DE3111417A1

DE3111417A1 - Bestrahlungsmesser

Info

Publication number: DE3111417A1
Application number: DE19813111417
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Dipl.-Ing. 7121 Löchgau Eckoldt
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1981-03-24
Filing date: 1981-03-24
Publication date: 1982-10-07

Description

Bestrahlungsmesser
Bestrahlungsmesser werden auf bestimmten Gebieten der Technik sowie auch im täglichen Leben benötigt. Bestrahlungsmesser haben die Aufgabe, die Bestrahlung zu ermitteln, die während einer bestimmten Zeit auf ein Objekt einwirkt. Ein solches Objekt kann beispielsweise der Mensch selbst sein, wenn er sich der Sonnenstriltll.\Ing of3ç^r einer künstlichen Strahlung aussetzt, um eine Bräurlung der Haut zu erzielen. In diesem Fall ist es von Interesse zu wissen, wie groß die Bestrahlung ist, die nach einer bestimmten Zeit auf die Haut einwirkt. Bestrahlungsmesser finden mit Vorteil auch bei der Pflanzenzüchtung Anwendung, da es für Pflanzenzücher von Intersse ist, wie groß die Bestrahlung sein muß, um einen bestimmten Wachstumserolg bei Pflanzen zu erzielen. Die Bestrahlung ist definiert als das Produkt aus Bestrahlungsstärke und Zeit.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bestrahlungsmesser anzugeben, der einen einfachen Aufbatl aufweist unki kostengünstig herzustellen ist. Diese Aufgabe wird durch einen Bestrahlungsmesser gelöst, der einen Zähler ansteuert, welcher die vom Oszillator gelieferten Impulse zählt, und bei dem der Widerstand des die Frequenz des Oszillators bestimmenden RC-Gliedes durch ein lichtempfindliches Bauelement gebildet ist, auf das die zu bestimmende Strahlung einwirkt.
Als lichtempfindliches Bauelement, dessen Innenwiderstand den Widerstand des die Frequenz des Oszillators bestimmenden RC-Gliedes darstellt, wird beispielsweise eine Fotodiode verwendet. Da für den Bestrahlungsmesser Frequenzen benötigt werden, die erheblich unter derjenigen Frequenz liegen, die die gebräuchlichen Oszillatoren liefern, wird ein Frequenzteiler verwendet, der die vom Oszillator gelieferte Frequenz entsprechend her unterteilt.
Als Zähler- wird beispielsweise ein Zweifach-Dez imalzähler verwendet, der die vom Frequenzteiler gelieferten Impulse zählt und in binärcodierter Form zur Verfügung stellt.. Soll die gemessene Bestrahlung zur Anzeige gebracht werden, so ist ein Decoder erforderlich, der die Binärcodierung in einen Anzeige-Code umwandelt.
Als Anzeigevorrichtung dient beispielsweise eine 7-Segment-Anzeige. In diesem Fall ist ein BCD-zu-7-Segment-Decodierer erforderlich, der die vom Zweifach-Dezimalzähler gelieferte Binär codierung in eine 7-Segment-Codierung umwandelt. Zwischen die Ausgänge des Decodierers und die Eingänge der Anzeigevorrichtung werden Widerstände geschaltet, die so bemessen werden, daß ein Kompromiß zwischen einer hohen Lichtstärke der von der Anzeige gelieferten Lichtes und einer langen Lebensdauer der zur Speisung des Bestrahlungsmessers erforderlichen Batterie erzielt wird, Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Die Bestrahlung, also das Produkt aus Bestrahlungsstärke und Zeit, läßt sich am einfachsten mit Hilfe eines lichtgesteuerten Zählers messen. Der in der Figur dargestellte Bestrahlungsmesser beispielsweise benötigt 4 CMOS-Digitalschaltkreise, eine zweistellige LED-7-Segment-Anzeige, Widerstände, zwei Kondensatoren und eine Fotodiode. Die Anzeige wird nur bei Bedarf per Knopfdruck eingeschaltet, so daß dank der CMOS-Schaltungen der Strombedarf minimal ist und aus 4 Mignon-Batterien gedeckt werden kann.
Da die volle Anzeige von 9.9 eventuell erst nach Stunden erreicht werden soll, ist ein extrem langsam schwingender Frequenzgenerator nötig. Das Problem wird mit dem CMOS-Baustein 4536 ( I ) gelöst, der neben einem Oszillator auch einen programmierbaren Frequenzteiler enthält. Die Oszillatorfrequenz von einigen Kilohertz wird durch den beleuchtungsabhängigen Innenwiderstand der Fotodiode (II) und einen Kondensator (III) bestimmt. Der nachgeschaltete Frequenzteiler kann mit Hilfe von den 4 Steuereingängen A - D auf das gewünschte Teilungsverhältnis programmiert werden. In der folgenden Tabelle kann man die zu den 16 Beschaltungsmöglichkeiten der 4 Steuereingänge gehörenden Teilungsverhältnisse und die daraus resultierende Ausgangsfrequenz ablesen, wenn man von einer Oszillatorfrequenz von 46,6 kHz ausgeht, die beim größten Teilerverhältnis einen Zählimpuls pro 6 Minuten ergibt.
Dez. D C B A Teilerver- Frequenz 1 Impuls pro hältnis 0 o O O o 29 = 512 91 Hz 0,0tl s 1 0 0 0 1 210 a 1.024 45 0,022 s 2 0 0 1 0 211 = 2.048 23 0,044 s 3 0 0 1 1 212 = 4.096 11 0,088 s 4 O 1 ° ° 213 = 8.192 5,7 0,176 s 5 0 1 0 1 214 = 16.384 2,8 0,35 s 6 0 1 1 ° 215 = 32.76& 1,4 0,7 s 7 0 1 1 1 216 = 65.536 0,71 1,4 s 8 1 o o o 217 = 131.072 0,35 2,8 s 9 1 0 0 1 218 = 262.144 0,18 5,6 s 10 1 0 1 0 219 = 524.288 0,089 11,2 s 11 1 0 1 1 220 = 1.048.576 0,044 22.5 s 12 1 1 0 0 221 = 2.097.152 0,022 45 s 13 1 1 0 1 222 " 4.194.304 0,011 1,5 m 14 1 1 1 0 223, 8.388.608 0,005 3 m 15 1 1 1 1 224 = 16.777.216 0,003 6 m Der Takt am Ausgang des Frequenzteilers gelangt nun auf einen 2 Dekadcn-Zählerbaustein 4518 (IV), der die Impulse zählt, bis er 99 erreicht hat und wieder von 00 an beginnt.
t)cr binär cocliorte Zählerstand wird für -jede Dekade getrennt (DCD-Code) mit Hilfe von zwei 7 Segment-Dekodier-Bausteinen 4511 (V) und einer 2stelligen 7 Segment-Anzeige VI sichtbar gemacht. Der Wert der 2 mal 7 Vorwiderstände (VII), die einen Wert von 150 Q bis 10 kd haben, ergibt sich als Kompromiß zwischen einer hohen Lichtstärke der Anzeige und einer langen Batterielebensdauer.
Mit Hilfe eines Schalters kann der Oszillator angehalten werden. Der Zählerstand wird dann solange gespeichert, wie die Stromversorgung eingeschaltet bleibt. Da der Ruhestromverbrauch nur einige Mikroampere beträgt, kann man über Wochen kleinere Bestrahlungswerte aufaddieren, zwiichenspcichern und per Knopfdruck ablesen. Um die Anzeige wieder auf OO zurückzustellen, wird die Stromversorgung für einige Sekunden abgeschaltet.
Als lichtempfindliches Bauelement (II) wurde die Fotodiode BPW 43 gewühlt, deren Linsenkopf vorsichtig abgefeilt wurde, um den für Lichtmeßzwecke erwünschten breiten Öffnungswinkel zu erhalten. Ein Filter ist nicht erforderlich.
Als Anzeige dient die zweistellige orangerot leuchtende 7 Segment-Anzeige CQX 89 K (VI), die dank ihrer speziellen Technologie (GaP auf GaAsP) eine besonders hohe Lichtausbeute bietet. Der Buchstabe "K" gibt an, daß bei diesem Typ die Kathoden der Leuchtsegmente gemeinsam herausgeführt sind, denn der Dekodier-Schaltkreis 4511 (V) kann nur Anzeigen mit dieser Polarität direkt ansteuern.
Für die Messung der Bestrahlung H nach DIN 5031 Teil 1 2 e in der Einheit kwh/m wird der Frequenzteiler des 4536 auf das höchste Teilerverhältnis eingestellt (alle 4 Programmiereingänge A - D liegen auf + 6 V). Über einen Vorwiderstand wird der mittlere Dezimalpunkt der Anzeige ein- ( geschaltet, so daß sich ein Meßbereich von 0,1 bis 9,9 kWh/m2 ergibt. Die Bestrahlungsstärke Ee bei maximaler Sonneneinstrahlung beträgt auf Meeresniveau bekanntlich rund 1 kW/m2.
Demnach steht die Anzeige des Gerätes nach 0,1 Stunden = 6 Minuten in voller Sonne auf 0,1 kWh/m , nach 1 Stunde auf 1,0 kWh/m und nach 9,9 Stunden am Bereichsende 9,9 kWh/m2.
Leerseite

Claims

Patentansprüche Bestrahlungsmesser, dadurch gekennzeichnet, daß er einen RC-Oszillator aufweist, der einen Zähler ansteuert, welcher die vom Oszillator gelieferten Impulse zählt, und daß der Widerstand des die Frequenz des Oszillators bestimmenden RC-Gliedes -durch ein lichtempfindliches Bauelement gebildet ist, auf das die zu bestimmende Strahlung einwirkt.
2) Bestrahlungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als lichtempfindliches Bauelement eine Fotodiode vorgesehen ist.
3) -Bestrahlungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Frequenzteiler vorgesehen ist, der die vom Oszillator gelieferte Frequenz herunterteilt.
-4) Bestrahlungsmesser nach einem der Ansprüche L bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Zähler ein Zweifach-Dez imalzähl er vorgesehen ist.
5) Bestrahlungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Decodierer vorgesehen ist, der bei Verwendung einer Binär codierung die Binärcodierung in einen Anzeige-Code umwandelt.
6) Bestrahlungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzeigevorrichtung vorgesehen ist, die die ermittelte Bestrahlung zur Anzeige bringt.
7) Bestrahlungsmesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Anzeigevorrichtung eine 7-Segment-Anzeige vorgesehen ist.
8) nestrnhlungsmcaser nach einem'der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnett daß bei Verwendung einer 7-Segment-Anzeige und eines Zweifach-Dezimalzählers als Decodierer ein BCD- zu 7-Segment-Decodierer vorgesehen ist.
9) Bestrahlungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen je einen Ausgang des Decodierers und je einen Eingang der Anzeigevorrichtung ein Widerstand geschaltet ist.
10) Bestrahlungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Ausgängen cles l)ecodierers und den Eingängen der Anzeigevorrichtung liegenden Widerstände derart gewählt sind, daß ein Kompromiß zwischen einer hohen Lichtstärke der Anzeigevorrichtung und einer langen Lebensdauer der zur Speisung erforderlichen Batterie besteht.