DE3111929C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Darstellung und optischen Erfassung von Koronaentladungen an Objekten, insbe­ sondere an Händen, Fingern oder Fingerspitzen, bestehend aus einer elektrisch isolierenden Platte, deren eine Seite mit einer dauerhaften, elektrisch leitfähigen Schicht versehen und mit einem Pol eines Hochspannungsgenerators verbunden ist, sowie eine Anordnung zur Erfassung und/oder Aufzeich­ nung von sich zwischen der leitfähigen Schicht und dem zu un­ tersuchenden, mit dem andere Pol des Hochspannungsgenerators verbundenen Objekt ausbildenden Entladungen.

Eine Koronaentladung ist eine stromschwache elektrische Gas­ entladung, die an hochspannungsführenden Elektroden auftre­ ten kann, wenn die vorhandene elektrische Feldstärke ausrei­ chend groß ist, um das umgebende Medium, z. B. Luft, zu ioni­ sieren. Die elektrische Entladung erfolgt zu einer Gegenelek­ trode oder der Erde.

Koronaentladungen werden dazu herangezogen, um nach entspre­ chender Analyse bestimmte Aussagen über das hochspannungsfüh­ rende Objekt zu liefern. So wird die Hochspannungs-Photogra­ phie in der zerstörungsfreien Werkstoff- und Materialprüfung eingesetzt. Materialveränderungen, wie z. B. feinste Risse, führen nämlich aufgrund der dabei auftretenden Kanten und Spitzen beim Anlegen einer Hochspannung zu örtlich sehr ho­ hen elektrischen Feldstärken, die erfaßbare Koronaentladun­ gen zur Folge haben.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten bieten sich beispielsweise in der Chemie zur Spurenanalyse, in der Physik zu Material- und Festigkeitsprüfungen, in der Botanik zur Untersuchung des Zustandes von Pflanzen und schließlich in der Medizin, wobei in all diesen Fällen die Ausbildung der Koronaentla­ dung Rückschlüsse auf physikalisch-chemische Eigenschaften des Objektes zuläßt.

Aus der Zeitschrift "Umschau 75" (Ausgabe 1975, Heft 15) ist eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art bekannt, mit­ tels deren sogenannte Kirlian-Photographien angefertigt wer­ den können. Dabei wird die Korona an Händen, Fingern und Fin­ gerspitzen von Personen sichtbar gemacht, wozu ein Hochspan­ nungs-photoapparat verwendet wird, an dessen Oberseite eine mit isolierender Siliconschicht überzogene Kupferplatte fi­ xiert ist. Zur Aufnahme wird ein Negativ-Film mit der Gela­ tineschicht nach oben auf die Platte gelegt. Das zu photogra­ phierende Objekt liegt dabei auf der Filmoberseite mit einer Polyethylen-Folie als Abstandhalter und als schützende Deck­ schicht. Das Objekt wird mittels eines leitenden, geerdeten Halters oder auch mittels geerdeter Finger leicht ange­ drückt. Die auftretende Koronaentladung wird auf dem Film festgehalten.

Eine weitere Vorrichtung zur Herstellung von Kirlian-Photo­ graphien ist aus der Zeitschrift SCIENCE, Oktober 1976, Vol. 194, Nr. 4262 bekannt. Dabei ist ein Hochspannungsgenerator mit einem Pol mit einer Aluminiumelektrode verbunden, die mit Mylar beschichtet ist und einen Isolator trägt, auf des­ sen freier Oberfläche ein photographischer Film angeordnet ist. Der andere Pol des Hochspannungsgenerators ist mit einem auf den photographischen Film aufliegenden Finger einer Versuchsperson verbunden. Die auftretende Coronaentla­ dung wird wiederum auf dem Film festgehalten.

Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Anordnungen besteht darin, daß die Korona nur von der Seite und auch nur teilwei­ se betrachtet werden kann und damit nur begrenzte Aufschlüs­ se über diese Entladung gewonnen werden können. Außerdem sind die erzielten Ergebnisse stark abhängig von Randbedin­ gungen. Durch die Hochspannungsentladung treten in der Emul­ sion des Films nämlich chemische Veränderungen auf, die durch den unmittelbaren Kontakt mit dem Objekt noch geför­ dert werden. Schwitzwasser und jegliche Art von Verunreini­ gungen des Films machen sich ebenfalls in einer Verfälschung der Ergebnisse bemerkbar, so daß die hergestellten Bilder häufig nur beschränkte Aussagekraft besitzen.

Ferner wirkt sich sehr nachteilig aus, daß nur einzelne Auf­ nahmen und diese nur bei absoluter Dunkelheit angefertigt werden können. In kurzen Zeitabständen aufeinanderfolgende Aufnahmen sind ohne tiefgreifende Veränderungen der Geome­ trie durch Abheben und erneutes Auflegen der Finger nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, die eingangs angegebene Vor­ richtung in der Weise auszubilden, daß eine bestmögliche Beobachtung und Erfassung und auch quantitative Auswertung der Korona ermöglicht und insbesondere dadurch auch neue An­ wendungsmöglichkeiten auf medizinischem Gebiet geschaffen werden.

Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch, daß die elektrisch isolierende Platte aus Glas und die elek­ trisch leitende Schicht aus einem transparenten Material besteht, daß die der elektrisch leitenden Schicht gegenüber­ liegende Seite der Platte eine Auflagefläche für das zu un­ tersuchende Objekt bildet, und daß die Anordnung zur Erfas­ sung und/oder Aufzeichnung der Koronoaentladungen auf der Seite der elektrisch leitenden Schicht angeordnet ist.

Da die Vorderseite der Glasplatte als bloße Auflagefläche für das zu untersuchende Objekt verwendet und die Rückseite der Glasplatte mit einer durchsichtigen Elektrode versehen ist und sich die Koronaentladung zwischen dem Objekt und der durchsichtigen Elektrodenbeschichtung ausbildet und kein Teil der Korona durch aufliegende Bereiche des jeweiligen Objektes abgedeckt wird, läßt sich eine ganzflächige Beobach­ tung und Erfassung der Korona erzielen. Auf diese Weise wird eine vielfältige und unbehinderte Beobachung der Korona bei gleichzeitiger Erhöhung der quantitativen Helligkeitsausbeu­ te ermöglicht und sichergestellt, daß eine ständige Vermes­ sung und Auswertung der Korona erfolgen kann.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert; in dieser zeigt:

Abb. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung, und

Abb. 2 eine Darstellung zur Erläuterung des Standes der Technik.

Bei bekannten Vorrichtungen zur Darstellung und optischen Er­ fassung von Koronaentladungen an Fingerspitzen wird - wie die Abb. 2 zeigt - ein Hochspannungsgenerator 1 mit einem Pol mit einer Metallplatte 7 verbunden, die an einem Dielektrikum 8 anliegt, dessen freie Seite eine photoempfind­ liche Schicht 9 trägt. Auf dieser Schicht liegt der Finger 3 einer Versuchsperson direkt auf, welche über einen Kontakt­ ring 10 mit dem anderen Pol des Hochspannungsgenerators ver­ bunden ist. Die Nachteile dieser bekannten Anordnung wurden bereits geschildert.

Die in Abbildung 1 gezeigte Vorrichtung nach der Erfindung umfaßt ebenfalls einen Hochspannungsgenerator 1, und dieser Generator ist mit einem Pol mit einer transparenten, elek­ trisch leitfähigen Schicht verbunden, die auf einer Seite einer Glasplatte S angebracht ist. Beschichtete Platten die­ ser Art werden beispielsweise zur Herstellung von LCD-Dis­ plays, z. B. in Uhren und digitalen Meßgeräten verwendet. Die meist aus aufgedampften Indiumoxid bestehende Schicht ist nur wenige Tausendstel Millimeter dick, weitgehend kratzfest und nahezu vollkommen transparent. Die elektrische Kontaktie­ rung der Schicht erfolgt durch Löten oder durch elektrisch leitfähige Harze und Kleber.

Zur Vermeidung von lokalen Potentialspitzen wird die Schicht mit einer geschlossenen, den Rand der gesamten platte umfas­ senden Kontaktierung versehen, die mit dem Hochspannungsgene­ rator verbunden wird.

Die beschichtete Glasplatte S ist in einem aus Isoliermate­ rial gefertigten Rahmen 4 gefaßt und vorzugsweise direkt auf das Gehäuse des Hochspannungsgenerators 1 senkrecht stehend montiert. Dadurch können Funkenüberschläge infolge mangeln­ der Isolation und unnötig langer Zuleitungen sowie daraus re­ sultierende undefinierte Spannungsverteilungen vermieden wer­ den.

Der oder die Finger sind über eine Metallspange 10 mit dem anderen pol des Generators 1 verbunden. Damit sind die vor­ handenen potentiale definiert.

Mit den Fingerspitzen wird nun die unbeschichtete Seite der Glasplatte 8 berührt. Die als Träger für die elektrische lei­ tende, durchsichtige Schicht verwendete Glasplatte 8 dient gleichzeitig als chemisch neutrales Dielektrikum. Nach Anle­ gen einer geeigneten Hochspannung wir die Koronaentladung in der unmittelbaren Umgebung der Fingerspitzen sichtbar und kann von der beschichteten Elektrodenseite aus durch die transparente Schicht hindurch ganzflächig beobachtet werden.

Diese frontale Betrachtungsmöglichkeit ist bestens geeignet, um die Korona in ihrer Gesamtheit beurteilen und zeitliche Veränderungen feststellen zu können.

Die Länge und Intensität der radialnach außen verlaufenden Entladungen können durch die Höhe der Spannung und die Dicke der als Dielektrikum dienenden Glasplatte verändert werden.

Als Hochspannungsgenerator wird bevorzugt ein stromschwacher Hochspannungsgenerator mit einer Fequenz über 10 kHz verwen­ det. Durch den Skineffekt wird ein Eindringen des Stroms in tiefere Körperschichten vermieden. Die angelegte Spannung kann zwischen 10 kV und einigen 100 kV betragen.

Die mit den Fingern berührte unbeschichtete Seite ist che­ misch vollkommen neutral und sehr gut zu reinigen. Dadurch sind Beeinflussungen der Korona durch Verunreinigungen oder chemische Reaktionen zwischen Dielektrikum und Finger ausge­ schlossen. Die gerahmten Glaselektroden können in jeder be­ liebigen Größe entsprechend den Versuchsanforderungen herge­ stellt werden.

Für die zur Analyse erforderliche Betrachtung oder Registrie­ rung der Korona bieten sich verschiedene Möglichkeiten an. Zur Erzielung bestmöglicher Ergebnisse ist das Verfahren in etwas abgedunkelter Umgebung anzuwenden. Die Elektrode wird von der beschichteten Seite aus betrachtet:

• - Mit dem bloßen Auge kann die Korona beobachtet und hin­ sichtlich Intensität und Form einer ersten Beurteilung unterzogen werden.
• - Durch Verwendung einer mit der Elektrodenhalterung verbun­ denen Vergrößerungsoptik lassen sich bei visueller Beobach­ tung bequem Einzelheiten der Korona feststellen.
• - Mit photographischen Apparaten 5 können Einzelaufnahmen der Korona angefertigt werden. Durch Verwendung geeigneter Nahaufnahmevorsätze lassen sich die gewünschten Abbildungs­ maßstäbe erzielen. Der Einsatz von Sofortbildkameras ist in diesem Zusammenhang besonders hervorzuheben, da die Er­ gebnisse unmittelbar zur Verfügung stehen.
• - Zur Registrierung einer eventuell zeitlichen Veränderung der Korona können Film- und Videokameras eingesetzt wer­ den. Da die Korona im allgemeinen ein lichtschwaches Ob­ jekt ist, sind beim Einsatz von Filmmaterial hochempfindli­ che Filme und/oder geeignete Restlichtverstärker zu verwen­ den. Mit Hochgeschwindigkeitsfilmkameras ist eine sehr gu­ te zeitliche Auflösung der Vorgänge zu erreichen. Beim Ein­ satz von Videokameras kann der geringen Objekthelligkeit entsprechend einen geeignete hochempfindliche Bildröhre (eventuell mit zusätzlichem elektronsichen Bildverstärker) verwendet werden. Eine Analyse der Korona läßt sich beson­ ders vorteilhaft durchführen, wenn der zur Aufzeichnung verwendete Video-Recorder mit Zeitlupen- und Standbildwie­ dergabe ausgestattet ist und zur Betrachtung ein Monitor mit geringer Nachleuchtdauer zur Verfügung steht.

Die genannten Methoden zur Betrachtung und Aufzeichnung der Korona lassen sich besonders einfach und mit einem minimalen Aufwand an Einstellarbeiten an den optischen Systemen anwen­ den, wenn die Kamera 5 und die Elektrodenhalterung 4 ähnlich einer optischen Bank einander fest zugeordnet sind 6.

Durch die Anwendung dieser Technik ist es möglich, eine ein­ gehende und jederzeit wiederhol- und überprüfbare Auswertung der Ergebnisse vorzunehmen.

Das am Beispiel der "Korona von Fingerspitzen" angewendete Verfahren zur Darstellung und optischen Erfassung der Korona­ entladungen zeigt, daß Anzahl, Dichte und Länge der Entla­ dungsbüschel in der Korona sowie deren gesamte Form nicht nur von der topographischen Struktur der Haut, sondern auch von der physischen und psychischen Konditionen der Patienten abhängig sind.

Aufgrund der Vielzahl der beteiligten Parameter ist es not­ wendig, definierte Randbedingungen einzuhalten, um auf diese Weise die Reproduzierbarkeit des Verfahrens zu gewährlei­ sten.

Bei der vergleichenden Auswertung und Analyse der Ergebnisse kann aufgrund der im Bild der Korona festgestellten Unter­ schiede versucht werden, auf den Zustand des Patienten zu schließen. Physische und psychische Belastungen sowie Krank­ heiten bewirken Veränderungen von physikalischen und chemi­ schen Größen wie Leitfähigkeit, Kapazität, Elektrolytenzusam­ mensetzung usw., die unmittelbar Einfluß haben auf das Ausse­ hen der Korona.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Darstellung und optischen Erfassung von Koronaentladungen an Objekten, insbesondere an Händen, Fingern oder Fingerspitzen, bestehend aus einer elek­ trisch isolierenden Platte, deren eine Seite mit einer dauerhaften, elektrisch leitfähigen Schicht versehen und mit einem Pol eines Hochspannungsgenerators verbunden ist, sowie einer Anordnung zur Erfassung und/oder Auf­ zeichnung von sich zwischen der leitfähigen Schicht und dem zu untersuchenden, mit den andere Pol des Hochspan­ nungsgenerators verbundenen Objekt ausbildenden Entladun­ gen, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch isolierende Platte (8) aus Glas und die elektrisch leitende Schicht (7) aus einem transparen­ ten Material besteht, daß die der elektrisch leitenden Schicht (7) gegenüberliegende Seite der Platte (8) eine Auflagefläche für das zu untersuchende Objekt (3) bildet, und daß die Anordnung (5) zur Erfassung und/oder Aufzeich­ nung der Koronaentladungen auf der Seite der elektrisch leitenden Schicht (7) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die elektrisch leitende Schicht (7) tragende elek­ trisch isolierende Platte (8) aus Glas in einem Rahmen (4) aus isolierenden Material gehaltert und dieser Rahmen (4) unmittelbar am Gehäuse des Hochspannungsgenerators (1) befestigt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Erfassung und/oder Aufzeichnung von Entladungen bezüglich der elektrisch leitenden Schicht (7) beabstandet angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Erfassung und/oder Aufzeichnung von Entladungen zusammen mit dem die elektrisch isolierende Platte (8) halternden Rahmen (4) ein festes System nach Art einer optischen Bank bildet.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Anordnung zur Erfassung und/oder Auf­ zeichnung von Entladungen und der elektrisch isolierenden Platte (8) eine Vergrößerungsoptik vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Erfassung und/oder Aufzeichnung von Entladungen aus einen photographischen Apparat (5) oder einer Film- oder Videokamera besteht.