DE2607806A1

DE2607806A1 - Bolometeranordnung

Info

Publication number: DE2607806A1
Application number: DE19762607806
Authority: DE
Inventors: Werndipl-Ing Lotzer
Original assignee: Gulton Deutsche GmbH
Current assignee: Gulton Deutsche GmbH
Priority date: 1976-02-26
Filing date: 1976-02-26
Publication date: 1977-09-01
Also published as: DE2607806C2

Description

8 0 L 0 M E T E R A N 0 R D N U N G
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung von Temperaturstrahlung mittels Bolometer, wobei das Bolometer als Teil einer Bolometermessbrücke von als Wechsell icht einfallender Temperaturstrahlung beaufschlagt ist.
Bei Anordnungen der beschriebenen Art CBARTH, ATM,J 23-3,1957) besteht die Schwierigkeit, den durch Temperaturdrift veränderlichen Absolutwert des Bolometerwiderstandes konstant zu halten.
Es wurden deshalb bereits Kompensationsverfahren für die Messbrücke vorgeschlagen ( GERTIS, ATM V 1248-1970 ) oder die Messbrücke wurde in einen Thermostaten eingebracht.
Keines der Verfahren befriedigt jedoch bisher alle Bedürfnisse.
So erfordert der Abgleich mit Koriliel:s'cit-ior:swidel-stR17den zusätzlichen Aufwand an Material und Abgleicharbeit und reicht trotzdem, insbesondere bei portablen Geräten, die unter sehr unterschiedlichen Umgebungsbedingungen messen sollen, nicht aus.
Auch die Verwendung von Thermostaten verbietet sich bei portablen Geräten aufgrund des hohen Energiebedarfs. Darüberhinaus wird in dem Thermostaten die Temperaturdifferenz zwischen Bolometer und der Umgebuny eingeebnet,. Dadurch ist auch der Wärmeabfluss und damit die Wechsell ichtempfindlichkeit verringert. Es besteht somit die Aufgabe, eine Anordnung möglichst hoher Empfindlichkeitskonstanz bei geringem Energieverbrauch und bei geringem Abgleichaufwand zu schaffen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine den Speisestrom der Bolometermessbrücke regelnde Regelanordnung vorgesehen ist, die den Strom durch die Bolometermess brücke selbsttätig solange regelt, bis die Widerstandsverhältnisse in den beiden Zweigen der Bolometermessbrücke übereinstimmen.
Der dadurch erreichte Vorteil besteht darin, dass nunmehr die Widerstandsänderung des Bolometers aufgrund der Aufheizung durch den Brückenstrom zum selbsttätigen Abgleich der Messbrücke ausnutzbar ist, dass dadurch Kompensationsmittel-und Arbeit überflüssig sind und dass keine Thermostatisierung erforderlich ist.
In Weiterentwicklung der Erfindung bestehen die drei Widerstände der Bolometermessbrücke aus temperaturunabhängigen Festw i derständen von der Grösse des Bolometerwiderstandes.
In einem solchen Aufbau regelt sich die Figentemperatur und damit der Bolometerwiderstand unabhanqig von der Umeqbungstemperatur auf den zu den anderen Brückenwiderständen richtigen Wert ein, sodass die einmal vorgenommene Eich ung der Anordnung bestehen bleibt.
In Fortentwicklung der Anordnung ist das Wechsellichtsignal der Bolometermessbrücke nach VerstSirkung einer Mult ipl ikationseinrichtung zugeführt, in der es mit einem dem Speisestrom umgekehrt proportionalen Signal multipl izierbar ist.
Dadurch ist das Messignal unabhängig von der Wahl der Festwiderstande oder der Umgebungsteniperatur der Bo 1 onetermessbrücke.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist die Zeitkonstante eines die Regelgeschwindigkeit der Regelanordnung bestimmenden Zeitgliedes gross gegen die Periodendauer der Wechsellichtfrequenz.
Dadurch wird eine Gegenkopplungswirkung auf die durch die Messtrahlung entstehende Wechsel spannung an der Brücke verhindert und das elektrische Messignal wird durch die Regelanordnung nicht verkleinert.
Die Anordnung kann auf andere Weise vorteilhaft dadurch weiterentwickelt werden, dass die Zeitkonstante des die Regelgeschwindigkeit bestimmenden Zeitgliedes der Regelanordnung klein gegen die Periodendauer der Wechsellichtfrequenz ist und das das Ausgangssignal der Regelanordnung nach Verstärkun einer Multipl ikationseinrichtung zuyefiihrt ist in der es mit einem dem Speisestrom umgekehrt proportionalen St roin mu i t plizierbar ist.
Jetzt-wird nicht mehr das Brückensignal selbst, sondern das Ausgleichsignal der Regelanordnullg gemessen. Das hat den besonderen Vorteil, dass nur noch eine differentielle Temperaturänderung des Bolometers auftritt, die zwar einerseits die Regelung ingang setzt, im übriyen jedoch nur als ASweichung zweiter Ordnung auftritt. Die Frequenzbeschränkungen der thermischen Wechsel 1 ichtempfanger aufgrund ihrer Wärmekapazität ind dadurch stark verringert und es ist eine Frhcihung der Wechelfrequenz der Messtrahlung etwa um den Faktor der Regelverstärkung möglich.
Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen ausNzeichnung hervor, in der die Erfindung schematisch dargestellt ist.
Eine Bolometermessbrücke 1 besteht aus drei temperaturunabhängigen Festwiderständen R2, R3 und R4, die zusammen mit einem Bolometer Rm, das vorzugsweise als Thermistorbolometer ausgebildet ist, eine Brücke bilden. Diese wird an den Klemmen 12 und 13 mit einer Regelanordnung2,an den Klemmen 10 und 11 mit einer Spannungsquelle verbunden. Die Regelanordnung 2 besteht aus einem Verstärker 21, der über einem Widerstand 22 gegengekoppelt ist und auf ein Stellglied 23 für den Speisestrom der Messbrücke 1 einwirkt und damit als Spannungsquelle dient.
Wenn nun das Widerstandsverhältnis Rm/R2 nicht mit dem Widerstandsverhältnis R3/R4 übereinstimmt, entsteht eine Spannungsdifferenz an den Klemmen 12, 13, die, durch den Verstärker- 2 verstärke, des stellglied 23 verstellt. Dadurch ändert sich der Spe i sestrom der Messbrücke Dadul-c wiederum ändert sich die Temperatul- des Bolometer und damit der Widerstand Rm. Das Stellglied 23 erstellt sich solange, bis der Strom durch die Messbrücke den Widerstand Rm gerade so eingestellt hat, dass Rm/R2 = R3jR4.
Das führt aber dazu, dass einmal der Widerstandswert, dass aber auch die Eigentemperatur des Bolometerwiderstandes konstant ist.
Wird die Messbrücke zur Messung von WechsellichtRbenutzt, dann entsteht eine rhythmische Widerstands-und damit Spannungsschwankung- das Messignal- an den Klemmen 12-13, das, nachdem es im Verstärker 21, der damit eine Doppelfunktion ausübt,verstärkt worden ist, über ein Koppelglied 24 einer-Multipl ikationseinrichtung 4 zugeführt ist.
Der Faktor, mit dem das Messignalzin der Multiplikations- einrichtungAzu multiplizieren ist, hängt nunmehr von der Betrlebsart der Regelanordnung ab. Hat nämlich ein die Regelgeschwindigkeit der Regelanordnung bestimmendes Zeitglied 3 eine Zeitkonstante, die gross ist gegen die Periiendauer der Wechsellichtfrequenz-erzeugt durch die Unterbrechung des Messl ichtes L durch einen mechanischen Modulator 7, der dazu ein zur Gleichrichtung des Messignals verwendbares Referenzsignal in einer Refefnzanordnung 8 zur Verfügung stellt -dann gilt beispw. für den sehr einfachen Fall Rm=R2=R3=R4 für die Spannungsänderung zwischen den Klemmen 12-13 aufgrund der durch die Erwärmung des Bo 1 ometers- verursachten Widerstansänderung: =SpannungsdTfferenz =Stromdifferenz Brückenst rom derstandsd i fferenz =Temperaturkoeff i z i ent =Wärmewiderstand Bolometer =Strahlungsleistung =Strahlungslstgdifferenz =Prop.faktor =Prop.faktor O =Temperatur C K) Das elektrische Messignal ist also mit dem Kehrwert des Speisestroms der Messbrücke zu multiplizieren, um unabhängig von]B zu sein.
Ist andererseits die Zeitkonstante des Zeitgliedes 3 klein gegen die Perioden dauer, dann tritt durch die Gegenregelung der Regelanordnung keine Widerstandsänderung ein. Für den Strom ist dann und bei Vernachlässigung der Grössen zweiter Ordnung Das Signal ist also in der Multiplikationsanordnung 4 für diese Betrlersart mit einem dem Speisestrom proportionalen SignalAzu multiplizieren, damit es von4/JBunabhängig ist.
Das Signal am Ausgang der Multiplikationsanordnung 4 wird in einer Mischstufe 5 mit dem durch die Referenzanordnung 8 erzeugten Referenzsignal phasenempfindl ich gleichgerichtet und in einer Anzeigeanordnung h zur Anzeige gebracht.
Es können für Rm Thermistoren mit negativem oder positiven Temperaturkoeffizienten oder aber temperaturabhängige Blindwiderstände wie beispw. dielektrische Zellen verwendet werden. Die Brücke kann anstatt mit Gleichstrom auch mit einer Trägerfrequenz gespeist sein, ohne dass der Rahmen der Erfindung dadurch verlassen würde.
L e e r s e i t e

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E 1. Anordnungzur Messung von Temperaturstrahl ung mittels Bolometer, wobei das Bolometer als Teil einer Bolometermessbrücke von als Wechsel licht einfallender Temperaturstrahlung beaufschlagt ist, d a d u r c h y k e n n z e i c h n e t , -dass eine den Speisestrom der Bolometermessbrücke regelnde Regelanordnung 23 voryesehen ist, die den Strom durch die Bolometermessbrücke 1 selbsttätig solange regelt bis die Wide rstandsverhältnisse in den beiden Zweigen der Bolometermessbrücke ubereinst immen.
2.Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass drei Widerstande der Bolometermessbrücke aus temperaturunabhängigen Festwiderständen von etwa der Grösse des Bolometerwiderstandes bestehen.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 0 Q21 das Wechsel lichtsignal der Bolometermessbrücke nach Verstärkung 0 einer Multiplikationseinrichtung zugeführt ist, in der es miteinem dem Speisestrom umgekehrt proportionalen Signal multiplizierbar ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitkonstante eines die Regelgescwindigkeit der (23) (3) Regelanordnung bestimmenden Zeitg iedes gross gegen die 0 Periodendauer der Wechsellichtfrequenz ist.
5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitkonstante des die Regelgeschwindigkeit bestimmenden Zeitgliedes der Regelanordnung klein gegen die Periodendauer 0 der Wechsellichtfsquenz ist und das Ausgangssignal der 0 0 Regelanordnung nach Verstärkung einer Multipl ikationseinrichtung zugeführt ist, in der es mit einem dem Speisestrom (27) proportionalen Signal multiplizierbar ist.