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Intensive Punktlichtquelle mit einstellbarer Leuchtdauer
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Die Erfindung betrifft eine intensive Punktlichtquelle einstellbarer
Leuchtdauer, welche von einer elektrischen Laufzeitkette gespeist wird und bei welcher
ein Kurzschlußschalter parallel liegt.
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Punktlichtquellen hoher Intensität sind in der lIochgeschwindigkeitsphotographie
in vielen Aufnahmetechniken wie Schlieren-, Schatten- oder Interferome te ranordnu
ngen unentbehrlich. Bei Ilochfre quenzkinematographie soll die Lichtquelle eine
hohe, möglichst gleichmäßige Lichtemission aufweisen, um gleiche Schwärzung der
F:inzelbilder zu erreichen. Die Leuchtdauer muß genau einstellbar sein, um bei den
am häufigsten benutzten Hochges chwindigkeitskame ras, den Drehspi egelkame ras,
Doppelb elichtungen zu vermeiden.
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Während räumlich ausgedehnte Lichtquellen hoher Intensität wie Argonbomben
oder Blitzlampen kommerziell verfügbar sind und daher auch immer wieder als Notbehelf
für Punktlichtquellen eingesetzt werden, sind echte Punktlichtquellen langer Leuchtdauer
von einigen hundert Mikrosekunden in der Literatur nur sehr wenig beschrieben worden.
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Zur Erreichung einer hohen Lichtemission bei kleiner Abmessung der
Lichtquelle sind bereits koaxial angeordnete Funkenstrecken mit zentralem Anodenstift
und Kathodenscheibe mit gegenüberliegender Bohrung als Lichtaustrittsöffnung vorge
schla gen worden.
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Diese vorbekannten Punktlidltqucllc11 haben einen offenen oder nur
teilweise verdämmten Entladungskanal mit dem sich daraus ergebenen Nachteil der
nicht konstanten Lichtemission. Bei offenen I'unktlichtquellen ist es nachteilig,
daß das Plasma austreten ksalm und dabei nicht nur die wirksame Leuchtfläche in
radialer und axialer Richtung vergrößert wird, sondern daß auch durch Partikel-
und Plasmaemission die nachfolgende Optik besonders geschützt werden muß.
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Die ebenfalls bekannten Punktlichtquellen langer Leuchtdauer mit äußerer
Leuchtdauerbeschneidung durch mechanischen oder optischen Verschluß sind durch die
erforderlichen elektronischen Steuerkreise aufwendig und können wegen Einfügung
eines Verschlusses in den optischen Strahlengang eine Anwendung auf kleine Gesichts
felder beschränken.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden
und die Anwendbarkelt von Punktlichtquellen langer Brenndauer zu erweitern.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Punktlichtquelle
über einen Vorwiderstand an eine elektrische Laufzeitkette angepaßt ist, also der
Wellenwiderstand gleich der Summe aus stationärem Funkenwiderstand und Vorwiderstand
ist. Zweckmäßig wählt man den Vorwiderstand so, daß er etwa das drei- bis fünffache
des stationären Funkenwiderstandes wird, um trotz starker Änderungen des Funkenwiderstandes
beim Beginn der Entladung etwa konstante Abschlußbedingungen der Laufzeitkette zu
erreichen. Nach Abklingen der instationären Einschaltvorgänge sinkt der Funkenwiderstand
auf einen stationären Wert ab, der während der Entladung beibehalten wird. Bei der
Entladung einer aus n Gliedern bestehenden LC-Laufzeitkette, die mit dem Wellenwiderstand
abgeschlossenX ist, entsteht ein etwa rechteckförmiger Strompuls der Länge
Durch einen elektrischen Schalter kann die Länge des Strompulses durch die Funken-Punktlichtquelle
in gewünschter Weise verkürzt werden, so c3;1ß auch ein Lichtpuls variabler Länge
entsteht. Zweckmäßig liegt der Schalter parallel zum Ausgang der T,aufz{ itkette
und schließt bei Betatigung den Strom, der durch die Punktlichtquelle fließt, kurz.
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Wenn man nach einer Weiterbildung der Erfindung die koaxiale Funken-Punktlichtquelle
verdämmt aufbaut und mit einem Plexiglasfenster abschließt, so hat man den Vorteil,
daß das Plasma optisch dicht wird und die Lichtemission während der Stromflußdauer
weitgehend konstant bleibt.
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Außerdem ist vorteilhaft, daß sich Strom änderungen, wie sie iln Anstieg
und Abfall des Strompulses unvermeidbar vorliegen, weniger auf die
Lichtemission
auswirken.
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Erfindungsgemäß wird die Verdämmung der Punktlichtquelle durch eine
Haltevorrichtung erreicht, mit welcher die vier Hauptelemente der Lichtquelle, nämlich
zentrale Elektrode, Kathodenscheibe, Abstandshalter und Fenster gegeneinander gepreßt
werden. Vorteilhaft können diese Elemente von der Frontseite der Funkenstrecke her
beschickt und durch Rändelschrauben bequem ein- und ausgebaut werden Der Gegenstand
der Erfindung ist in den nachfolgenden Zeichnungen in einem Ausführungsbeispiel
schaltungs- und konstruktionsmäßig dargestellt.
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Fig. 1 zeigt den Aufbau der Punktlichtquelle. Das Gehäuse 1 mit verschiebbarer
Abdeckung 2 enthält den Anodenhalter 3, welcher über eine Spannzange 4 die zentrale
Anodenstange 5 arretiert. Die Spannzange 4 liegt auf Hochspannungspotential und
ist von Gehäuse 1 durch eine Isolierstoffbuchse 6 isoliert. Die Stromzuführung erfolgt
über drei spmetrisch angeordnete Koaxialbuchsen 7, deren Mittelleiter mit der Spannzange
4 verschraubt sind. Der Kathodenhalter 8 trägt den Isolierabstandshalter 9, die
Stahlkathode 10 uml das I'lexiglasfenster 11.
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Die Kathodenscheibe 10 und das Fenster 1 werden durch einen Isolierstoffring
12 im Kathodenhalter 8 -entriert und durch einen gerändelten Kocher 13 gegen einen
Kontaktri3ng 14 aus abbrandfester Wolframlegierung gepreßt, der in dem Kathodenhalter
8 eingebettet ist. Die wirksame Ausdehnung der Punktlichtquelle wird durch die zentrale
Bohrung in der Blendenscheibe l3' bestimmt und beträgt je nach Aiisführungsform
1 bis 2 mm im Durchmesser. Um eine lange Standzeit der scharfkanflgen Blendenöffnung
zu erreichen, besteht die Blendenscheibe 13' aus Silberstahl und ist in den Köcher
13 eingepreßt. Die vier Hauptelemente der Funkenstrecke 5" 9, 10 und 11 sind Verschleißteile
und können von der Kathodenseite her in die Haltevorrichtung 8 bequem ein- und ausgebaut
werden. Sie werden der Reihenfolge nach durch die beiden Rändelschrauben
13
und 15 fest mitein;inder verpreßt. Dann wird die Anodenstange 5 bis zum Anschlag
im Isolierabstan(lshalter 9 vorgeschoben und durch die Rändelmutter 16 arretiert.
Der Ano<lcnhalier :3 und der Kathodenhalter 8 sind durch Schrauben 17 mit dem
Gehäuse l verbunden. Zur bequemen Montage der Punktlichtquelle auf einer optischen
Bank durch übliche Reiter sind an der Unterseite des Gehäuses 1 zwei Säulen 18 angebracht.
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Fig. 2 zeigt die elektrische Schaltung zum Betrieb der Punktlichtquelle
19.
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Die Laufzeitkette 20 wird durch ein Ilochspannungsversorgungsteil
21 auf + 10 bis 15 kV aufgeladen. Durch ein Triggersignal an der Eingangsbuchse
22 wird über einen Ilochspannungsimpulsgenerator 23 die Schaltfunkenstrecke 24 durchgeschaltet
und die Laufzeitkette 20 über den Vorwiderstand 25 und die Punktlichtquelle 19 entladen.
Der Vorwiderstand 25 besteht aus einer Folie aus ÄViderstandsmetall und ist haarnadelförmig
gebogen, um geringe Eigeninduktivität und kleine Baulänge zu erreichen. Die Stromabschneidung
für die Punktlichtquelle 19 erfolgt durch ein Ignitron 26, welches parallel zum
Ausgang der Laufzeitkette 20 liegt. Der Zündkreis des Ignitrons besteht aus einem
Stoßkondensator 27, der über eine weitere Schaltfunkenstrecke 28 durch einen Widerstand
29 über den Ignitor des Ignitrons 26 aperiodisch entladen wird. Der Kondensator
27 wird durch ein weiteres llochspannungsversorgungsteil 30 auf + 2. o kV aufgeladen.
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Das Triggersignal an 22 startet einen Verzögerungskreis 31, welcher
nach einer einstellbaren Verzögerungszeit T iiber einen weiteren Tlochspannungsimpulsgenerator
32 die Schaltfunkenstrecke 28 triggert, das Ignitron 26 leitend macht und damit
den Stromfluß zur Punktlichtquelle 19 abschneidet.
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Für eine bequeme Handhabung der Punktliditquelle in optischen Anordnungen
ist diese mit der elektrischen Schaltung über lange parallelgeschaltete Koaxialkabel
verbunden. Zur originalgetrcuen Übertragung des Strompulses großer Stromstärke sind
drei Koaxialk.lbel 33 parallelgeschaltet.
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Fig. 3 zeigt ein Oszillogramm des zeitlichen Verlaufs des Stromes
(obere Kurve) und des Lichtes (untere Kurve) für eine praktisch erprobte Laufzeitkette
mit n = 5 Gliedern mit L = 3 \iH und C = 30 µF.
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Die Stromstärke beträgt 11 kA. Die Stromabschneidung erfolgte nach
einer am Verzögerungsteil 31 eingestellten Zeit von T = 112 ,usec. Die Anstiegszeit
des Lichtpulses beträgt auf dem Film 2. 5 isec. Die Abfallzeit ist wegen des unvermeidlichen
Nachleuchtens des Plasmas nach Abschalten des Stromes größer und beträgt etwa 7
µsec. Der Vorwiderstand 25 hat den Wert 250 mn und ist fünfmal größer als der stationäre
Funkenwiderstand. Bei einem Durchmesser der Lichtquelle von 1. 5 mm beträgt die
Lichtstärke etwa 3 x 106 candelas.
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L e e r s e i t e