten hergestellt werden kann, und bei dessen Betrieb ein minimaler unerwünschter Lichtaustritt stattfindet.

409839/0783

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung spezieller Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnung ersichtlich. Darin zeigen:

Fig, 1 ein Schaltdiagramm zur Erläuterung des einer Ausführungsform der Erfindung zugrundeliegenden Prinzips;

Fig. 2a und 2b eine Seitenschnittansicht sowie eine Schnittansicht in Draufsicht von der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform;

Fig. J5 ein Schaltdiagramm zur Erläuterung des einer v/eiteren Ausführungsform der Erfindung zugrundeliegenden Prinzips; und

Figuren 4a und 4b eine Seitenschnittansicht sowie eine Schnittansicht in Draufsicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Schaltdiagramm dargestellt, das zur Erläuterung des Grundgedankens von einer Ausführungsform der Erfindung dient. Mit dem Bezugszeichen 1 ist hierin eine Schwingscheibe bezeichnet, die als Unterbrecher für ein Lichtbündel dient. Die Schwingscheibe 1 ist in einem Bereich ausgeschnitten, so dass eine Sektorenscheibe entsteht. Die Sehwingscheibe 1 ist aus einem nicht-magnetischen Material gefertigt. Die Sehwingscheibe 1 ist so gehaltert, dass sie eine Drehung und eine Schwingung mit einer Rotations-Mittelachse 2 durchführen kann. Die Bezugszeichen 3 und J' kennzeichnen Soiralfedern,. welche die Rückstellkraft bei der Schwingung liefern. Jede der Fdern ist jeweils mit einem Ende an einem Punkt an der Sehwingscheibe 1 befestigt. Die anderen Enden der Federn sind an einer festen Halterung, wie beispielsweise einem Gehäuse, befestigt. Magnete 4 und 5 sind an zwei ausgeschnittenen Enden der Sehwingscheibe 1 befestigt. Die Bezugszeichen 6 und 7 bezeichnen eine Detektorspule und eine Erregerspule, die den Magneten 4 und 5 gegenüberliegend angebracht sind. Diese Spulen sind mit der

409839/0783

Basisseite und mit der Kollektorseite eines Transistors 8 verbunden. Eine Gleichstromspannungsquelle 9 dient zum Betrieb des Transistors 8.

Das in Fig. 1 gezeigte Schwingungssystem führt Drehschwingungen mit einer Eigenfrequenz durch, die von der Masse des Schwingkörpers abhängt, welcher die Schwingscheibe 1 und die Mittel achse 2 enthält, sowie von den Federkonstanten der Spiralfedern 3 und y. Zum Antrieb und zur Aufrechterhaltung der Drehschwingung von diesem Schwingungssystem ist eine Transistorschaltung vorgesehen, welche die Detektorspule 6, die Erregerspule 7, den Transistor 8 und die Gleichstromspannungsquelle 9 enthält. Wenn die Schwingscheibe 1 auf der Drehachse 2 entgegen dem Uhrzeigersinn schwingt, wird der Induktionsfluss des Magnets 4 von der Detektorspule 6 abgefangen. Hierdurch schaltet sich der Transistor 8 ein, so dass ein Strom in die Erregerspule 7 fliesst. Hierdurch wird eine elektromagnetische Kraft parallel zu der Spule J erzeugt, welche den Magnet 5 anzieht, so dass sich die Schwingscheibe in Richtung des Uhrzeigersinnes dreht. Die Verschiebung der Schwingscheibe bewirkt, dass sich der Magnet 4 von der Detektorspule 6 hinwegbewegt. Die Polarität der parallel zur Detektorspule anliegenden elektromotorischen Kraft wird umgekehrt, so dass der Transistor 8 in dem Moment abgeschaltet wird, wenn der Magnet 4 die Detektorspule 6 verlässt. Dies bewirkt, dass der in der Erregerspule 7 fliessende Strom endet. In diesem Augenblick dreht sich die Schwingscheibe aufgrund der in den Spiralfedern J5 und 5* gespeicherten Energie entgegen dem Uhrzeigersinne, um zu bewirken, dass der Induktionsfluss des Magnets 4 von der Detektorspule 6 aufgenommen wird. Es erfolgt eine wiederholte Durchführung von einer Reihe dieser Betriebsabläufe, so dass die Drehschwingung aufrechterhalten wird. Die Schwingungszahl lässt sich in .einfacher Weise durch Änderung der Federkonstanten von den Spiralfedern 3 und 3* ändern, d.h. dadurch, dass man die Längen dieser Spiralfedern ändert.

409839/0783

Die Figuren 2a und 2b zeigen Querschnittsansichten von einer Ausführungsform der Erfindung. Ein Gehäuse 10 bestimmt die äussere Struktur des Lichtzerhackers, wie aus Pig. 2 hervorgeht. Dieses Gehäuse dient der Aufgabe, die Mittelachse 2 für die Drehung schwenkbar zu haltern, ein Austreten des Lichtstrahls in Form eines Leckens zu verhindern, ein Ende der Spiralfeder 3 zu haltern, und die Detektorspule 6, die Erregerspule 7 und den Transistor 8 zu haltern. Das Gehäuse 10 weist durchsichtige Fenster auf oder Durchgangsbohrungen 11 und 11^f, um ein Lichtbündel hindurchzulassen. Die Schwingscheibe 1 ist aus einem nicht-magnetischen Material gefertigt. Sie hat die Gestalt einer kreisförmigen Platte, bei der ein Teil ausgeschnitten ist. Die Scheibe 1 trägt zwei vorstehende Magnetpole 4 und 5. Desweiteren ist sie an der Rotationsrnittelachse 2 gehaltert. Auf diese Weise wird erreicht, dass sich die Schwingseheibe 1 und die Mittelachse 2 miteinander drehen. Die Rotations-Mittelachse 2 ist schwenkbar in dem Gehäuse 10 gehaltert. Des weiteren ist sie mit einem Ende der Spiralfeder 3 verbunden. Das andere Ende der Spiralfeder 3 ist an dem Gehäuse 10 befestigt. Die Detektorspule 6 und die Erregerspule 7 werden dadurch gebildet, dass man einen Leiterdraht in zylindrischer Form aufspult. Die Spulen werden ansehliessend an je einer Basis aus isolierendem Material befestigt. Die Anbringung der Spulen an dem Gehäuse 10 erfolgt an Stellen, an denen sie den Magneten 4 und 5 gegenüber liegen. Der Transistor 8 ist ebenfalls an dem Gehäuse 10 befestigt. Die in Fig. 2 nicht dargestellte Gleichstromspannungsquelle ist mit der Detektorspule 6 und der Erregerspule 7 entsprechend Fig. 1 in dem Aufbau des Gehäuses 10, wie in Fig. 2 dargestellt, verbunden.

Fig. 3 zeigt ein Schaltdiagramm zur Erläuterung des Grundgedankens von einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Fig. zeigt Schnittansichten dieser Atisführungsform gemäss Fig. 3· Diese Ausführungsform ist ähnlich zu der in Fig. 1 und 2 dargestellten, mit der Ausnahme, dass ein Magnet 12 zur Steuerung der Amplitude von der Schwingscheibe zusätzlich zur Verwendung kommt.

409839/0783

Bei der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsform zeigt die Amplitude der Schwingscheibe 1 das Bestreben, sich dann zu ändern, wenn die Federkonstanten der Spiralfedern 3 und 3^! geändert werden oder wenn die Spannung der Gleichstromspannungsquelle 9 geändert wird. Es ist Aufgabe des Magnetes 12, eine Änderung in der Amplitude der Schwingscheibe 1 zu verhindern. Wenn bei dem in Fig. J5 dargestellten Lichtzerhacker die Sehwingscheibe 1 eine Drehung durchführt, die über einen gegebenen Winkelbetrag hinausgeht, wird die Abstossungskraft zwischen dem Magnet 4 und dem die Amplitude begrenzenden Magnet 12 gross, während die Abstossungskraft zwischen dem Magnet 4 und dem die Amplitude begrenzenden Magnet 12 klein wird, so dass die Amplitude der Schwungscheibe zu allen Zeiten konstant gehalten wird.

Die Schwingungsfrequenz der in den Figuren 2 und 4 gezeigten Schwingscheibe 1 hängt von der Masse des schwingenden Körpers und von den Federkonstanten der Spiralfedern ab, unabhängig von der Spannung, die von der Spannungsquelle der Transistorschaltung angelegt ist. Die Masse des schwingenden Körpers ist von der Temperatur unbeeinflusst. Die Federkonstante hängt von dem Material und der Gestalt der verwendeten Feder ab. Die temperaturbedingte Änderung in der Federkonstante kann wesentlich vernachlässigbar klein gehalten werden, indem man für die Fender ein geeignetes Material auswählt. Es ist somit ersichtlich, dass die Schwingungsfrequenz des erfindungsgemässen Geräts nahezu unabhängig von Einflüssen ist, welche Temperaturänderungen zuzuschreiben sind. Da die Amplitude der Schwingscheibe 1 durch die Abstossungskraft des Magnets 12 auf einen konstanten Wert geregelt wird, ergibt sich eine genaue Stabilisierung der Schwingungsfrequenz .

Es lässt sich somit gemäss der vorstehend beschriebenen Erfindung eine stabile Schwingungsfrequenz aufrechterhalten, die nahezu unabhängig ist von Störungen, die auf Änderungen der Temperatur und der von der Gleichstrom-Spannungsruelle angelegten Spannung zurückzuführen sind. Dies führt zu dem Ergebnis, dass man keine Wechselstrom-Spannungsquelle benötigt. Des weiteren läßt

409839/0783

sich die Schwingungsfrequenz in einfacher Weise dadurch ändern, dass man lediglich die Länge der Spiralfedern ändert. Darüber hinaus benötigt man bei dem erfindungsgemässen Gerät eine kleinere Anzahl von Bauteilen, so dass eine Herstellung in kleinen Dimensionen mit geringen Kosten möglich ist. Da das Gerät ferner in einem Gehäuse untergebracht ist, ergibt sich eine vollständige Unterbrechung des Lichtbündels.

Bei der in den Figuren 2 und 4 dargestellten Ausführungsform des Schwingkörpers 1 weist dieser die Gestalt einer Scheibe auf, von der ein Teil weggeschnitten ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine derartige Scheibe begrenzt, sondern es kann vielmehr jegliche geeignete Struktur verwendet werden. So kann beispielsweise eine kreisförmige Scheibe aus einem durchsichtigen Material derart verwendet werden, dass diese in unterbrochener Weise mit einer nicht durchsichtigen Maske bedeckt ist.

Mit der Erfindung ist somit ein Lichtzerhacker geschaffen, der ein Lichtbündel mit einer gleichmässigen Periode auffängt bzw. hindurchtreten lässt, indem ein scheibenartig gestalteter Schwingkörper in einem Gehäuse in Drehschwingungen versetzt wird. Der scheibenförmige Schwingkörper und das Gehäuse enthalten durchsichtige Fenster, durch welche ein Lichtbündel hindurchtreten kann. Eine Detektorspule und eine Erregerspule sind an der inneren.Wandung des Gehäuses zwei Magneten gegenüberliegend angebracht, welche auf dem scheibenförmigen Schwingkörper befestigt sind. Eine Transistorschaltung, mit der diese Spulen basis- und kolletorseitig verbunden sind, wird als Erregerquelle für die Schwingungen verwendet. Spiralfedern sind zwischen der Rotationsmittelwelle und dem Gehäuse angebracht. Diese Federn liefern die Rückstellkraft für die Schwingungen. Die Schwingungszahl kann durch Einstellung der Federkonstanten von den Spiralfedern nach Wunsch geändert werden.

40 9839/0783

Claims (2)

1. P_a_t_e_n_t_a_n_s_p_r_ü_c_h_e

   IJ Lichtzerhacker, dadurch gekennzeichnet, dass durchsichtige Fenster (11,1I¹), welche dazu dienen, Lichtbündel hindurchtreten zu lassen, an einem Gehäuse (10) und an einem scheibenartigen Schwingkörper (l) vorgesehen sind, der drehbar in dem Gehäuse gehaltert ist, dass eine Detektorspule (6) und eine Erregerspule (7) an der Innenwandung des Gehäuses (1O) zwei Magneten (4,5) gegenüberliegend angeordnet sind, welche an dem scheibenartigen Schwingkörper (l) angebracht sind, dass eine Transistorschaltung (8,9),mit der die Spulen (6,7) basis- und kollektorseitig verbunden sind, eine Antriebskraft für die Drehschwingung liefert, dass Spiralfedern (3,3^f) zwischen der Rotationsmittelv/elle (2) und dem Gehäuse (10) vorgesehen sind, welche eine Rückstellkraft für eine Schwingung liefern,wobei die Schwingungszahl durch Einstellung der Federkonstanten von den Spiralfedern (3,3*) geändert wird und dass auf diese Weise das durch die durchsichtigen Fenster (11,11') hindurchtretende Lichtbündel mit einer gegebenen Periode unterbrochen wird.
2. 2. Lichtzerhacker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Magnet (12), der dazu dient, die Amplitude der von dem scheibenartigen Schwingkörper (l) durchgeführten Drehschwingung konstant zu halten, in der Nähe der Detektorspule (6) angebracht ist, die an der Innenwandung des Gehäuses (10) befestigt ist. 409839/0783