DE2519840A1

DE2519840A1 - Horizontsensor mit einem ir-detektor

Info

Publication number: DE2519840A1
Application number: DE19752519840
Authority: DE
Inventors: Donald R Cargille
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1974-06-03
Filing date: 1975-05-03
Publication date: 1975-12-04
Also published as: JPS5339781B2; CA1031849A; AU8052775A; JPS516058A; US3920994A; FR2273285B1; DE2519840C3; GB1477065A; IT1035905B; FR2273285A1; DE2519840B2

Description

Anmelderin: Stuttgart, den 28.April 1975

Hughes Aircraft Company P 3015 S/kg

Centinela Avenue and

Teale Street

Culver City, Calif., V.St.A.

Horizontsensor mit einem IR-Detektor

Die Erfindung bezieht sich auf einen Horizontsensor mit einem einen Raumbereich abtastenden IR-Detektor, einem Hochpaß-Verstärker für das Ausgangssignal des IR-Detektors, der nur auf Änderungen des Ausgangssignals des IR-Detektors beim Überschreiten der Begrenzung (Horizont) eines IR-Strahlung emittierenden Körpers und nicht auf Schwankungen des Ausgangssignals beim Überstreichen des Körpers anspricht, und mit einem Komparator, der das Ausgangssignal des Verstärkers mit einem Bezugspegel vergleicht und beim Überschreiten des Bezugspegels ein Ausgangssignal konstanter Amplitude erzeugt·

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Raumfahrzeuge benötigen häufig Fühleinrichtungen zur Bestimmung der Fluglage und zur Erzeugung von Fehlersignalen, die zur Korrektur der Fluglage und für andere Zwecke benutzt werden können. Bei Raumfahrzeugen, die in Nähe strahlender'Körper betrieben werden, nehmen die Fühleinrichtungen häufig die Form eines Horizontsensors

an, der im Infrarot-Spektralbereich arbeitet. Ein solcher Horizontsensor mißt den zeitlichen Abstand zwischen den Überschreitungen der beiden Horizonte eines strahlenden Körpers» Dieser zeitliche Abstand wird dann zur Erzeugung eines Fehlersignals mit einer Normalzeit verglichen. Ea ist offensichtlich, daß die Genauigkeit der Fluglage unmittelbar der Genauigkeit der gemessenen Zeitdauer abhängte

Ein für diesen Zweck geeigneter Horizontsensor der eingangs beschriebenen Art, der bereits mit hoher Genauigkeit arbeitet, ist aus der US-PS 3 457 MO bekannt. Bei dem bekannten Horizontsensor ist der Ausgang eines IR-Detektors mit einem Hochpaß-Verstärker verbunden. Der Verstärker spricht nicht auf die langsamen Änderungen des Eingangssignals an, die in dem Bereich der für eine Abtastung benötigten Zeit liegen« Infolgedessen ist der gesamte Horizontsensor für Temperaturschwankungen des strahlenden Körpers unempfindlich. Ein Teil des Ausgangssignals des Verstärkers, der nur auf die Vorderflanke und die Rückflanke des Ausgangesignals des IR-Detektors anspricht, wird auf eine feste Spannung festgeklemmt. Die festgeklemmten und die unbeeinflußten Signale werden dann über ein Spannungsteiler- und

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Summiernetzwerk einem Komparator zugeführt. Die Komponenten des Netzwerkes sind so gewählt, daß das dem Komparator zugeführte Signal einen Schwellenwert "bei einem gewissen, festen Verhältnis des Ausgangssignals des Verstärkers überschritten wird» Infolgedessen ist der Schwellenwert in bezug auf das zugeführte Signal stets im gleichen Verhältnis, wodurch Rechteckimpulse erzeugt werden, die der Horizontüberschreitung entsprechen und die von Amplitudeschwankungen des Ausgangssignals des Infrarotdetektors unabhängig sind. Hierdurch werden zwar Ungenauigkeiten vermieden, welche durch Amplitudenschwankungen hervorgerufen werden, jedoch können noch immer Fehler auftreten, die durch Impulse bedingt sind, die durch das Erfassen anderer strahlender Körper hervorgerufen werden«

Zur Vermeidung von Meßfehlern, die auf Schwankungen der Strahlungsintensität des emittierenden Körpers zurückzuführen sind, ist es weiter aus der US-PS 3 118 063 bekannt, IR-Detektoren zu verwenden, die selektiv auf das Emissionsband einer gasförmigen Komponente der Atmosphäre des beobachteten Körpers ansprechen, die in großer Höhe gleichförmig verteilt ist· Daher ist das Ausgangssignal eines solchen Detektors während des Überstreichens eines strahlenden Körpers im wesentlichen konstant. Auch hierdurch werden jedoch nicht Fehler vermieden, die durch strahlende Körper verursacht werden, die sich im Abtastbereich des Horizontsensors befinden

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Es sei noch erwähnt, daß weitere Paktoren, die die Arbeitsgenauigkeit eines Horizontsensors beeinträchtigen können, Variationen in der Amplitude des Ausgangssignals des Infrarot-Detektors sind, die außer auf Schwankungen in der Temperatur des strahlenden Körpers auch auf Änderungen der Abtastgeschwindigkeit, insbesondere der Drehzahl eines drallstabilisierten Raumfahrzeuges, sowie auf eine mit der Zeit abnehmende Qualität der dem Infrarot-Detektor zugeordneten Optik oder des Infrarot-Detektors selbst zurückzuführen sindo

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Horizontsensor der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß er im wesentlichen unabhängig von Amplitudenschwankungen des-Ausgangssignals des Infrarot-Detektors ist und auch durch Strahlungsquellen nicht gestört werden kann, die sich außer dem abzutastenden Körper in seinem Abtastbereich befindet«

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß mit dem Ausgang des Verstärkers ein Spitzendetektor gekoppelt ist, der die Spitzenamplitude des Ausgangssignals des Verstärkers beim Überschreiten des Horizontes des Körpers feststellt und speichert, und eine auf die gespeicherte Spitzenamplitude ansprechende Schaltungsanordnung vorhanden ist, die ein festes Verhältnis zwischen dem Bezugspegel und der Spitzenr amplitude einstellte

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Bei dem erfindungsgemäßen Horizontsensor wird das Ausgangssignal des Hochpaß-Verstärkers, der nur auf die Vorderflanke und die Rückflanke des Ausgangssignals des Infrarot-Detektors anspricht, dem Komparator und dem Spitzendetektor zugeführt. Der Komparator wählt die Ausgangssignale des Verstärkers aus, die zeitlich dem Überschreiten des ausgewählten strahlenden Körpers entsprechen und erzeugt Impulse bestimmter Amplitude, die diesem Ausgangssignal entsprechen«. Dadurch findet eine Unterscheidung bezüglich Signalen statt, die von dem Überschreiten der Horizonte anderer, nicht interessierender strahlender Körper stammen» Der Spitzenwertdetektor speichert nur diejenigen Signale, die beim Überschreiten des Horizontes des gewünschten Körpers entstehen_o Das Ausgangssignal des Spitzenwertdetektors wird der Schaltungsanordnung zugeführt, die das feste Verhältnis zwischen dem Bezugssignal und der Spitzenamplitude einstellte Demgemäß wird zur Einstellung des festen Verhältnisses zwischen dem Bezugspegel und der Spitzenamplitude nur der Teil des Ausgangssignals des Verstärkers benutzt, der der Horizontüberschreitung des ausgewählten strahlenden Körpers zugeordnet isto

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigen

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Fig. 1 das Blockschaltbild eines Horizontsensors nach der Erfindung,

Figo 2 eine graphische Darstellung.von Signalen, die in dem'Horizontsensor nach Fig_o 1 auftreten, und

Fig. 3 ein detailliertes Schaltbild eines Horizontsensors.

Der in dem Blockschaltbild nach Fig. 1 dargestellte Horizontsensor umfaßt eine Optik 2 mit einer Abtasteinrichtung 4-, welche die einfallende Infrarotstrahlung empfängt und auf einen Infrarot-Detektor oder kurz IR-Detektor 6 fokussiert. Der Ausgang des IR-Detektors ist mit dem Eingang eines Hochpaß-Verstärkers 8 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 8 ist mit einem Eingang eines !Comparators 10 und dem Eingang eines Addierers 12 verbunden. Einem anderen Eingang des !Comparators 10 wird eine Bezugs spannung c zugeführt» Der Ausgang des !Comparators 10 ist mit dem Eingang eines Impulsbreiten-Diskriminators 14 und dem Steuereingang eines Spitzendetektors 16 verbunden. Der Ausgang des Impulsbreiten-Diskriminators 16 ist mit dem Steuereingang eines Schalters 18 und einer nicht näher dargestellten, üblichen Schaltungsanordnung zur Zeitmessung verbunden»

Dem Addierer 12 wird weiterhin eine Spannung der Amplitude -2fc zugeführt. Der Ausgang des Addierers 12 ist mit dem Eingang des Spitzendetektors 16 verbunden,» Der Ausgang

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des Spitzendetektors 16 ist an den Eingang des Schalters 18 angeschlossene Der Ausgang des Schalters 18 ist mit dem Eingang eines Integrators 20 verbunden» Der Ausgang des Integrators 20 ist an einen Steuereingang des Verstärkers 8 angeschlossen und dient zur Einstellung von dessen Verstärkung*

Der Hochpaß-Verstärker 8 hat eine solche Frequenzcharakteristik, daß er zwar auf Ausgangssignale des IR-Detektors 8 mit einer Änderungsgeschwindigkeit anspricht, wie sie bei einer Horizontüberschreitung auftreten, nicht aber auf Signale mit geringer Änderungsgeschwindigkeit, wie sie beim Überstreichen eines strahlenden Körpers empfangen werden»

Beim Betrieb des Horizontsensors nach Fig. 1 wird Infrarotstrahlung von der Optik 2 empfangen und auf den Detektor 6 fokussiert. Die Abtasteinrichtung 4 dient dazu, den Infrarot-Detektor optisch über den strahlenden Körper hinwegzuführenο Die Abtasteinrichtung kann von jeder geeigneten Art sein und beispielsweise auf eine Rotationsbewegung eines Raumfahrzeuges oder auf der Bewegung optischer Glieder beruhen_o Das Ausgangssignal des Detektors 6, das durch einfallende Infrarotstrahlung erzeugt wird, ist in Fig. 2 durch die Kurven 22 und 24 wiedergegeben. Die Kurven 22 und 24 stellen einen sehr ungünstigen Fall dar, bei dem von einem nichtinteressierenden strahlenden Körper ein Signal empfangen wird, das durch eine Kurve 22

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wiedergegeben wird, deren Amplitude größer und deren Dauer geringer ist als die Kurve 24, die das Signal darstellt, das von dem ausgewählten strahlenden Körper empfangen wird. Das Ausgangssignal des Detektors wird durch den Hochpaß-Verstärker 8 geleitet, der eine gewisse Differenzierung bewirkt und nur auf die Vorder- und Rückflanken der Kurven 22 und 24 anspricht, um die durch die Kurven 26 und 28 wiedergegebenen Signale zu erzeugen« Infolge seiner Frequenzcharakteristik spricht der Verstärker 8 nur auf die relativ steilen Planken der Kurven 22 und 24 an, welche beim Überschreiten des Horizontes entstehen, und nicht auf die langsamen Änderungen des Signals während der gesamten Abtastung. Infolgedessen ist der Horizontsensor im wesentlichen unempfindlich gegenüber TemperaturSchwankungen über dem strahlenden Körper.

Das Aus gangs signal des Verstärkers 8 wird dem Komparator 10 zugeführt. Dieser Komparator vergleicht das Ausgangssignal mit einer Bezugsspannung der Größe ί und spricht jedesmal an, wenn ein ins Positive gehende Signal die Bezugsspannung £ überschreitet und ein sich ins Negative änderndes Signal unter die Bezugsspannung £ abfällte Infolgedessen werden von dem Komparator 10 Ausgangsimpulse 30 und 32 mit einer festen Amplitude erzeugt, die den Kurven 26 und 28 entsprechen. Es versteht sich, daß ein Schmitt-Trigger oder eine andere, auf einen Schwellenwert ansprechende Schaltungsanordnung mit einem Schwellenwert von ? V als Komparator

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benutzt werden kann» Das Ausgangssignal des !Comparators gelangt zu dem Impulsbreiten-Diskriminator 14«, Die Vorderflanke eines dem Impulsbreiten-Diskriminator zugeführten Impulses löst ein Zeitglied aus. Wenn die Dauer des Eingangsimpulses kleiner ist als ein vorbestimmter Wert, wie es bei dem Impuls $0 der Fall ist, wird ein Ausgangsimpuls nicht erzeugt, sondern es stellt die Rückflanke des Eingangsimpulses den Impulsbreiten-Diskriminator zurück* Wenn jedoch die Dauer des Eingangsimpulses größer als dieser Wert ist, wie es bei dem Impuls 32 der Fall ist, so wird nach einer von dem Zeitglied bestimmten Zeit W ein Ausgangsimpuls erzeugt. Das Rückstellen des Impulsbreiten-Diskriminators erfolgt auch hier von der Rückflanke des Impulses, wie es der in Fig. 2 dargestellten Ausgangsimpuls 34- des Impulsbreiten-Diskriminators zeigt. Die Zeitkonstante W ist so gewählt, daß sie kleiner ist als die Mindestdauer der Impulse, die beim Überschreiten des Horizontes des ausgewählten strahlenden Körpers zu erwarten ist, aber größer als die Impulse, die bei dem Überschreiten des Horizontes von anderen strahlenden Körpern im Abtastbereich zu erwarten sind. Infolgedessen erkennt der Impulsbreiten-Diskriminator 14· unerwünschte Impulse und erzeugt nur solche Ausgangsimpulse, die zeitlich der Horizontüberschreitung des ausgewählten strahlenden Körpers entsprechen_o

Die Ausgangsimpulse des Impulsbreiten-Diskriminators 14· werden dann verschiedenen Schaltungsanordnungen bekannter Art zugeführt, die Häufig Zeitvergleichsschaltungen zum

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Erzeugen eines Fehlersignals erhalten. Solche Fehler-• signale werden zur Lagekorrektur, zur Antennenausrichtung und für andere Zwecke benützt.

Für die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel vorhandene Verstärkungsregelung wird ein Teil des Ausgangssignals des Verstärkers 8 dem Addierer 12 zugeführt, indem zu dem Ausgangssignal eine negative konstante Spannung addiert wird. Diese negative Spannung hat einen Absolutwert, der doppelt so groß ist wie die Bezugsspannung Bas Summensignal wird dann dem Eingang eines Spitzendetektors 16 zugeführt, der die Spitzenamplitude seines Eingangssignales bestimmt und speichert. Weiterhin wird dieser Spitzendetektor 16 in Abhängigkeit von den Vorder- und Rückflanken der Ausgangsimpulse des Komparators 10 gestellt und zurückgestellt, so daß er ein Ausgangssignal erzeugt, das durch die Kurve 36 in Fig. 2 wiedergegeben ist. Das Ausgangssignal des Spitzendetektors hat eine Spitzenamplitude, die der Amplitude des Ausgangssignals des Verstärkers 8 abzüglich 2_; 7 beträgt»

Die Kurve 56 läßt erkennen, daß die Spitzenamplitude desjenigen Teiles der Kurve 36, die dem unerwünschten Signal entspricht, größer ist als derjenige Teil, der dem gewünschten Signal entspricht. Um bei der automatischen Verstärkungsregelung Fehler zu vermeiden, die durch den ungewünschten Abschnitt der Kurve 36 hervorgerufen werden könnten, wird das Ausgangssignal des Spitzendetektors 16 durch einen Schalter 18 geleitet, der von dem Ausgangssignal des Impulsbreiten-Diskriminators 14 gesteuert wird. Der Schalter 18 ist nur dann

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geschlossen, wenn am Ausgang des Impulsbreiten-Diskriminators ein Signal vorliegt«, Infolgedessen wird nur derjenige Teil des Ausgangssignals des Spitzendetektors 16, der zeitlich mit dem Überschreiten des Horizontes des ausgewählten strahlenden Körpers zusammenfällt, am Ausgang des Schalters 18 erscheinen, wie es durch die Kurve 38 veranschaulicht ist.

Um die automatische Verstärkungsregelung zu bewirken, wird die durch das Ausgangssignal des Schalters 18 repräsentierte Spitzenamplitude integriert, gehalten und dem Steuereingang des Hochpaß-Verstärkers 8 zugeführt. Demgemäß wird die Signalverstärkung des Verstärkers 8 nur in Abhängigkeit von Schwankungen der Spitzenamplitude derjenige Ausgangssignale des Verstärkers 8 geregelt, die zeitlich mit der Horizontüberschreitung des ausgewählten strahlenden Körpers zusammenfallen. Auf diese Weise wird die Spitzenamplitude dieses Ausgangssignals im wesentlichen auf einem konstanten Wert gehalten. Ba die Bezugsspannung für die automatische Verstärkungsregelung eine Spannung der Größe 2t ist, ist dieser konstante Wert gleich 2i ·

Diejenigen Baueinheiten des Horizontsensors nach Fig. 1, die einer näheren Erläuterung bedürfen, werden nun anhand des in Fig. 3 dargestellten Schaltbildes näher erläuterte Wie ersichtlich enthält der Komparator 10 einen Operationsverstärker 40, dem geeignete positive und negative Speisegleichspannungen zugeführt werden»

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Der Operationsverstärker 40 hat sowohl einen positiven wie auch einen negativen Eingang. Der Ausgang des Verstärkers 8 ist über einen Widerstand 42 mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 40 verbunden» Ein Widerstand 44 verbindet den positiven Eingang des Operationsverstärkers 40 mit Masse ο Weiterhin verbindet ein Widerstand 46 den positiven Eingang des Operationsverstärkers 40 mit einer positiven Gleichstromquelle von 4 ί Vo In der Praxis kann es sich bei dem Verstärker 40 um einen IC vom Typ Harris HA 2700 handeln.

Im Betrieb bilden die Widerstände 44 und 46 einen Spannungsteiler, der die zugeführte Spannung im Verhältnis 4:1 untersetzt, so daß an dem positiven Eingang des Operationsverstärkers 40 eine Spannung von t V.erscheint. Wenn das Ausgangssignal des Hochpaß-Verstärkers 8, das dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 40 zugeführt wird, eine Spannung von ί V überschreitet, wechselt das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 40 von einem positiven Viert auf einen bestimmten, konstanten negativen Wert über. Wenn das genannte Eingangssignal unter £ V absinkt, nimmt das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 40 wieder den positiven Viert an, so daß sein Ausgangssignal den Verlauf hat, wie er durch die Kurven und 32 in 3?ig. 2 wiedergegeben wird_o

Der Impulsbreiten-Diskriminator 14 enthält einen Operationsverstärker 50, dem geeignete positive und negative Versorgungsgleichspannungen zugeführt werden» Der Operationsverstärker 50 hat sowohl einen positiven als auch

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einen negativen Eingang· Der Impulsbreiten-Diskriminator enthält weiterhin einen Feldeffekttransistor (FET) 52, einen npn-Transistor 54 "und einen pnp-Transistor 56_e Mit dem positiven Eingang des Operationsverstärkers sind die Kathode einer Diode 58» die Drainelektrode des FET 52 und ein Ende eines Widerstandes 60 verbundene Das andere Ende des Widerstandes 60 ist mit dom Ausgang des Verstärkers 50 verbunden. Die Anode der Diode 58 ist mit einem Knotenpunkt verbunden, an den das eine Ende eines Widerstandes 62 und das eine Ende eines Kondensators 64 herangeführt sind. Die Anode einer Diode 66 und ein Ende eines Widerstandes 68 sind mit der Gate-Elektrode des FET 52 verbunden. Die Kathode der Diode ist mit dem Ausgang des Komparators 10 verbunden. Das andere Ende des Widerstandes 68, die Source-Elektrode des FET 52 und das andere Ende des Kondensators 64 sind an Masse gelegte

Der negative Eingang des Operationsverstärkers 50 ist mit einem Knotenpunkt verbunden, an den ein Ende eines Widerstandes 70 und ein Ende eines anderen Widerstandes 72 herangeführt sindo Das andere Ende des Widerstandes ist mit der Kathode einer Diode 74 verbunden. Die Anode der Diode 74 und das andere Ende des Widerstandes 62 sind mit der positiven Gleichstromquelle der Spannung 4k V verbunden. Das andere Ende des Widerstandes 72 ist an Masse gelegt. Mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 50 ist das eine Ende eines Widerstandes 76 verbunden, dessen anderes Ende zu einem Knotenpunkt führt, mit dem die Basiselektroden der Transistoren 54 und 56

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^xverbunden sind· Die Emitterelektroden der Transistoren 54 und 56 sind ebenfalls miteinander und mit dem Ausgang des Impulsbreiten-Diskriminators 14 verbundene Der Kollektor des Transistors 54 ist über einen Widerstand 78 mit einer positiven Gleichspannungsquelle verbundene Die Kollektorelektrode des Transistors 56 ist an Masse angeschlossene In der Praxis kann es sich bei dem Operationsverstärker 50 um einen IG vom Typ Harris HA 2700 handeln,,

Im Betrieb ist der FET 52 normalerweise leitend, so daß ein Strom über den Widerstand 62, die Diode 58 und den I¹ET 52 nach Masse fließt. Demgemäß ist die Ladung am Kondensator 64 und die Spannung am positiven Eingang des Operationsverstärkers 50 im wesentlichen Null· In diesem Zustand ist der Ausgang des Operationsverstärkers 50 auf einem negativen Potential bestimmter Größe· Die Widerstände 70 und 72 bilden einen Spannungsteiler und führen dem negativen Eingang des Operationsverstärkers eine konstante Bezugsspannung zu.

Die Ausgangsimpulse des Komparators 10 sperren den FET 52, so daß der Kondensator 64 mit einer Zeitkonstante aufgeladen wird, die von den Werten des Widerstandes 62 und des Kondensators 64 abhängt. Von dem Augenblick an, in dem das Aufladen des Kondensators 64 beginnt, steigt die Spannung am positiven Eingang des Operationsverstärkers 50 an. Die Zeitkonstante für das Aufladen des Kondensators 64 ist so gewählt, daß die dem positiven

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Eingang des Operationsverstärkers zugeführte Spannung die dessen negativem Eingang zugeführte Bezugsspannung nicht überschreitet, wenn die Dauer des Ausgangsimpulses des !Comparators 10 nicht größer ist als eine vorbestimmte Zeit V/o Wie oben angegeben, ist die Zeit W so. gewählt, daß sie größer ist als die Dauer der Impulse, die von nichtinteressierenden strahlenden Körpern stammen. Wenn die dem positiven Eingang des Operationsverstärkers 50 zugeführte Spannung die Bezugsspannung überschreitet, wird am Ausgang des Operationsverstärkers 50 ein Ausgangssignal mit einer festen positiven Spannung erscheinen» Der Widerstand 60 sorgt für eine geringe positive Rückkopplung zum positiven Eingang des Operationsverstärkers, um zu gewährleisten, daß das Ausgangssignal eine kurze Anstiegszeit aufweist. Wenn weiterhin der Ausgangsimpuls des Komperators 10 sein Ende erreicht, wird der I¹ET 52 wieder eingeschaltet, so daß der Kondensator 64- entladen wird und die Spannung am positiven Eingang des Operationsverstärkers auf den Wert annähernd Null zurückgeht. Damit nimmt der Ausgang des Operationsverstärkers 50 wieder den oben erwähnten negativen Wert an.

Da das Ausgangssignal des Verstärkers 50 von einem gewissen negativen Wert zu einem positiven Wert wechselt und umgekehrt, es jedoch erwünscht ist, daß das Ausgangssignal des Horizontsensors ein Impuls ist, der vom Nullpegel ausgeht und einen positiven Wert annimmt, ist an den Ausgang des Operationsverstärkers 50 ein die Transistoren 54· "und 56 umfassender Emitterfolger angeschlossen,

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der ein solches Ausgangesignal liefert. Demgemäß hat das Ausgangssignal des Horizontsensors die durch die Kurve 34 gegebene Form.

Die Funktionen des Addierers 12 und des Spitzendetektors 16 werden durch die in Fig. 3 dargestellte Schaltungsanordnung 80 erfüllt. Diese Schaltungsanordnung enthält einen Operationsverstärker 82, dem geeignete positive und negative Speisegleichspannungen zugeführt werden,, Dieser Operationsverstärker 92 hat sowohl einen positiven als auch einen negativen Eingang. Die Schaltungsanordnung 80 enthält ferner zwei FETs 84- und 86. Der positive Eingang des Operationsverstärkers 82 ist mit dem Ausgang des Hochpaß-Verstärkers 8 über einen Widerstand 88 verbundene Der negative Eingang ist über einen Widerstand 90 mit der Gleichspannungsquelle von 4-ε V verbunden. Die Anode einer Diode 92 ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 82 verbunden, wogegen ihre Kathode mit einem Knotenpunkt verbunden ist, der von dem Ende eines Widerstandes 94, eines weiteren Widerstandes 96 und der Gate-Elektrode des FET 86 gebildet wird«, Das andere Ende des Widerstandes 94 ist mit dem Ende eines Kondensators 98 verbunden, dessen anderes Ende an Masse gelegt ist. Das andere Ende des Widerstandes 96 ist mit der Drain-Elektrode des FET 84 verbunden.

Die Source-Elektrode des FET 84 ist mit einer negativen Gleichspannungsquelle verbunden. Ein Widerstand 100 verbindet die Gate- und Source-Slektroden des FET 84« Die

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beiden Enden eines Widerstandes 102 sind mit der Gate-Elektrode des PET 84 bzw. einem Ende eines Kondensators 104- verbunden. Das andere Ende des Kondensators 104 ist mit dem Ausgang des Komparators 10 verbunden. Die Drain-Elektrode des PEiP 86 ist an eine positive Glexchspannungsquelle angeschlossen. Die Source-Elektrode des FET 86 ist über einen Widerstand 106 mit einer negativen Gleichspannungsquelle verbunden. Ein Widerstand 108 verbindet den negativen Eingang des Verstärkers 82 mit der Source-Elektrode des FET 86. In der Praxis kann der Operationsverstärker 82 von einem IC vom Typ LM 108 der Firma National Semiconductor gebildet werdeno

Im Betrieb hat die Schaltungsanordnung zwei grundsätzlich verschiedene Betriebszustände. Bei der folgenden Diskussion werden die beiden Betriebszustände getrennt betrachtete Der erste Betriebszustand existiert, wenn das Ausgangssignal des Komparators 10 einen positiven Wert aufweist, wie es Fig. 2 zeigt. Dieser Zustand liegt vor, wenn am Ausgang des Hochpaß-Verstärkers 8 ein Signal von weniger als £ V vorliegt, wodurch angezeigt wird, daß eine Horizontüberschreitung noch nicht stattgefunden hat. Da die positive Spannung am Ausgang des Komparators 10 der Gate-Elektrode des FET 84 über die Serienschaltung von Kondensator 104 und Widerstand 102 zugeführt wird, befindet sich der FET 84 im leitenden Zustand. Da der FET 84 leitend ist, wird die an seine Source-Elektrode angelegte negative Spannung auf die Gate-Elektrode des FET 86 übertragen. Da der FET 86 einen Verstärker mit

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hohem Eingangswiderstand und dem Verstärkungsfaktor· 1 bildet, ist das Ausgangssignal der Schaltungsanordnung die genannte negative Spannung, wie es die Kurve 36 zeigt·

Der zweite Betriebszustand existiert, wenn das Ausgangssignal des !Comparators 10 einen bestimmten negativen Wert hat, wie es die Kurven 30 und 32 zeigen. Dieser Zustand entspricht einer Horizontüberqüerung und einem Ausgangs signal des Hochpaß-Verstärkers 8 von £ V oder mehrο Da das Ausgangssignal des !Comparators 10 an der Gate-Elektrode des FET 84 erscheint, wird der FET 84 durch diese negative Spannung in den nichtleitenden Zustand überführt. Infolgedessen wird der Stromkreis zwischen der negativen Spannung, die an der Source-Elektrode des FET 84 anliegt, und der Gate-Elektrode des FET 86 unterbrochen, Infolgedessen kann bei der weiteren Diskussion der FET 84 außer Betracht bleiben.

Der Operationsverstärker 82 und der FET 86 bilden zusammen mit dem Widerstand 108 einen rückgekoppelten Verstärker. Weiterhin bilden die Widerstände 90 und sowohl einen Spannungsteiler als auch einen Additionskreis ο Infolgedessen ist das Ausgangssignal, das an der Source-Elektrode des FET 86 erscheint, im wesentlichen gleich dem Doppelten der Spannung, die am positiven Eingang des Operationsverstärkers 82 erscheint, abzüglich 4 ζ V. Wenn also das Ausgangs signal des Hochpaß-Verstärkers 8 die Spannung t V hat, so hat auch die Spannung am positiven Eingang des Verstärkers den Wert ε V und es ist die an der Source-Elektrode des

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FET 86 erscheinende Ausgangs spannung -2 i V„ Wenn die Aus gang s spannung des Verstärkers 8 den Wert 2^V hat, erscheint an der Source-Elektrode des PET 86 eine Ausgangs spannung von O V₀ Wenn die Ausgangs spannung des Verstärkers 8 kleiner ist als 2£ V und größer als { V, erscheint an der Source-Elektrode des FET 86 eine Ausgangsspannung, deren Wert zwischen -2t V und 0 V liegt. Entsprechend ist, wenn die Ausgangsspannung am Hochpaß-Verstärker 8 größer ist als 2g. V, die Ausgangsspannung an der Source-Elektrode des FET 86 größer als O V. Demgemäß folgt die an der Source-Elektrode des FET 86 erscheinende Aus gangs spannung der Ausgangsspannung des Verstärkers 8, wie es die Kurve 36 zeigt. Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung 80 wird bei dieser zweiten Betriebsart auch durch die Diode 92 und die Serienschaltung von Widerstand 94· und Kondensator beeinflußt. Es sind diese drei Schaltungselemente, welche die Verstärkerschaltung in einen Spitzendetektor umwandeln· Wenn das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 82 ansteigt, wird der Kondensator 98 über den Widerstand °A aufgeladene Wenn das Ausgangssignal des Verstärkers 82 seinen Spitzenwert erreicht, entspricht die Spannung am Kondensator 98 diesem Spitzenwerte Wenn dann das Ausgangssignal des Verstärkers 82 abfällt, wird die Diode 92 in Sperrichtung beaufschlagt, so daß sie ein Abfließen von Ladung und infolgedes-sen eine Abnahme der Spannung am Kondensator 98 verhindert« Da der FET 86, der FET und die Diode 92 im Kondensator 98 als hohe Impedanzen erscheinen, gibt es keinen Entladekreis kleinen Widerstandes für den Kondensator 98β Infolgedessen speichert der Kondensator 98 die Spitzehamplitude des Ausgangssignales

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des Verstärkers 82 und es wird demgemäß das Ausgangssignal an der Source-Elektrode des FET 86 ebenfalls auf diesem Spitzenwert gehaltene

Wenn das Ausgangssignal des Komparators 10 erneut einen positiven Wert annimmt, wird der FET 84 erneut leitend und entlädt dadurch den Kondensator 98 und "bringt das Ausgangssignal der Schaltungsanordnung 80 auf einen bestimmten negativen Wert zurück. Wenn also die Schaltungsanordnung 80 in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Komparators 10 zwischen ihren beiden Betriebs zuständen hin- und herschaltet, wird ein vollständiges Ausgangssignal erzeugt, wie es durch die Kurve 36 wiedergegeben wird«,

Die Funktionen des Schalters 18 und des Integrators 20 werden durch die Schaltungsanordnung 109 erfüllt· Diese Schaltungsanordnung enthält einen FET 110 und einen Operationsverstärkern mit einem positiven und einem negativen Eingang. Der Ausgang der Schaltungsanordnung ist über einen Widerstand 112 mit der Drain-Elektrode des FET 110 verbunden. Die Gate-Elektrode des FET 110 ist mit der Anode einer Diode 114 und dem Knotenpunkt zwischen einem Widerstand 116 und einem Kondensator verbunden. Das andere Ende des Widerstandes 116 ist an Masse gelegt, wogegen das andere Ende des Kondensators 118 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 50 des Impulsbreiten-Diskriminators 14 verbunden ist_e

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Die Kathode der Diode 114· ist mit dem Knotenpunkt zwischen einem Kondensator 120, einem Widerstand und einem weiteren Widerstand 124- verbunden. Das andere Ende des Widerstandes 122 ist mit einer negativen Gleichspannungsquelle verbunden. An das andere Ende des Widerstandes 124· ist die Kathode einer Diode angeschlossen· Die Anode dieser Diode 126 sowie das andere Ende des Kondensators 20 sind an Masse gelegt. Mit der Drain-Elektrode des FET 110 ist die Kathode einer Diode 128 verbunden, deren Anode an Masse gelegt istο Die Source-Elektrode des FET 110 ist mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 111 verbundene Diesem Verstärker werden weiterhin geeignete positive und negative Betriebsgleichspannungen zugeführt.

Der positive Eingang des Operationsverstärkers 111 liegt an Masse. Ein Kondensator 150 verbindet den Ausgang des Operationsverstärkers 111 mit dessen Eingang. Der Ausgang des Verstärkers 111 ist weiterhin mit dem zur Verstärkungsregelung dienenden Eingang des Hochpaß-Verstärkers 8 verbunden. In der Praxis kann der Verstärker 111 ein IC vom Typ LH0022 der Firma National Semiconductor sein,,

In der Praxis wird für den Widerstand 112 ein sehr hoher Wert gewählt, der typisch im Megohm-Bereich liegt. Infolgedessen wird das Ausgangssignal der Schaltungsanordnung 80, bei dem es sich um eine Spannung handelt, in einen Strom umgewandelt und der Drain-Elektrode des FET 110 zugeführt. Dieser

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PET 110 führt die Schalterfunktion aus und spricht auf das Ausgangssignal des Verstärkers 50 des Impuls-"breiten-Diskriminators 14 an_o

Der Kondensator 118 und der Widerstand 116 bewirken eine Wechselstromkopplung des Ausgangssignals des Verstärkers 50 des Impulsbreiten-Diskriminatojbs 14 mit der Drain-Elektrode des FET 11O₀ Derjenige Teil der Schaltungsanordnung 109, der die Dioden 114 und 126, den Kondensator 120 und die Widerstände 122 und 124 umfaßt, ist eine Klemmschaltung, die das an der Gate-Elektrode des FET 110 erscheinende Signal auf im wesentlichen 0 V festhält. Infolgedessen schwankt das Signal, das an der Gate-Elektrode des FET 110 erscheint, zwischen einem sehr negativen Wert und im wesentlichen 0 V₁ während das Ausgangssignal des Verstärkers 50 von einem negativen Wert zu einem positiven Wert wechselt, wenn ein Eingangsimpuls die festgelegte Dauer überschreitet.

Wenn das Signal an der Gate-Elektrode des FET 110 den Wert 0 V hat, sind die Source- und Drain-Elektroden des FET 110 elektrisch miteinander verbunden, so daß sie das Stromsignal vom Widerstand 112 zum negativen Eingang des Verstärkers 111 übertragene Der Teil der Schaltungsanordnung 109, der von dem Verstärker 111 und dem Kondensator 130 gebildet wird, ist ein Stromintegrator. Infolgedessen wird das Stromsignal integriert, um eine Korrekturspannung zu bilden, die dem Anschluß für die Verstärkungsregelung des Hochpaß-Verstärkers 8 zugeführt wird.

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Wenn das Signal an der Gate-Elektrode des FET 110
einen stark negativen Wert annimmt, wird der FET 110 nichtleitend, wodurch der Ausgang der Schaltungsanordnung 80 vom Eingang des genannten Integrators
elektrisch getrennt wird. Um eine schnelle und vollständige Sperrung des FET 110 zu gewährleisten, sorgt die Diode 128 dafür, daß das Gate-Potential des FET während des Sperrens stets sehr negativ in "bezug auf die Drain-Elektrode ist. Die Diode 128 gewährleistet ferner, daß der FET 110 nichtleitend wird, bevor das Gate-Potential im wesentlichen 0 V erreicht hat. Da
der FET 110 im wesentlichen von dem Ausgangssignal des Impulsbreiten-Diskriminators 14 ein- und ausgeschaltet wird, wird nur die Spitzenamplitude der Signale, die zeitlich mit der Überschreitung des Horizontes des
ausgewählten strahlenden Körpers zusammenfallen, dem Eingang des Integratorteiles zugeführt. Infolgedessen wird die von dem Verstärker 8 bewirkte Signalverstärkung nur durch die Spitzenamplitude derjenigen Signale beeinflußt, die zeitlich der Überschreitung des Horizonts des ausgewählten strahlenden Körpers entsprechen.

Es ist für den Fachmann ersichtlich, daß der Aufbau des beschriebenen Ausführungsbeispieles verändert werden kann, indem die.Ausgangsspannung des Integrators zur Veränderung des Schwellenwertes des !Comparators 10
anstatt zur Veränderung des Verstärkungsfaktors des
Hochpaß-Verstärkers 8 verwendet wird, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es versteht sich weiterhin,

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daß das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel nur eine von vielen möglichen Ausführungsformen wiedergibt, durch welche die Erfindung verwirklicht werden kann· Demgemäß können zahlreiche und verschiedenartigste andere Anordnungen nach den Prinzipien der Erfindung geschaffen werden.

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Claims

Patentansprüche

( I = /Horizont s ens or mit einem einen Raumbereich abtastenden IR-Detektor, einem Hochpaß-Verstärker für das Ausgangssignal des IR-Detektors, der nur auf Änderungen des Ausgangssignals des IR-Detektors beim Überschreiten der Begrenzung (Horizont) eines IR-Strahlung emittierenden Körpers und nicht auf Schwankungen des Ausgangssignals beim Überstreichen des Körpers anspricht, und mit einem Komparator, der das Ausgangssignal des Verstärkers mit einem Bezugspegel vergleicht und beim Überschreiten des Bezugspegels ein Ausgangssignal konstanter Amplitude erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ausgang des Verstärkers (8) ein Spitzendetektor (16) gekoppelt ist, der die Spitzenamplitude des Ausgangssignals des Verstärkers (8) beim Überschreiten des Horizontes des Körpers feststellt und speichert, und eine auf die gespeicherte Spitzen» amplitude ansprechende Schaltungsanordnung (18, 20) vorhanden ist, die ein festes Verhältnis zwischen dem Bezugspegel und der Spitzenamplitude einstellt.

2« Horizontsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzendetektor (16) von dem Ausgangssignal des Komparators (10) gestellt und zurückgestellt wird.

3ο Horizontsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Komparators (1O) ein Impulsbreiten-Diskriminator (14·) angeschlossen ist, der nur solche Abschnitte des Ausgangssignals des

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!Comparators (1O) überträgt, die eine bestimmte Breite überschreiten, und daß die auf die Spitzenamplitude ansprechende Schaltungsanordnung (18, 20) nur für die Dauer der von den Impulsbreiten-Diskriminator (14) übertragenen Signalabschnitte eingeschaltet ist.

4. Horizontsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Spitzenamplitude ansprechende Schaltungsanordnung (18, 20) einen mit dem Ausgang des Spitzendetektors (16) gekoppelten, normalerweise offenen Schalter (18) verbunden ist, der in Abhängigkeit von den vom Impulsbreiten-Diskriminator (14) übertragenen Signalabschnitten geschlossen wird.

5. Horizontsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Spitzenamplitude ansprechende Schaltungsanordnung (18, 20) einen mit dem Ausgang des Schalters (18) verbundenen Integrator (20) umfaßt, der mit einem Steuereingang des Hochpaß-Verstärkers (8) verbunden ist und die von dem Verstärker bewirkte Signalverstärkung auf einen solchen Wert einstellt, daß das feste Verhältnis zwischen dem Beaugspegel und der Spitzenamplitude eingehalten wird.

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