DE3151743A1

DE3151743A1 - Messgeraet mit vielelementenfuehler

Info

Publication number: DE3151743A1
Application number: DE19813151743
Authority: DE
Inventors: Kazuo Minami Ashigara Kanagawa Shiota
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1980-12-29
Filing date: 1981-12-29
Publication date: 1982-08-12
Also published as: DE3151743C2; JPS57111421A; US4473797A

Description

MESSGERÄT MIT VIELELEMENTENFÜHLER

Die Erfindung bezieht sich auf ein Meßgerät mit Vielelementenfühler und insbesondere auf eine Verbesserung in einer Schaltung zur Kompensierung der Änderungen der Basisablage und des Verstärkungsfaktors unter den einzelnen Elementen in einem Meßgerät mit Vielelementenfühler.

Im Falle einer Fühlerreihe für Lichtnachweis beispielsweise, ist eine Schaltung zur Kompensierung der Änderungen im Verstärkungsfaktor (Änderungen der Empfindlich-

'5 keit) und zur Änderung der Basisablage (Änderungen des Dunkelstromes) erforderlich, um geringe Lichtmengen mit hoher Präzision zu messen. Bei dieser Art von Schaltung sind die mit den einzelnen Fühlerelementen verbundenen Verstärker mit Abgleichwiderständen ausgerüstet,

durch die ein Abgleich unabhängig für jedes einzelne Fühlerelement durchgeführt werden kann. Unter dem Begriff "einzelnes Fühlerelement" ist im folgenden in einzigen Fällen die einzelne Elementeneinheit oder in anderen Fällen auch die Schaltung zu verstehen, die

*"* aus einem einzelnen Element und einem daran angeschlossenen Verstärker besteht. In der genannten Schaltung wird der Verstärkungsfaktor eingestellt, um Variationen in der Empfindlichkeit und Lichtmenge für die einzelnen Elemente zu kompensieren. Die Einstellung der Basis-

linie wird durchgeführt, um DunkelStromänderungen unter

den einzelnen Fühlerelementen sowie Basisablagen der Verstärker selbst zu kompensieren. Je nachdem, was von der Meßschaltung verlangt wird, werden die Ausgangssignale der Verstärker in die nächste Stufe der Signal-35

Verarbeitungsschaltung entweder über einen Multiplexer

-ΑΙ (Schalteinrichtung) oder direkt weitergeleitet.

In Systemen dieser Art ist es erforderlich, zwei Abgleichwiderstände für jeden einzelnen Fühler vorzusehen, nämlich einen zum Abgleich des Verstärkungsfaktors und einen zum Abgleich der Basisablage. Dies ist mit folgenden Nachteilen verbunden: (1) Hohe Kosten; (2) Eine große Baugröße der Schaltung; und (3) Eine mühsame Justierung.

In anderen Systemen werden die Ausgangssignale der verschiedenen Elemente zunächst einem Multiplexer und von dort einem Verstärker zugeführt. Wenngleich dieses System die obengenannten Nachteile nicht aufweist, hat es folgende Mängel: (1) Eine Messung mit hoher Präzision ist nicht möglich, da keine Kompensation der Empfiridlichkeitsschwankungen und Dunkelstromschwankungen über die verschiedenen Elemente vorgenommen werden kann; und (2) die Messung kleiner Ströme ist schwierig, da der Leckstrom oder dergleichen des Multiplexers einen direkten Einfluß auf das Fühlerausgangssignal aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der obengenannten Nachteile ein Meßgerät mit Vielelementenfühler zu schaffen, das für Hochpräzisionsmessungen geeignet ist, ohne daß Abgleichwiderstände für den Verstärkungsfaktor und für die Basislinienablage beim Verstärker eines jeden einzelnen Fühlerelementes vorgesehen sein müssen.

In dem Meßgerät mit Vielelementenfühler gemäß der Erfindung sind keine Abgleichwiderstände für den Verstärkungsfaktor und für die Basislinienablage für jeden Verstärker eines einzelnen Fühlerelementes vorgesehen. Stattdessen werden die Ausgangssignale der

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Verstärker ohne Verstärkungsfaktorkompensation und ohne Basisablagekompensation sequenziell durch einen Multiplexer oder dergleichen auf die nachfolgende Meßstufe geschaltet und der Verstärker der nachfolgenden Stufe, der das Ausgangssignal des Multiplexers empfängt, ist hinsichtlich seines Verstärkungsfaktors und seiner Basislinie einstellbar. Die Einstellung des Verstärkungsfaktors und der Basislinie dieses Verstärkers werden entsprechend jedem einzelnen Element (einschließlich seines Verstärkers) des Fühlers, welches Element durch den Multiplexer ausgewählt worden ist, eingestellt. Auf diese Weise wird die zuvor genannte Kompensation (oder Korrektur) durchgeführt. Da die Messung in der Regel mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden muß, ist es ebenfalls erforderlich, die Verstärkungsfaktor- und Basislinieneinstellung des Verstärkers mit hoher Geschwindigkeit durchzuführen. Hierzu wird die Änderung des Verstärkungsfaktors und der Basisablage für die einzelnen Elemente in einem Speicher vorweg gespeichert und der Verstärkungsfaktor sowie die Basisablage des Verstärkers werden von außen auf der Grundlage der gespeicherten Werte gesteuert. Das System eignet sich besonders, wenn ein. Mikrocomputer verwendet wird, um die Steuerung auszuführen.

Zwar.erfordert das Meßgerät mit Vielelementenfühler gemäß der Erfindung einen Speicher, um die Verstärkungsfaktoren und Basisablagewerte für die einzelnen Elemente des Fühlers zu speichern, es sind jedoch keine Abgleich- ^O widerstände für den Verstärkungsfaktor und die Basislinieneinstellung der einzelnen Fühlerelemente erforderlich. Wenn folglich die Anzahl der einzelnen Elemente groß ist, sind die Gesamtkosten der Schaltung gering und da darüber hinaus die Einstellungen für Basisablage

°³ und Verstärkungsfaktor separat für jedes Fühlerelement vorgenommen werden, kann eine hohe Meßgenauigkeit erreicht werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Die Figur zeigt ein Blockschaltbild des wesentlichen Teiles eines Meßgerätes mit Vielelementenfühler gemäß der Erfindung.

In der Figur kennzeichnen die Symbole 1-1, 1-2, ...

1-n die einzelnen Elemente eines Photodetektors 1. An diese Elemente 1-1/..., 1-n sind Verstärker 2-1, 2-2,..., 2-n angeschlossen, die mit Festwiderständen 3-1, 3-2,..., 3-n zur Strom-Spannungs-Wandlung ausgerüstet sind. Die Ausgangssignale der Verstärker 2-1, 2-n werden alle einer Schalteinrichtung, beispielsweise einem Multiplexer 4 zugeführt, der durch eine Schaltsteuerschaltung 4A gesteuert wird. Das Ausgangssignal des Multiplexers 4 enthält Verstärkungsfaktor-und Basisablageänderungen.

Der Ausgangsanschluß des Multiplexers 4 ist an einen Eingangsanschluß einer Addierschaltung 5 angeschlossen. Der andere Eingang der Addierschaltung 5 ist an den Ausgangsanschluß einer Generatorschaltung 6 zur Erzeugung einer Basisablagekompensationsspannung angeschlossen. Der Ausgangsanschluß der Addierschaltung 5 ist mit einem Verstärker 8 mit variabler Verstärkung verbunden, dessen Verstärkung elektrisch durch eine Verstärkersteuerschaltung 7 gesteuert wird. Das Ausgangssignal des Multiplexers 4 wird hinsichtlich seiner Basislinie durch die Addierschaltung 5 und danach hinsichtlich seines Verstärkungs- oder Proportionalitätsfaktors durch den Verstärker 8 mit variabler Verstärkung eingestellt.

Die Steuerung der Addierschaltung 5 (der Generator-

schaltung 6 zur Erzeugung einer Basisablagekompensa-

tionsspannung) und des Verstärkers 8 mit variabler Verstärkung wird in der unten beschriebenen Art und Weise durch eine Meßeinheit 9, eine Speichereinheit 10 und ei- β ne Basisablagesteuereinheit 11 durchgeführt.

Zunächst werden die Ausgangssignale der einzelnen Elemente 1-1, 1-2, ..., 1-n, die zu einer Zeit entstehen, in der der Photodetektor 1 nicht dem Licht ausgesetzt

IQ ist, sequenziell durch den Multiplexer 4 abgefragt und an die Meßeinheit 9 weitergeleitet, wo sie gemessen werden. Das von der Meßeinheit 9 zu dieser Zeit erzeugte Ausgangssignal ist repräsentativ für die Gesamtänderung in der Basisablage, die durch Änderungen des Dunkelstromes des Photodetektors 1 und der Ablagewerte der Verstärker 2-1, 2-2, ..., 2-n hervorgerufen wird. Das Ausgangssignal der Meßeinheit 9 für jedes einzelne Fühlerelement wird in der Speichereinheit 10 gespeichert. Danach wird der Photodetektor 1 gleichförmig Licht ausgesetzt, wobei keine Meßprobe vorhanden ist, und die Ausgangssignale der Fühlerelemente 1-1, 1-2, ..., 1-n werden sequenziell durch den Multiplexer 4 abgefragt und an die Meßeinheit 9 zur Messung weitergeleitet. Das Ausgangssignal der Meßeinheit 9 zu dieser Zeit ist repräsentativ für die gesamten Schwankungen des Verstärkungsfaktors, die auf die Empfindlichkeitsunterschiede der einzelnen Fühlerelemente 1-1, 1-2, ..., 1-n und die unterschiede der Festwertwiderstände 3-1, 3-2, ..„, 3-n zurückzuführen sind. Das Ausgangssignal der Meßeinheit 9 für jedes einzelne Fühlerelement wird in der Speichereinheit 10 gespeichert.

Die Speichereinheit 10 ist an die Steuereinheit 11 zur Proportionalitäts- und Basisablagesteuerung angeschlossen. Die Proportionalitäts- und Basisablagesteuerung 11 ist an die Schaltsteuerschaltung 4A angeschlossen, von der sie ein Signal erhält, das identisch dem Schalt-

Steuersignal ist, das die Schaltsteuerschaltung 4A dem Multiplexer 4 zuführt. Die Proportionalitäts- und Basisablagesteuerung 11 verwendet dieses Signal, um aus dem Speicher 10 den Verstärkungsfaktor und den Ablagewert für die einzelnen Fühlerelemente, deren Ausgangssignal gerade gemessen werden soll/ auszulesen. Der auf diese Weise ausgelesene Basisablagewert wird von der Proportionalitäts- und Ablagewertsteuerung 11 zu dem Spannungsgenerator 6 für die Ablagekompensation geleitet, der eine Spannung zur Kompensation des Ablage- oder Nullpunktwertes erzeugt. D.h. der Generator 6 erzeugt eine Spannung vom selben Absolutwert, jedoch von umgekehrter Polarität, wie der Basislinienablagewert. Dieses Spannungssignal für die Basisablage wird der Addierschaltung 5 zugeführt, wo es dem Ausgangssignal des Fühlerelementes hinzu addiert wird, wodurch dessen Basisablage kompensiert wird. Andererseits wird der Proportionalitätsoder Verstärkungsfaktor, der aus der Speichereinheit 10 ausgelesen wird, von der Proportionalitäts-Ablagesteuerung 11 zu der Verstärkersteuerung 7 geführt, durch die der Verstärkungs- oder Proportionalitätsfaktor des Ausgangssignales des Fühlerelementes auf einen speziellen Wert auf der Basis des (ausgelesenen) Verstärkungsfaktors eingestellt wird. Auf diese Weise wird der Ausgangswert des Fühlerelementes auf einen Wert korrigiert, der frei von Fehlern ist, die auf Schwankungen in der Basisablage, der Empfindlichkeit oder dergleichen zurückzuführen sind. Das Meßgerät mit Vielelementenfühler gemäß der Erfindung· ermöglicht so eine Messung mit hoher Genauigkeit. Sofern die Baugruppen in der oben beschriebenen Schaltung betroffen sind/ kann beispielsweise ein gewöhnlicher Digital/Analog-Wandler als Generator 6 für das Basisablagekompensationssignal verwendet werden. Ein multiplizierender Digital/Analog-

Wandler kann für den Verstärker 8 mit variablem Verstärkungsfaktor und ein Analog-Digital-Wandler für die

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Meßeinheit 9 eingesetzt werden. Ein Mikrocomputer kann die Speichereinheit 10 und die Proportionalitätsfaktor- und Ablagesteuerung 11 darstellen. Folglich kann die Schaltung relativ einfach ohne Spezialbauteile aufgebaut werden.

Es ist anzumerken, daß bei der oben beschriebenen Ausführungsform es ebenfalls möglich ist, einen Photodetektor durch einen Temperaturdetektor, einen Schalldetektor oder einen Detektor für eine andere physikalische Größe oder für chemische Größen zu ersetzen. Darüber hinaus können in einem System, in dem der Einfluß der Leckströme vom Multiplexer überschaubar ist, die Erststufenverstärker auf einen einzigen dem Multiplexer nachgeschalteten Verstärker reduziert werden. Es ist auch möglich, die Kompensationsschaltung nur zur Kompensation des Proportionalitätsfaktors oder des Basisablagewertes auszulegen. Im Falle einer Proportionalitätskompensation ist die Erfindung nicht nur auf die Eliminierung von Schwankungen beschränkt, sondern umfaßt auch die Möglichkeit, die Proportionalitätsoder Verstärkungsfaktoren verschiedener Fühlerelemente mit Gewichtsfaktoren zu belegen.

Aus der vorangehenden Beschreibung geht hervor, daß bei einem Meßgerät mit Vielelementenfühler gemäß der Erfindung zwar eine Speichereinheit zur Speicherung der Verstärkungsfaktoren und Basisablagewerte der einzelnen Fühlerelemente erforderlich ist, jedoch keine Notwendig-

keit besteht, Verstärkungsfaktor- und Basisablageeinstellmittel für jedes einzelne Element vorzusehen. Wenn folglich der Fühler aus einer Vielzahl von Elementen besteht, sind die Gesamtkosten geringer als bei Schaltungen nach dem Stande der Technik. Die Kosten eines Meß-

*" gerätes gemäß der Erfindung sind etwa die gleichen wie bei einem konventionellen Meßgerät, wenn die Zahl der

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einzelnen Fühlerelemente etwa bei 10 liegt, während die Kosten progressiv geringer werden als beim konventionellen Meßgerät, wenn die Zahl der Fühlerelemente ansteigt. Da des weiteren die Zahl der Abgleichwiderstände, die eine Justierung erfordern, geringer ist, ist weniger Abgleicharbeit erforderlich. In einer Vorrichtung mit 16 Fühlerelementen beträgt die Zeit für den Abgleich einer konventionellen Vorrichtung etwa 10 Minuten, wobei davon ausgegangen ist, daß etwa 30 Sekunden für einen Abgleichwiderstand erforderlich sind. Mit einer Vorrichtung nach der Erfindung ist andererseits die erforderliche Zeit etwa 1 Sekunde, wobei geringfügige Schwankungen auftreten können, die von der verwendeten Folge abhängen. Da des weiteren die Zahl der platzbeanspruchenden Abgleichwiderstände geringer ist, ist die Vorrichtung in der Größe reduziert. Dort wo die Meßeinheit ein Teil der Schaltung selbst ist, sind insgesamt Proportionalität- und Basislinieneinstellung einfacher. Im Falle der Verwendung eines Mikrocomputers zur Steuerung bestehen weitere Vorteile darin, daß es einfach ist, viel Funktionen der Elemente oder der Schaltungen zu ermitteln und daß die Einstellung vor der eigentlichen Messung einfach ist, da die Folge zur Messung und Speicherung des Proportionalitätsfaktors und Äblagewertes leicht automatisiert werden kann, so daß es möglich ist, konsistente Messungen frei von Zeitdrift oder Temperaturdrift durchzuführen. Eine besonders wirksame Anwendung der Erfindung liegt in der Hochpräzisionsmessung bei einem Dreifarbendichteausgleich sowie in der Dreifarbenanalyse der Punktdichte eines Farbnegatives.

Claims

P A TENT ANS PR ü C H E

Meßgerät mit Vielelementenfühler, das einen aus einer Vielzahl von Fühlerelementen bestehenden Fühler (1) und eine Schalteinrichtung (4) zum sequenziellen Verbinden der Fühlerelemente mit einer Meßschaltung (9) aufweist, um die Ausgangssignale eines jeden Fühlerelementes unabhängig voneinander abzufragen, dadurch gekennzeichnet , daß es einen Speicher (10) zur Speicherung der Basislinienablage und des Verstärkungsfaktors jeweils für jedes einzelne der Fühlerelemente aufweist, daß eine durch die Schalteinrichtung geschaltete AusIeseschaltung vorgesehen ist, zum Auslesen des Basisablagewertes und des Verstärkungsfaktors für jedes Fühlerelement, daß eine Basisablagekompensationsschaltung (6) zwischen der Schalteinrichtung (4) und der Meßschaltung (9) vorgesehen ist, um die Basisablage des Ausgangssignales des jeweiligen Fühlerelements auf der Grundlage des durch die Ausleseschaltung ausgelesenen Basisablagewertes zu kompensieren, und daß eine Verstärkungsfaktorkompensationsschaltung (7, 8) zwischen der Schalteinrichtung (4) und der Meßschältung (9) vorgesehen ist, um das Ausgangssignal des jeweiligen Fühlerelements auf einen speziellen Wert auf der Grundlage des durch die Ausleseschaltung ausgelesenen Verstärkungsfaktors zu korrigieren.

TELEFON (OSB) 29 9869

TELEX OB-3B3BO

TELEGRAMME ΜΟΝΛΡΑΤ

TELEKOPIERER
2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet , daß die Meßschaltung (9) den Basisablagewert und den Verstärkungsfaktor der Fühlerelemente ermittelt. 5
3. Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Fühler ein Lichtnachweisfühler ist.
4„ Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Fühler ein Schall nachweisfühler ist.
5. Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler ein Wärmefühler ist.