DE2519840C3

DE2519840C3 -

Info

Publication number: DE2519840C3
Application number: DE2519840A
Authority: DE
Inventors: Donald R. Venice Calif. Cargille (V.St.A.)
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1974-06-03
Filing date: 1975-05-03
Publication date: 1978-04-06
Also published as: FR2273285A1; DE2519840A1; GB1477065A; US3920994A; AU8052775A; JPS5339781B2; CA1031849A; IT1035905B; JPS516058A; FR2273285B1; DE2519840B2

Description

nicht nur bei einem Horizontsensor anwendbar ist, der Störsignale eliminiert, deren Intensität diejenige der Nulzsignale überschreitet, sondern auch solche Störsignale, die eine geringere Intensität aufweisen als die Nut'/signale. Zu diesem Zweck erzeugen bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Komparator, wenn das Ausgangssignal des Verstärkers den Bczugspegel überschreitet, ein Ausgangssignal konstanter Amplitude, und es ist an den Ausgang des !Comparators ein Impulsbreiten-Diskrimininator angeschlossen, der nur solche Abschnitte des Ausgangssignals des Komparator überträgt, die eine bestimmte Breite überschreiten. Dabei ist dann die auf die Spitzenamplitude ansprechende Schaltungsanordnung nur für die Dauer der von dem Impulsbreiten-Diskriminator übertragenen Signalabschnitte eingeschaltet. Bei dieser Ausführungsform des Horizontsensors werden also alle diejenigen Signale eliminiert, die eine bestimmte Amplitude nicht erreichen, und außerdem solche, die eine vorbestimmte Dauer unterschreiten. Dadurch ist es möglich, eine sehr viel größere Anzahl von Störsignalen auszuschalten als mit der '.'ekanr.ten Vorrichtung. Außerdem liegt am Ausgang des Impulsbreiten-Diskriminators ein zeitlich begrenztes, eindeutiges Signal vor, das für Schaltzwecke gut geeignet ist.

Die Erfindung macht es ferner möglich, den an den IR-Detektor angeschlossenen Verstärker als Hochpaßversiärker auszubilden, der nur auf Änderungen des Ausgangssignals des IR-Detektors beim Überschreiten der Begrenzung eines IR-Strahlung emittierenden Körpers und nicht auf Schwankungen des Ausgangssignals beim Überstreichen des Körpers anspricht, wodurch weitere Fehlerquellen ausgeschaltet sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Horizontsensors nach der Erfindung,

F i g. 2 eine graphische Darstellung von Signalen, die in dem Horizontsensor nach F i g. 1 auftreten, und

Fig.3 ein detalliertes 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 6 ist mit dem Eingang eines Hochpaß Verstärkers 8 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 8 ist mit einem Eingang <r,nes Komparators 10 und dem Eingang eines Addierers 12 verbunden. Einem anderen Eingang dis Komparators 10 wird eine Bezugsspannung ε zugeführt. Der Ausgang des Komparators 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 — 2ε zugeführt. Der Ausgang des Addierers 12 ist mit dem Eingang des Spitzendetektors 16 verbunden. Der Ausgang des Spitzendetektors 16 ist an den Eingang des Schalters 18 angeschlossen. Der Ausgang des Schalters 18 ist mit dem Eingang eines Integrators 20 verbunden. Der Ausgang des Integrators 20 ist an einen Stei'K.-eingang des Verstärkers 8 angeschlossen und dient zur Einstellung von dessen

ι·υ

Verstärkung.

Der HoL'hpaß-Verstärker 8 hat eine solche Frequenzcharakteristik, daß er zwar auf Ausgangssignale dts IR-Detektors 8 mit einer Änderungsgeschwindigkeit anspricht, wie sie bei einer Horizontüberschreitung auftreten, nicht aber auf Signale mit geringerer 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 hinwegzuführen. Die Abtasteinrichtung kann von jeder geeigneten Art sein und beispielsweise auf eine Rotationsbewegung eines Raumfahrzeuges oder auf der Bewegung optischer Glieder beruhen. Das Ausgangssignal des Detektors 6, das durch einfallende Infrarotstrahlung erzeugt wird, ist in F i g. 2 durch die Kurven 22 und 24 wiedergegeben. Die Kurven 22 und 24 stellen einen sehr ungünstigen Fall dar, bei dem von einem nicht interessierenden strahlenden Körper ein Signal empfangen wird, das durch eine Kurve 22 wiedergegeben wird, deren Amplitude größer und deren Dauer geringer ist als die Kurve 24, die das Signal darstellt, das von dem ausgewählten strahlenden Körpei empfangen wird. Das Ausgangsignal 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 Flanken 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 Horizontalsensor im wesentlichen unempfindlich gegenüber Temperaturschwankungen über dem strahlenden Körper.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 8 wird dem Komparator 10 zugeführt. Dieser Komparator vergleicht das Ausgangssignal mit einer Bezugsspannung der Größe e und spricht jedesmal an, wenn ein ins Positive gehende Signal die Bezugsspannung ε überschreitet und ein sich ins Negative änderndes Signal unter die Bezugsspannung ε abfällt. 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 e V als Komparator 10 benutzt werden kann. Das Ausgangssignal des Komparators 10 gelangt zu dem Impulsbreiten-Diskriminator 14. Die Vorderflanke eines dem Impulsbreiten-Diskrimiiiator zugeführten Impulses löst ein Zeitglied aus. Wenn die Dauer des Eingangsimpulses kleiner ist als ein vorbestimmter Wert, wie es bei dem Impuls 30 der Fall ist, wird ein Ausg~ngsimpuls nicht erzeugt, sondern es stellt die Rückflanke des Eingangsimpulses den impuisbreiten-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 Wein Ausgangimpuls erzeugt. Das Rückstellen des Impulsbreiten-Diskriminators erfolgt auch hier von der Rückflanke des Impulses, wie es der in F i g. 2 dargestellte Ausgangsimpuls 34 des Impulsbreiten-Diskriminators zeigt. Die

Zeitkonstante Wist so gewählt, daß sie kleiner isi 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-Diskriminalor 14 unerwünschte Impulse und erzeugt nur solche Ausgangsimpulse, die zeitlich der Horizontalüberschreitung des ausgewählten strahlenden Körpers entsprechen.

Die Ausgangsimpulse des Impulsbrcitcn-Diskriminators 14 werden dann verschiedenen Schaltungsanordniingen bekannter Art zugeführt, die häufig Zeitvergleichsschaltungen /um Erzeugen eines Fehlersignals erhalten. Solche f ehlersignale werden zur l.agekorrektur. zur Antennenausrichtung und für andere Zwecke benutzt.

Für die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel vorhandene Verstärkungsregelung wird ein I eil 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 f. Das .Summenglied wird dann dem Eingang eines Spitzendetektors 16 zugeführt, der die Spit/cnamplittidc seines Eingangssignalcs bestimmt und speichert. Weiterhin wird dieser Spitzendctcktor 16 in Abhängigkeit von den Vorder- und Rückflanken der Ausgangsimpulse des Komparator 10 gestellt und zurückgestellt, so daß er ein Ausgangssignal erzeugt, das durch die Kurve 36 in F i g. 2 wiedergegeben ist. Das Ausgangssignal des Spitzendetektors 16 hat eine Spitzenamplitude. die der Amplitude des Ausgangssignals des Verstärkers 8 abzüglich 2 f V beträgt.

Die Kurve 36 läßt erkennen, daß die Spitzenamplitude desjenigen Teiles der Kurve 36. die dem unerwünschten Signal entspricht, größer ist als derjenige Teil, der dem gewünschten Signa! entspricht. Um bei der automatischen Verstärkungsregelung Fehler zu vermeiden, die durch den unerwünschten Abschnitt der Kurve 36 hervorgeruten 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 geschlossen, wenn am Ausgang des Impulsbreiten-Diskriminators ein Signal vorliegt. Infolgedessen wird nur derjenige Teil des Ausgangssignals des Sp'tzendetektors 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 Ausgangsignal 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 derjenigen 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. Da die Bezugsspannung für die automatische Verstärkungsregelung eine Spannung der Größe 2 ε ist, ist dieser konstante Wert gleich 2 e.

Diejenigen Baueinheiten des Horizontsensors nach F i g. 1, die einer näheren Erläuterung bedürfen, werden nun anhand des in Cig. 3 dargestellten Schaltbildes näher erläutert. Wie ersichtlich enthält der Komparator 10 einen Operationsverstärker 40. dem geeignete positive und negative Spcisegleichspannungen zugeführt werden.

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 verbinde! den positiven Eingang des Operationsverstärkers 40 mit Masse. Weiterhin verbindet ein Widerstand 46 den positiven Eingang des Operationsverstärkers 40 mit einer positiven Gleichstromquelle von 4f V. In der Praxis kann es sich bei dem Verstärker 40 um einen IC vom Typ I larris 11A 2700 handeln.

Im Betrieb bilden die Widerstände 44 und 46 einen Spannungsteiler, der die zugeiüiir iuri Spannung im Verhältnis 4 : I untersetzt, so daß an dem positiven Eingang des Operationsverstärkers 40 eine Spannung von f V erscheint. Wenn das Ausgangssignal des I lochpaß-Verstärkers 8. das dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 40 zugeführt wird, eine Spannung von f V überschreitet, wechselt das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 40 von einem positiven Wert auf einen bestimmten, konstanten negativen Wert über. Wenn das genannte Eingangssignal unter f V absinkt, nimmt das Ausgangssignal des Operationsvcr stärkers 40 wieder den positiven Wert an. so daß sein Ausgangssignal den Verlauf hai, wie er durch die Kurven 30 und 32 in E i g. 2 wiedetgcgeben wird.

Der Impulsbreiten-Diskriminator 14 enthält einen Operationsverstärker 50. dem geeignete positive und negative Vcrsorgungsgleichspannungenn zugeführt werden. Der Operationsverstärker 50 hat sowohl einen positiven als auch einen negativen Eingang. Der Impulsbreiten-Diskriminator 14 enthält weiterhin einen Feldeffekttransistor (FET) 52. einen npn-Transistor 54 und einen pnp-Transistor 56. Mit dem positiven Eingang des Operationsverstärkers 50 sind die Kathode einer Diode 58. die Drainelektrode des FET 52 und ein Ende eines Widerstandes 60 verbunden. Das andere Ende des Widerstandes 60 ist mit dem 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 Kondensator« 64 herangeführt sind. Die Anode einer Diode 66 und eir Ende eines Widerstandes 68 sind mit der Gate-Elektro de des FET 52 verbunden. Die Kathode der Diode 66 isi mit dem Ausgang des Komparators 10 verbunden. Da.¹ andere Ende des Widerstandes 68, die Source-Elektrodt des FET 52 und das andere Ende des Kondensators 64 sind an Masse gelegt.

Der negative Eingang des Operationsverstärkers 5( ist mit einem Knotenpunkt verbunden, an den ein Endt eines Widerstandes 70 und ein Ende eines anderer Widerstandes 72 herangeführt sind. Das andere Ende des Widerstandes 70 ist mit der Kathode einer Diode 7' verbunden. Die Anode der Diode 74 und das ändert Ende des Widerstandes 62 sind mit der positivei Gleichstromquelle der Spannung 4 ε V verbunden. Da: andere Ende des Widerstandes 72 ist an Masse gelegt Mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 50 ist da: eine Ende eines Widerstandes 76 verbunden, dessei anderes Ende zu einem Knotenpunkt führt, mit dem di< Basisleketroden der Transistoren 54 und 56 verbündet sind. Die Emitterelektroden der Transistoren 54 und 5<

sind ebenfalls miteinander und mit dem Ausgang des Impulsbrcilen-Diskriminators 14 verbunden. Der Kollektor des Transistors 54 ist über einen Widerstand 78 mit einer positiven Glcichspannungsquellc verbunden. Die Kollekiurclcklrodi' des Transistors 56 ist an Masse angeschlossen. In der Praxis kann es sich bei dem Operationsverstärker 50 um einen IC vom Typ Harris HA 27V'handcln.

Im Betrieb ist der FIT 52 normalerweise leitend, so daß ein Strom über den Widerstand 62. die Diode 58 und den FKT 52 nach Masse fließt. Dcmgc.r.äß 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 Polential bestimmter Größe. Die Widerstände 70 und 72 bilden einen Spannungsteiler und führen dem negativen Eingang des Operationsverstärkers eine kostante i'O'ügsspaririürig

gpg

Die Ausgangsimpulse des Komparators 10 sperren den FFT 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 Eingang des Operationsverstärkers zugeführte Spannung die dessen negativem Eingang zugeführte Bezugsspannung nicht überschreitet, wenn die Dauer des Ausgangsimpulses des Komparators 10 nicht größer ist als eine vorbestimmte Zeil W. Wie oben angegeben, ist die Zeit W so gewählt, daß sie größer ist als die Dauer der Impulse, die von nicht interessierenden 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 Komparators 10 sein Ende erreicht, wird der FET 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, der ein solches Ausgangssignal 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 80 enthält einen Operationsverstärker 82, dem geeignete positive und negative Speisegleichspannungen zugeführt werden. Dieser Operationsverstärker 82 hat sowohl einen positiven als auch einen negativen Eingang. Die Schallungsanordnung 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 verbunden. Der negative Eingang ist über einen Widerstand 90 mil der Glcichspannungsquellc von 4 e V verbunden. Die Anode einer Diode 92 ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 82 verbunden,

ίο wogegen ihre Kathode mit einem Knotenpunkt verbunden ist, der von dem Ende eines Widerstandes 94, eines weiteren Widcrstanes % und der Gate-Elektrode des FF.T 86 gebildet wird. Das andere F.nde des Widerstandes 94 ist mit dem Ende eines Kondensators 98 verbunden, dessen anderes Ende an Masse gelegt ist. Das andere Ende des Widerstandes % ist mit der Drain-Elektrode des FET84 verbunden.

Die Source-Elektrodc des FET 84 ist mit einer

nCgäiiVCn vjiCiCnapannüng.Si^UCiiC VCTuüfiuCTi. uin Widerstand 100 verbindet die Gate- und Sourcc-EIektrodcn des FET 84. Die beiden Enden eines Widerstandes 102 sind mit der Gate-Elektrode des FET 84 bzw. einem Ende eines Kondensator 104 verbunden. Das andere Ende des Kondensators 104 ist mit dem Ausgang des Komparators 10 verbunden. Die Drain-Elektrode des FET 86 ist an eine positive Gleichspannungsquelle 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 werden.

Im Betrieb hat die Schaltungsanordnung zwei grundsätzlich verschiedene Betriebszustände. Bei der folgenden Diskussion werden die beiden Betriebszustände getrennt betrachtet. 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 ε V vorliegt, wodurch angezeigt wird, daß eine Horizontalüberschreitung 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 FET84 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 hohem Eingangswiderstand und dem Verstärkungsfaktor 1 bildet, ist das Ausgangssignal der Schaltungsanordnung 80 die genannte negative Spannung, wie es die Kurve 36 zeigt

Der zweite Betriebszustand existiert, wenn das Ausgangssignal des Komparators 10 einen bestimmten negativen Wert hat, wie es die Kurven 30 und 32 zeigen. Dieser Zustand entspricht einer Horizontalüberquerung und einem Ausgangssignal des Hochpaß-Verstärkers 8 von ε V oder mehr. Da das Ausgangssignal des Komparators 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

f>s 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 Widerslände 90 und 106 sowohl einen Spannungsteiler als auch einen Additionskreis. Infolgeessen ist das Ausgangssignal, das s an der Source-Elektrode des FET 86 erscheint, im wesentlichen gSch dem Doppelten der Spannung, die am positiven Eingang des Operationsverstärkers 82 erscheint, abzüglich 4 ί V. Wenn also das Ausgangssignal des Hochpaß-Verstärkers 0 die Spannung ε V hat, to so hai auch die Spannung am positiven Eingang des Verstärkers 82 den Wert n V und es ist die an der Source-Elektrode des FET 86 erscheinende Ausgangsspannung — 2 f. V. Wenn die Ausgangsspannung des Verstärkers 8 den Wert 2fV hat, erschein! an der Source-Elektrode des FET 86 eine Ausgangsspannung von 0 V. Wenn die Ausgangsspannting des Verstärkers 8 kleiner ist als 2 ί V und größer als t. V, erscheint an der Sourcc-Elektrode des FET 86 eine Ausgangsspannung, deren Wert zwischen — 2eV und OV liegt. Entsprcchend ist, wenn die Ausgangsspannung am Hochpaß-Vcrstärker 8 größer ist als 2 f. V, die Ausgangsspannung an der Source-Elektrode des FET 86 größer als 0 V. Demgemäß folgt die an der Source-Elektrode des FFT 86 erscheinende Ausgangsspannung der Ausgangsspannung des Verstärkers 8, wie es clic 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 98 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 94 aufgeladen. Wenn das Ausgangssignal des Verstärkers 82 seinen Spitzenwert erreicht, entspricht die Spannung am Kondensator 98 diesem Spitzenwert. Wenn dann das Ausgangssignal des Verstärkers 82 abfällt, wird die Diode 92 in Sperrichtung beaufschlagt, so daß sie ein Abfließen von Ladung und infolgedessen eine Abnahme der Spannung am Kondensator 98 verhindert. Da A^ FET 86, der FET 84 und die Diode 92 im Kondensator 98 als hohe Impedanzen erscheinen, gibt es keinen Entladekreis kleinen Widerstandes für den Kondensator 98. Infolgedessen speichert der Kondensator 98 die Spitzenamplitude des Ausgangssignals des Verstärkers 82 und es wird demgemäß das Ausgangssignal an der Source-Elektrode des FET 86 ebenfalls auf diesem Spitzenwert gehalten.

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 Betriebszuständen 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 UO und einen Operationsverstärker 111 mit einem positiven und einem negativen Eingang. Der Ausgang der SchaItungs-_ anordnung 80 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 I, ondensator 118 verbunden. Das andere Ende des Widerstandes 116 ist an Masse gelegt, wogegen das andere Ende des Kondensators 118 mil dem Ausgang des Operationsverstärkers 50 des Impulsbrciten-Diskriminators 14 verbunden ist.

Die Kathode der Diode 114 ist mit dem Knotenpunkt zwischen einem Kondensator 120, einem Widerstand 122 und einem weiteren Widerstand 124 verbunden. Das andere Ende des Widerstandes 122 ist mit einer negativen Gleichspannungsquellc verbunden. An das andere linde des Widerstandes 124 ist die Knlhodc einer Diode 126 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 ist. Die Source-Elektrode des FET 110 ist mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers IH verbunden. Diesem Verstärker werden weiterhin gecigneti" positive und negative Betriebsgleichspannungcn zugeführt.

Der positive Eingang des Operationsverstärkers 111 liegt an Masse. Ein Kondensator 130 verbindet den Ausgang des Operationsverstärkers Hl 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 Hl ein IC vom Typ LH 0022 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 FET 110 führt die Schalterfunktionen aus und spricht auf das Alisgangssignal des Verstärkers 50 des Impulsbreiten-Diskriminators 14 an.

Der Kondensator 118 und der Widerstand 116 bewirken eine Wechselstromkopplung des Ausgangssignals des Verstärkers 50 des Impulsbreiten-Diskriminators 14 mit der Drain-Elektrode des FET HO. 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 HO 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 V, 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 11 übertragen. 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.

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 KKT 110 zu gewahrleisten, sorgt die Diode 128 dafür, daß das Gate-Potential des KKT 110 während des Sperrens stets sehr negativ in bezug auf die Drain-Klektrodc ist. Die Diode 128 gewahrleistet ferner, daß der KKT 110 nichtleitend wird, bevor das Gate-Potential im wesentlichen 0 V. erreicht hat. Da der FET 110 im wesentlichen von dem Ausgangssignal des Impulsbreitcn-Diskriminators 14 ein- und ausgeschaltet wird, wird nur die Spitzcnamplitude der Signale, die zeitlich mit der Überschreitung des Horizontes des ausgewählten strahlenden Körpers zusammenfallen, dem Kingang des Integratorteiles zugeführt. Infolgedessen wird die von dem Verstarker 8 bewirkte .'iignalverstärkung nur durch die Spilzenamplitude derjenigen Signale beeinflußt, die zeitlich der Überschreitung des Horizonts des ausgewählten strah-

lenden Körpers entsprechen.

Ks ist für den Fachmann ersichtlich, daß der Aufbau des beschriebenen Ausführungsbeispiels verändert werden kann, indem die Ausgangsspannung des Integrators zur Veränderung des Schwellenwertes des Komparator 10 anstatt zur Veränderung des Verstärkungsfaktors des Ilochpaß-Verstärkers 8 verwendet wird, ohne den Rahmen der Krfindung zu verlassen. Es versteht sich weiterhin, daß das vorstehend beschriebene Ausführiingsbeispiel nur eine von vielen möglichen Ausführungsformcn wiedergibt, durch welche die Ki findung verwirklicht werden kann. Demgemäß können zahlreiche und verschiedenartigs'.e andere Anordnungen nach den Prinzipien der Krfindung geschaffen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Horizontsensor mit einem einen Raumbereich abtastenden IR-Deteklor, einem Verstärker für das Ausgangssignal des IR-Detektors und einem Komparator, der das Ausgangssignal des Verstärkers mit einem Bezugspegel vergleicht und dessen das Oberoder Unterschreiten des Bezugspegels anzeigendes Ausgangssignal Einrichtungen zum Eliminieren von Störsignalen, die nicht von einem vorbestimmten, IR-Strahlung emittierenden Körper stammen, steuert, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ausgang des Verstärkers (8) ein Spilzendetektor (16) gekoppelt ist, der die Spitzenamplitude des Ausgangssignals des Verstärkers (8) feststellt und speichert, und eine auf das Ausgangssignal des Spitzendeteklors (16) und die Einrichtungen (14) zum Eliminieren von Störsignalen ansprechende Schaltungsanordnung (18, 20) vorhanden ist, die ein festes Verhältnis zwischen dem Bczugspcgc! und der Spitzemamplitude des von dem vorbestimmten Körper stammenden Signais einstellt.

2. Horizontsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator (10), wenn das Ausgangssignal des Verstärkers/8) den Bezugspegel überschreitet, ein Ausgangssignal konstanter Amplitude erzeugt und an den Ausgang des Komparators (10) ein Impulsbreiten-Diskriminator (14) angeschlossen ist, der nur solche Abschnitte des Ausgangssignz's des Komparators (10) überträgt, die eine bestimmte Breite überschreiten, und daß die auf die Spitzenamplitude ansprechende Schaltungsanordnung (18, 20) nur für die Dauer der von dem Impulsbreiten-Diskriminator (14) übertragenen Signalabschnitte eingeschaltet ist.

3. Horizontsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Spitzenamplitude ansprechende Schaltungsanordnung (18, 20) einen mit dem Ausgang des Spitzendetektors (16) gekoppelten, normalerweise offenen Schalter (18) umfaßt, der in Abhängigkeit von den vom Impulsbreiten-Diskriminator (14) übertragenen Signalabschnitten geschlossen wird.

4. Horizontsensor nach Anspruch 3, 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 Verstärkers (8) verbunden ist und die von dem Verstärker bewirkte Signalverstärkung auf einen solchen Wert einstellt, daß das feste Verhältnis zwischen dem Bezugspegel und der Spitzenamplitude eingehalten wird.

5. Horizontsensor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzendelektor (16) von dem Ausgangssignal des Komparators (10) gestellt und zurückgestellt wird.

6. Horizontsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (8) als Hochpaßverstärker ausgebildet ist, der nur auf Änderungen des Ausgangssignals des IR-Detektors (6) beim Überschreiten der Begrenzung (Horizont) eines IR-Strahlung emittierenden Körpers und nicht auf Schwankungen des Ausgangssignals beim Überstreichen des Körpers anspricht.

Die Erfindung betrifft einen Horizontsensor mit einem einen Raumbereich abtastenden IR-Detektor, einem Verstärker für das Ausgangssignal des IR-Detektors und einem Komparator, der das Ausgangssignal des Verstärkers mit einem Bezugspegel vergleicht und dessen das Über- oder Unterschreiten des Bezugspegeh anzeigendes Ausgangssignal Einrichtungen zum Eliminieren von Störsignalen, die nicht von einem vorbestimmten, IR-Strahlung emittierenden Körper stammen, steuert. Ein solcher Horizontsensor ist aus der US-PS 32 51 996 bekannt.

Bei diesem bekannten Horizontsensor ist der Bezugspegel für den Komparator größer als das Nutzsignal, das in Abhängigkeit von der von dem vi-rbestimmten Körper stammenden IR-Strahlung erzeugt wird. Dagegen überschreiten die Signale, die in Abhängigkeit von der sehr intensiven IR-Strahlung der Sonne erzeugt werden, den Bezugspegel. Die Auigangssignalc, die der Komparator liefen, wenn sein Eingangssignal den Bezugspegel überschreitet, werden zum Ausblenden der Signale benutzt, die auf die Sonnenstrahlung zurückzuführen sind.

Der Nachteil des bekannten Horizontsensors besteht nicht nur darin, daß nur solche Störsignale ausgeblendet werden können, die auf eine IR-Strahlung zurückzuführen sind, die intensiver ist als die von dem vorbestimmten Körper stammende IR-Strahlung, sondern auch darin, daß die Gefahr besteht, daß bei im Lauf der Zeil nachlassender Empfindlichkeit des IR-Detektors sowie nachlassender Verstärkung des an den IR-Detektor angeschlossenen Verstärkers das Störsignal den Schwellenwert unterschreiten kann, so daß eine Unterscheidung zwischen Störsignal und Nutzsignal nicht mehr möglich ist.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Horizontsensor der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß auch bei Veränderung der Charakteristik seiner Komponenten durch Alterung eine einwandfreie Funktion über große Zeiträume gewährleistet ist.

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 feststellt und speichert, und eine auf das Ausgangssignal des Spitzendetektors und die Einrichtungen zum Eliminieren von Störsignalen ansprechende Schaltungsanordnung vorhanden ist, die ein festes Verhältnis zwischen dem Bezugspegel und der Spitzenamplitude des von dem vorbestimmten Körper stammenden Signals einstellt.

Bei dem erfindungsgemäßen Horizontsensor wird also von einer Regelung Gebrauch gemacht, die das Verhältnis zwischen dem Bezugspegel und der Spitzenamplitude des von dem vorbestimmten Körper stammenden Signals konstant hält. Dabei wird von der Schaltung zum Eliminieren von Störsignalen in der Weise Gebrauch gemacht, daß die Störsignale auch für die Einstellung des festen Verhältnisses zwischen Bezugspegel und Spitzenamplkude des Nutzsignals eliminiert werden. Auf diese Weise ist es möglich, die gleichen Betriebsverhältnisse während langer Zeiten aufrechtzuerhalten, so daß trotz einer Alterung der Komponenten der Beziigspegel im Verhältnis zu Nutz- und Störsignalen stets so bemessen ist, daß die gewünschte Unterscheidung zwischen Nutz- und Störsignalen gewährleistet ist.

Die Erfindung hat den besonderen Vorteil, daß sie