DE3208260A1 - Einrichtung zum uebertragen und verteilen von lichtstrahlung - Google Patents

Description

* S B*

Vsesojuzny Elektrotekhnichesky Institut imeni V.I.Lenina

Moskau, UdSSR

Einrichtung zum übertragen und Verteilen von Lichtstrahlung

Die Erfindung betrifft die Hochspannungs-Umformertechnik, und sie bezieht sich auf Systeme zur Lichtsteuerung von Vorrichtungen mit in Heihe geschalteten Thyristoren und insbesondere auf eine Einrichtung zum Übertragen und Verteilen von Lichtstrahlung.

Die erfindungsgemäße Einrichtung kann in Umformbrücken für Gleichstromübertragungsleitungen, statischen Kompensatoren für Blindleistung sowie in verschiedenen Transportmitteln und Ausrüstungen des Maschinenbaus zur Aufhellung von Geräteskalen und zur Lichtanzeige an Leuchttafeln eingesetzt werden.

Eines der wichtigsten Probleme beim Übertragen von Lichtstrahlung von einer oder mehreren Lichtquellen und beim Verteilen dieser Strahlung auf eine Reihe von identischen Empfangseinrichtungen ist die Gleichmäßigkeit der Ver-

teilung der Lichtstrahlung von jeder Lichtquelle auf diese Empfangs einri chtungen.

Bei einer beträchtlich ungleichmäßigen Strahlung, die z. B. zu den Wandlern in den Systemen zur Lichtsteuerung der Hochspannungs-Thyristorventile gelangt, müssen entweder Lichtquellen mit großer Leistung, die eine ausreichende Strahlung am leistungsärmsten Ausgang der genannten Einrichtung liefert, verwendet oder die Empfindlichkeit der Empfangseinrichtungen erhöht werden. Die eine und die andere Maßnahme führen zur Senkung der Zuverlässigkeit des Systems. Außerdem wirkt sich die Ungleichmäßigkeit des Leuchtens der Punkte auf der Leuchttafel bei der Lichtanzeige und die ungleichmäßige Aufhellnng der Skalen verschiedener Geräte auf die Arbeit des Bedienungsmannes ungünstig aus.

Die potentielle Ursache für die Ungleichmäßigkeit der Verteilung der Lichtstrahlung sind die Lichtquellen selbst.

Die Ungleichmäßigkeit von deren Helligkeit und ihres Richtstrahldiagrammes bringen Schwierigkeiten bei der Entwicklung von Systemen zur Lichtsteuerung, Aufhellung und Lichtanzeige mit sich, bei denen die Lichtstrahlung auf eine Reihe von einzelnen Ausgängen verteilt wird. Zur Behebung dieser Nachteile müssen in den genannten Systemen besondere technische Maßnahmen getroffen werden.

Die Ungleichmäßigkeit der Strahlung von den Lichtquellen bereitet auch bestimmte Schwierigkeiten bei der Schaffung von in den Lichtsteuerungssystemen verwendeten Schaltungen zur Überwachung der Strahlung unter Entnahme eines Teils der Strahlungsleistung.

Diese Schwierigkeiten sind durch komplizierte Entnahme eines Teils der Leistung aus der Gesamtstrahlung, die durch das gesamte Richtstrahldiagraram jeder Quelle und die ganze benutzbare Oberfläche des Leuchtkörpers dieser Quelle geliefert wird, verursacht.

Nur in dem Falle, daß ein Teil der genannten Gesamtstrahlung entnommen wird, so wird durch die Überwachungsschaltung richtig angezeigt, wie sich die Parameter der Strahlungsquelle oder der Strahlungsquellen bzw. die Lichtstrahlung an den Ausgängen dieser Einrichtung ändern.

Aus der US-PS 3 355 600 ist eine Starteinrichtung für steuerbare Ventile bekannt, die mehrere lichtempfindliche steuerbare Ventile enthält, die in die Steuerkreise der entsprechenden Hauptventile geschaltet sind. Die Einrichtung enthält auch eine für alle lichtempfindlichen steuerbaren Ventile gemeinsame Lichtquelle, die eine Lichtenergie erzeugt, die in Form von Lichtsignalen von der Quelle gleichzeitig an alle Ventile gelangt, so daß die Ventile entsperrt werden. Die Lichtstrahlung wird von der Lichtquelle zu den lichtempfindlichen Ventilen mit Hilfe von Lichtleitern übertragen, wobei jedem Ventil ein eigener Lichtleiter zugeordnet ist.

Bei dieser Einrichtung tritt infolge der Ungleichmäßigkeit der Strahlung der Lichtquelle eine große Streuung der Lichtenergie auf, die jedem der Ventile zugeführt wird. Um aber bei einer minimalen Energie an einem der Lichtleiter die Entsperrung der Ventile zu gewährleisten, wird eine Gasentladungslichtquelle - eine Blitzlampe - verwendet. Derartige Quellen verbrauchen gewöhnlich eine große elektrische Leistung und weisen eine geringe Zuverlässigkeit auf.

In der genannten Einrichtung ist außerdem keine überwachung der Strahlung der Quelle vorgesehen, was es nicht erlaubt, die zulässige Absenkung der Strahlungsenergie der Quelle im Laufe des Betriebs sowie mögliches Aussetzen und Fehlansprechen der Quelle abzuschätzen, was beim Betrieb solcher Systeme in leistungsstarken Umformern besonders wichtig ist, die einer hohen Betriebszuverlässigkeit der Startvorrichtung bedürfen.

Darüber hinaus wird bei dieser Einrichtung die Strahlung der Quelle durch die lichtempfindlichen steuerbaren Ventile nicht vollständig ausgenutzt.

Das oben erwähnte Problem ist teilweise gelöst bei einem Lichtsystem zur modulweisen Steuerung von Thyristoreinheiten, das aus dem SU-Urheberschein 5^0337 bekannt ist. Dieses System enthält mit einer notwendigen Vielfachheit reservierte Strahlungsquellen und -empfänger, ein Linsensystem und einen verteilenden EIochspannungs-Faserlichtleiter vom Kollektortyp, bei dem die Stirnenden der Faserbündel mit den Strahlungsempfängern gekoppelt sind. Die Strahlung der Quellen wird im optischen System auf den Eingang einer lichtkonzentrierenden Vorrichtung, z. B. eines Kegels, fokussiert, der mit dem Lichtleiter vom Kollektortyp verbunden ist, der sich auf der Thyristoreinheit befindet, und über die Faserbündel des Lichtleiters an die Fotozellen jedes Moduls dieser Einheit geleitet.

Obwohl die gesamte Strahlung der Quellen in das System eingeführt wird, die am Eingang des Lichtleiters vom Kollektortyp konzentriert wird, erweist sich infolge ungleichmäßiger Strahlung der Quellen die Gleichmäßigkeit der Verteilung der Lichtstrahlung über die ausgangsseitigen Faserbündel als

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nicht genügend, um einen sicheren Betrieb der Einrichtung zu gewährleisten. Im Zusammenhang damit wird der Ausnutzungsgrad der Strahlungsquellen herabgesetzt.

In diesem System sind die offen angeordneten Bauelemente des optischen Traktes einer Verstaubung ausgesetzt. Es können auch "fremde" Belichtungen zur Auswirkung gelangen. Bei der Montage des Systems ist eine gegenseitige optische Justierung sowohl gegenüber dem Erdpotential als auch gegenüber dem Potential der Hochspannungsthyristoreinheit erforderlich. Während des Betriebs kann die Justierung des optischen Systems unter der Wirkung von Vibrationen oder mechanischen Einflüssen gestört werden.

In konstruktiver Hinsicht ist das System wenig geeignet für Hochspannungs-Thyristorventile, die in einem hermetischen Gehäuse mit einer aus flüssigem oder gasförmigem Dielektrikum bestehenden Isolierung ausgeführt sind. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Einführung der Strahlung der Quellen in das hermetische Gehäuse mit Hilfe des Linsensystems schwer realisierbar und die Justierung dieses Systems kompliziert ist, sowie darauf, daß von dem flüssigen oder gasförmigen Dielektrikum ein Teil der Lichtstrahlung auf der Strecke des Linsensystems absorbiert werden kann.

Als nächstliegender Stand der Technik wird eine Einrichtung zur Übertragung und Verteilung einer Lichtstrahlung nach der US-PS 3 541 341 angesehen, die mindestens eine Lichtstrahlungsquelle enthält, deren Ausgang mit dem Eingang des verteilenden Lichtleiters über eine faseroptische Matrix optisch gekoppelt ist. Auf der Empfangsseite sind die Ausgänge der Lichtleiter über Wandler zur Umwandlung der Lichtstrahlung in elektrische Signale mit den Eingängen der Stellglieder verbunden.

Die faseroptische Matrix ist derart ausgebildet, daß die Lichtstrahlung von einer jeden Quelle auf jeden Ausgang des verteilenden Lichtleiters übertragen wird. Dadurch ist die Reservierung von Strahlungsquellen und -empfängern möglich.

In der Einrichtung ist auch eine Überwachung der Strahlung der Quellen vorgesehen.

Nachteilig hierbei ist jedoch eine komplizierte Herstellung der faseroptischen Matrix, besonders bei einem System, das über eine große Anzahl von Strahlungsquellen und -empfängern verfügt, und eine geringe Gleichmäßigkeit der Verteilung der Lichtstrahlung jeder Quelle auf die Empfänger wegen ungleichmäßiger Strahlung der Quellen. Das hat eine ungleichmäßige Beleuchtung der Stirnenden der eingangsseitigen Faserbündel der Matrix zur Folge, was letzten Endes die Zuverlässigkeit der Steuerung und den Ausnutzungsgrad der Strahlungsquellen herabsetzt. Die in der beschriebenen Einrichtung vorgenommene Überwachung der Strahlung der Quellen beruht auf der Entnahme eines Teils der Strahlung aus dem Randbereich des Richtstrahldiagramms, was keine richtige Überwachung im Laufe des Betriebs bei der Degradation des Strahlers, besonders eines aus mehreren Bauelementen bestehenden Strahlers sichert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Übertragen und Verteilen von Lichtstrahlung zu schaffen, bei der durch gleichmäßige Beleuchtung der eingangsseitigen Stirnfläche des verteilenden Lichtleiters eine gleichmäxßige Verteilung der von einer oder mehreren Lichtquellen kommenden Strahlung auf eine aufzuhellende Oberfläche oder fotoempfindliche Elemente der Empfänger gewährleistet ist.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der ürfindunr gelöst durch eine Einrichtung, wie sie im Patentanspruch- 1 angegeben ist; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindimg ergeben sich aus den Unteransprüchen·

Die erfindungsgemäße Einrichtung zum Übertragen und Verteilen von Lichtstrahlung ist in konstruktiver Hinsicht einfach, und sie gestattet es, eine hohe Gleichmäßigkeit der Verteilung der Strahlung von einer oder mehreren Lichtquellen auf die Eingänge des verteilenden Lichtleiters zu gewinnen, was eine Erhöhung des Ausnutzungsgrades der Lichtquellen ermöglicht. Außerdem erlaubt dies die Verwendung von gleichartigen Wandlern an den Ausgängen der Einrichtung, die eine vereinfachte elektrische Schaltung auf v/eisen, praktisch gleiche elektrische Signale erzeugen, und eine hohe Zuverlässigkeit der Lichtsteuerungssysteme gewährleisten. Die Einrichtung stellt eine gleichbleibende Helligkeit und Beleuchtungsstärke der aufgehellten Abschnitte an den Leuchttafeln und Pulten in Anzeige- bzw. Aufhellsystemen sicher.

Im weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild für eine erfindungsgemäße Einrichtung zum Übertragen und Verteilen von Lichtstrahlung in einem System zur Geräteaufhellung;

Fig. 2 ein weiteres Prinzipschaltbild für eine erfindungsgemäße Einrichtung zum Übertragen und Verteilen von Lichtstrahlung in einem System zur Lichtsteuerung eines Hochspannung-

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Thyristorventils, die mit einer Überwachungsschaltung, deren Lichtleiter unmittelbar mit der Stirnfläche des Prismas verbunden ist, und mit einem Sammellichtleiter zur optischen Kopplung der (Quellen mit dem Prisma ausgestattet ist und

Fig. 3 eine Ausführungsform für eine erfindungsgemäße Einrichtung zum Übertragen und Verteilen von Lichtstrahlung mit einem Prisma, einem verteilenden Lichtleiter und Stellgliedern, die in einem hermetisch abgeschlossenen Gehäuse untergebracht sind, und mit einer Überwachungsschaltung, deren Lichtleiter mit dem Prisma über einen steifen Lichtleiter in Form eines Stabes optisch gekoppelt ist.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zum Übertragen und Verteilen von Lichtstrahlung enthält mindestens eine Lichtquelle - bei der hier zu beschreibenden Ausführungsform (Fig. 1) zwei Lichtquellen 1 und 2 - und einen optischen Mischer in Form eines Prismas 3» dessen Stirnfläche mit den Ausgängen der Lichtquellen 1 und 2 optisch gekoppelt ist. Das Prisma 3 ist mit Parametern ausgeführt, die eine mehrfache Reflexion der Lichtstrahlung von den Lichtquellen 1 und 2 an den Seitenflächen des Prismas 3 ermöglichen. Die andere Stirnfläche des Prismas 3 ist mit dem Eingang eines verteilenden Lichtleiters 4 optisch gekoppelt.

Als optischer Mischer ist am zweckmäßigsten ein rechtwinkliges Prisma quadratischen Querschnitts zu verwenden, das aus optischem Glas gefertigt wird. Die Mantelfläche des

Prismas kann mit einem lichtisolierenden Überzug versehen sein oder keinen solchen aufweisen. Im letzten Fall muß die Fläche des optischen Kontaktes des Prismas mit dem Schutzgehäuse (nicht gezeigt) minimal und die Brechzahl des Prismastoffes größer sein als die Brechzahl der Umgebung.

Bei der vorliegenden Ausführungsform besteht das Prisma 3 aus einem optischen Glas, dessen Brechzahl η gleich 1,52 ist, und es ist mit polierten Flächen ausgeführt. Bei Beleuchtung der eintrittsseitigen Stirnfläche dieses Prismas 3 durch ein konisches Lichtbündel, das an der Stirnfläche ein Lichtfleck mit einem Durchmesser von 2 mm bildet und einen an der Spitze des Kegels liegenden Winkel von 40° hat, wird an der austrittsseitigen Stirnfläche des Prismas 3 unabhängig von der Lage des Lichtflecks an der eintrittsseitigen Stirnfläche eine Beleuchtungsstärke erreicht, deren Ungleichmäßigkeit 5 ■» nicht übersteigt.

Diese Eigenschaft bietet die Möglichkeit, ein solches Prisma zur Addition der Strahlung von mehreren Lichtquellen und zur gleichmäßigen Verteilung derselben auf eine aufzuhellende Fläche, insbesondere zur Aufhellung der Skalen von Geräten 5, zu benutzen.

Als Lichtstrahlungsquellen 1, 2 können Glühlampen, Gasentladungsröhren, Leuchtdioden, Laser in Betracht kommen.

Die optische Kopplung solcher Lichtstrahlungsquellen 1, 2 mit der Stirnfläche des Prismas 3 kann auf verschiedene Weise durchgeführt v/erden. So wird bei der beschriebenen Äusführungsform der Einrichtung eine Linsenoptik benutzt, die schematisch in Form von bikonvexen Linsen 6 dargestellt

ist. Der Lichtstrom von den Lichtquellen 1, 2 wird mit Hilfe der Linsen 6 durch einen elektrisch isolierenden Luftspalt unmittelbar auf die eintrittsseitige Stirnfläche des Prismas 3 fokussiert.

Die optische Kopplung des Prismas 3 mit dem Eingang des verteilenden Lichtleiters 4 ist durch unmittelbare Berührung derselben hergestellt. Der Lichtleiter 4- und das Prisma 3 können in einer unzerlegbaren Bauart in Form eines einzigen Elementes des optischen Systems gestaltet werden. Dabei können sie nach einem beliebigen Verfahren verbunden werden, das eine gute Lichtdurchlässigkeit und mechanische Festigkeit sicherstellt. Die Anzahl von Ausgängen - ausgangssei tigen Faserbündeln - des Lichtleiters 4 wird je nach den konkreten Bedingungen und die Länge dieser Bündel minimal, aber ausreichend für Abzweigungszwecke gewählt.

Die optische Kopplung der Lichtquellen 1 und 2 mit der eingangsseitigen Stirnfläche des Prismas 3 kann mittels eines Sammellichtleiters 7 (5"is· 2) durchgeführt werden, was vorteilhafter gegenüber der oben betrachteten Linsenoptik ist. Der Querschnitt der Faserbündel des Lichtleiters 7 ist so bemessen, daß die ganze Strahlung der Lichtquellen 1, 2 auf deren Siirnenden fokussiert wird.

Die Länge des Lichtleiters 7 und dessen Aufbau v/erden so gewählt, daß eine sichere elektrische Isolierung des Thyristorventils 8 gewährleistet wird, das mit Hilfe der vorgeschlagenen Einrichtung gesteuert wird. Das ausgangsseitige Stirnende des Sammellichtleiters 7 kann von rundem oder quadratischem Querschnitt sein und wird mit der Stirnfläche des Prismas 3 lösbar gekoppelt.

Um ein Signal für die Steuerung des Hochspannungs-Thyristorventils 8 zu formieren, können in der Einrichtung als Lichtquellen 1,2 Gasentladungslampen, Leuchtdioden, Halbleiterlaser, z. B. Galliumarsenid-Injektionslaser, die im Pulsbetrieb arbeiten, verwendet werden und sind Wandler 9 zur Umwandlung der Lichtstrahlung in elektrische Signale vorgesehen.

Hierbei wird jedes Stirnende der ausgangsseitigen Faserbündel des verteilenden Lichtleiters 4 mit einem entsprechenden Wandler 9 optisch gekoppelt, der in Form z. B. einer Fotodiode, eines Fototransistors oder eines Fotothyristor ausgeführt ist. In diesem Fall ist der Querschnitt der Faserbündel des Lichtleiters 4-, deren Stoßstelle mit den Wandlern 9 und die Parameter der Lichtquellen 1, 2 so gewählt, daß der Faktor für die Übertragung der Lichtstrahlung auf die empfindliche Fläche Jedes Wandlers- 9 maximal ist und am Stirnende des ausgangsseitigen Faserbündel eine Strahlungsleistung geliefert werden kann, die zum sicheren Betrieb der Wandler 9 ausreichend ist.

Um einen sicheren Betrieb des Hochspannungs-Thyristorventils 8 zu gewährleisten, sind jedem Modul des Ventils 8 je zwei Wandler 9 zugeordnet.

Weiter sind eine Schaltung 10 zur Überwachung der Lichtstrahlung, z. B. nach der Strahlungsleistung, und ein Lichtleiter 11 zur Entnahme eines Teils der Lichtstrahlung vorgesehen. Der Ein- und Ausgang des Lichtleiters sind mit dem optischen Fenster des Fotoempfängers am Eingang der Überwachungsschaltung 10 bzw. der Stirnfläche des Prismas 3 optisch gekoppelt. Die optische Kopplung ist mittels optischer Steckvorrichtungen (nicht gezeigt) durchgeführt.

Die Entnahme eines Teils der Lichtstrahlung zwecks Über-

wachung deren Leistung erfolgt durch Rückwärtsreflexion eines Teils der Strahlung an der ausgangsseitigen Stirnfläche des Prismas 3·

Bei Einsatz des Saramellichtleiters 7 zur optischen Kopplung der Lichtquellen 1 , 2 mit dem Prisma 3 kann dieser ein Faserbündel enthalten, das als Lichtleiter 11 zur Entnahme eines Strahlungsteils dient.

Aus den Eigenschaften des Prismas 3 folgt, daß die Überwachungsschaltung 10 eine Gesamtüberwachung bei Verwendung einer oder mehrerer Lichtquellen vornehmen kann. Durch mehrfache Reflexion der Strahlung an den Seitenflächen des Prismas 3 beim Hin- und Rücklauf der Strahlen wird eine genaue Proportionalität der zu Überwachungszwecken entnommenen Strahlung sowohl zur Gesamtstrahlung einer oder mehrerer Lichtquellen als auch zur an den ausgangsseitigen Bündeln des Lichtleiters 4 auftretenden Strahlung erreicht. Dadurch kann die Überwachungsschaltung 10 sowohl auf die Gesamtstrahlung der Lichtquellen als auch auf die Strahlung von den Ausgängen der Einrichtung abgestimmt sein. Die letztgenannte Eigenschaft der Überwachungsschaltung 10 ist durch gleichmäßige Verteilung der Lichtstrahlung über die ausgangsseitigen Faserbündel des Lichtleiters 4 bedingt.

Unabhängig davon, welche Überwachung (die Gesamtüberwachung oder die Überwachung an den Ausgängen) vorgenommen wird, bleibt die Überwachungsschaltung 10 selbst unverändert und wird nach einer dem Durchschnittsfachmann bekannten elektrischen Schaltung ausgeführt.

Bei Unterbringung des Hochspannungs-Thyristorventils 8 in einem hermetisch abgeschlossenen Gehäuse 12 (Fig. 3), das

mit einem flüssigen oder gasförmigen Dielektrikum, z. B. Transformatoröl, gefüllt ist, sind das Prisma 3_? der verteilende Lichtleiter 4 und die Wandler 9 ebenfalls im Gehäuse 12 angeordnet. Zur optischen Kopplung der Lichtquellen 1, 2 mit dem Prisma 3 ist hierbei ein steifer Lichtleiter 13 vorgesehen, dessen Querschnittsfläche gleich oder kleiner ist als der Flächeninhalt der eingangsseitigen Stirnfläche des Prismas 3. Zur optischen Kopplung des Stabs

13 mit dem im Gehäuse 12 befindlichen Prisma 3 ist dieses mit einer Führung 14 versehen, die an der eingangsseitigen Stirnfläche des Prismas angebracht ist, während zur Einführung des Stabes 13 ins Gehäuse 12 eine Hermetisierungsbuchse 15 vorgesehen ist. Der Stab 13 hat einen querschnitt, der dem Querschnitt des ausgangsseitigen Stirnendes des Sammellichtleiters 7 entspricht, aber gleich dem Querschnitt des Prismas 3 oder geringer als der letztere ist.

Am zweckmäßigsten ist die Führung 14 mit einer inneren Arbeitsfläche auszubilden, die die Oberfläche eines Pyramidenstumpfes ist.

Beim Einbau des Stabes 13 bietet die Buchse 5 eine angenäherte Ausrichtung auf das Prisma 3 und sichert die Einführung des Stabendes in eine Zone, die durch die Führung

14 begrenzt ist. Beim Nachschieben des Stabes 13 wird sein Ende auf der Führung bis zu optischem Kontakt mit der Stirnfläche des Prismas 3 bewegt.

Der Aufbau des verteilenden Lichtleiters 4, des Prismas 5, des Stabes 13 und der Wandler 9 muß für den Betrieb in Cl ausgelegt sein.

Bei Vorhandensein des Stabes 13 wird die Entnahme eines Strahlungsteils, der zur Überwachungsschaltimp; 10 über

den Lichtleiter 11 übertragen wird, durch unmittelbare Berührung dessen eingangsseitigen Endes mit dem Stirnende des Stabes 13 vorgenommen.

Wird die erfindungsgemäße Einrichtung z. B. in eine'η Sys tea zur Aufhellung von Geräteskalen betrieben, so erfolgt die Einschaltung der Lichtquellen 1 (Fig. 1), 2, z. 3. Glühlampen, durch Zuführung einer elelctrischen Speisung an dieselben. Die Strahlung der Lichtquellen 1, 2 wird mit Hilfe der Linsenoptik - bikonvexer Linsen 6 auf die eingangsseitige Stirnfläche des Prismas 3 fokussiert. Dabei ist eine hohe Fokussierungsgenauigkeit nicht erforderlich. Wenn s. 8. der zu fokussierende Fleck der Strahlung eine Fläche einnimmt, die kleiner ist als die Fläche der Stirnseite des Prismas 3» ist eine bedeutende Entfokussiei'ung und eine Verschiebung des Fleckes über die Stirnseite unter der Bedingung zulässig, daß die zu fokussierende Strahlung nicht über die Grenzen der Fläche der Stirnseite des Prismas 3 hinausgeht.

Die in das Prisma 3 eingetretene Lichtstrahlung durchläuft dieses von der eingangsseitigen Stirnfläche zur ausgangsseitigen Stirnfläche und gelangt an den Eingang des verteilenden Lichtleiters 4-, der mit dem Prisma 3 in unmittelbarer Berührung steht. An der eingangsseitigen Stirnfläche des verteilenden Lichtleiters 4 wird eine gleichmäßige Beleuchtungsstärke von jeder Lichtquelle 1, 2 bei einer innerhalb der Apertur des Prismas 3 festgestellten beliebigen Ungleichmäßigkeit der Strahlung nach Fläche und Winkel an dessen eingangsseitigem Stirnende erhalten. Dadurch wird an den ausgangsseitigen Bündeln der verteilenden Lichtleiter bei deren gleich großen Querschnitten und Durchlaßkoeffizienten eine gleiche Strahlungsleistung von jeder Lichtquelle 1, 2 her abgegeben.

Diese gleichmäßige Strahlung von den ausgangsseitigen Bündeln des Lichtleiters 4- gelangt an die Skalen der Geräte 5 zu deren Aufhellung, wobei von jedem Bündel eine eigene Skala aufgehellt wird.

Sind aus konstruktiven Überlegungen die Längen der ausgangs seitigen Bündel des Lichtleiters 4- verschieden gewählt, dann können sich die Durchlaßkoeffizienten der Bündel wesentlich voneinander unterscheiden. In diesem Fall wird zur Sicherung einer gleich großen Strahlungsleistung am Ausgang der Bündel des Lichtleiters 4 jedes Bündel mit einer Querschnittsfläche ausgeführt, die seinem Durchlaßkoeffizienten umgekehrt proportional ist.

Die Einrichtung zum Übertragen und Verteilen von Lichtstrahlung in einem System zur Lichtsteuerung eines Thyristorventils arbeitet im wesentlichen analog der oben beschriebenen Einrichtung.

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Die xiuslösung der Einrichtung erfolgt mit elektrischen Auslöseimpulsen, die dem Eingang der Lichtquellen 1 (Fig. 2), 2, z. B. Halbleiter-Lasern, gleichzeitig zugeführt werden. Die Strahlung der Laser wird auf die Stirnenden der Bündel des Sammellichtleiters 7 fokussiert und gelangt über diesen Lichtleiter 7 an die eingangsseitige Stirnfläche des Prismas 5. Beim Durchlaufen des Prismas 3 wird die Strahlung der Lichtquellen 1, 2 teilweise von der ausgangsseitigen Stirnfläche des Prismas 3 zu dessen eingangsseitiger Stirnfläche hin zurückgeworfen. Ein Teil dieser zurückgeworfenen Strahlung gelangt in den zur Entnahme eines Teils der Lichtstrahlung dienenden Lichtleiter 11 und wird an den Fotoempfänger der Schaltung 10 zur Überwachung z. B. einer Strahlungsleistung weitergeleitet. Ein Überwachungssignal von der Schaltung 10 wird einem Steuer- und über-

wachungspu.lt (nicht gezeigt) für das Hochspannungs-Thyristorventil S zugeleitet.

Die Größe der zu entnehmenden Lichtstrahlung, die an die überwachungsschaltung 10 gelangt, ist vom .Reflexionskoeffizienten der ausgangsseitigen Stirnfläche des Prismas 5 (bei vergüteter Stirnfläche beträgt der Reflexionskoeffizient etwa 0,5 %, bei unvergüteter Stirnfläche aber etwa 4 ^i:'o), vom Querschnitt des Lichtleiters 11 und vorn Durchlaßkoeffizienten desselben abhängig.

Die auf die ausgangsseitigen Bündel des Lichtleiters 4-gleichmäßig verteilten Lichtsignale kommen an den lichtempfindlichen Flächen der Wandler 9 an. Im Wandler 9 v/erden die Lichtsignale in elektrische Steuerimpulse umgewandelt, welche dem Hochspannungs-Thyristorventil 8 zugeführt werden.

In jedem Modul des Ventils 8 sind die Wandler 9 doppelt vorgesehen und die Empfindlichkeit der Wandler 9 ist derart ausgewählt, daß sie bei Ausfall einer der beiden Lichtquellen 1,2 normal funktionieren. Eine solche Schaltung zur Reservehaltung der Lichtquellen 1, 2 und der Wandler 9 durch gegenseitiges Doublieren garantiert eine hohe Zuverlässigkeit des Systems zur Lichtsteuerung des Hochspannungs-Thyristorventils»

Die Wirkungsweise der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung in einem System zur Lichtsteuerung eines Hochspannungs-Thyristorventils, das von einem hermetischen Gehäuse 12 (Fig. 3) umschlossen ist, das mit einem flüssigen oder gasförmigen Dielektrikum, z. B. Transforrnatoröl gefüllt ist, ist völlig analog der Wirkungsweise der in Fig. 2 und vorstehend beschriebenen Einrichtung. Beim Betrieb der

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Einrichtung muß man nur den Durchlaßkoeffizienten' des Stabes 13 berücksichtigen, v/eil der Stab 13 sowohl die an den Wandlern 9 von den Lichtquellen 1, 2 ankommende Strahlunrc als auch die der Überwachungsschaltung 10 von der ausgangßsoitigen Stirnfläche des Prismas 3 zugeleitete Strahlung etwas vermindert.

Bei allen drei betrachteten Ausführungsformen der erfinduiigsgemäBen Einrichtung ist im Vergleich μ it der in; Prototyp verwendeten faseroptischen Matrix die Bauart und die Herstellungstechnologie des optischen Mischers in J?orm eines Prismas beträchtlich einfacher. Es wird eine hohe Gleichmäßigkeit der Lichtverteilung; erreicht und keine gleichmäßige Beleuchtung der eingangsseitigen Stirnfläche der Bündel des Samrnellichtleiters erfordert, und außerdem werden die Anforderungen an die Lichtstrahlungsquellen und an die Kopplung derselben mit den Bündeln des Lichtleiters vereinfacht.

Dabei gewährleistet der optische Mischer als Prisma eine garantierte Gleichmäßigkeit der Lichtstrahlungsverteilung.

Die Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung ermöglicht eine Erhöhung der Zuverlässigkeit bei der Lichtsteuerung von Hochspannungs-Thyristorventilen dadurch, daß eine notwendige Vielfachheit der Reservierung durch einfache Mittel gesichert wird und daß eine Belichtung und eine Verstaubung der Arbeitsflächen der Bauelemente des optischen Traktes vermieden v/erden, die auf Grundlage von Lichtleitern ausgeführt sind, die mit unmittelbarem optischem Kontakt mit dem Prisma, den Strahlungsquellen und Wandlern stehen. Außerdem wird vermieden, daß die Justierung des optischen Traktes gestört werden kann. Dies wird erstens durch den oben genannten unmittelbaren Kontakt der Bauelemente des optiscnen

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Traktes, zweitens dadurch., daß eine Verschiebung des Lichtfleckes über die eingangsseitige Stirnfläche des Prismas
zulässig ist, und drittens durch Verwendung einer mechanischen Vorrichtung (einer Führung) zur Gewährleistung eines innigen optischen Kontaktes des Stabes mit der eingangsseitigen
Stirnfläche des Prismas erzielt.

Die Zuverlässigkeit der Lichtsteuerung wird auch dank
gleichzeitiger Verteilung eines Liclitsignals auf die Wandler und dadurch, daß besondere Justierungen der Bauelemente des optischen Traktes entfallen, erhöht, was außerdem die Bedienung der .Einrichtung, besonders in Systemen zur Steuerung
von Hochspannungs-Thyristorventilen zu vereinfachen vermag.

Die vorgeschlagene Bauart der Einrichtung ermöglicht außerdem eine Verlängerung der Lebensdauer ohne prophylaktische
Wartung·

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   Einrichtung zum Übertragen und Verteilen von Lichtstrahlung

   mit mindestens einer Lichtquelle und - mit einem verteilenden Lichtleiter, dessen Eingang mit dem Ausgang jeder Lichtquelle optisch gekoppelt ist,

   gekennzeichnet durch einen optischen Mischer in Form eines Prismas (3), dessen eine Stirnfläche mit dem Ausgang jeder Lichtquelle (1, 2) und dessen andere Stirnfläche mit dem Eingang des verteilenden Lichtleiters (4) optisch gekoppelt ist und dessen Parameter so gewählt sind, daß sich eine mehrfache Reflexion der Lichtstrahlung von jeder Lichtquelle (1, 2) an den Seitenflächen des Prismas (3) ergibt.

   530-(P 89 552-E-61)-0fWa
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet, daß

   - bei Vorhandensein von Wandlern (9) zur Umwandlung

   der Lichtstrahlung in elektrische Signale, die eingangsseitig mit den jeweiligen Ausgängen des verteilenden Lichtleiters (4) optisch gekoppelt sind, und eines hermetischen Gehäuses (12), das mit einem flüssigen oder gasförmigen Dielektrikum gefüllt ist und in dem die Wandler (9) und der verteilende Lichtleiter (4) untergebracht sind, das Prisma (3) ebenfalls im Gehäuse (12) angeordnet ist,

   - wobei ein steifer Lichtleiter in Form eines zur optischen Kopplung jeder Lichtquelle (1, 2) mit dem Prisma (3) dienenden Stabes (13) vorgesehen ist, dessen Querschnittsfläche gleich oder kleiner ist als der Flächeninhalt der Stirnfläche des Prismas (3),

   - während das Prisma (3) selbst mit einer an seiner dem Stab (13) zugewandten Stirnfläche angebrachten Führung (14) für ein Ende des Stabes (13) bei dessen Einbau ins Gehäuse (12) versehen ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

   - bei Vorhandensein einer Schaltung zur Überwachung der Lichtstrahlung und eines Lichtleiters (11) zur Entnahme eines Teils der Lichtstrahlung, der ausgangssei tig mit dem Eingang der Schaltung (10) zur Überwachung optisch gekoppelt ist, der Eingang des Lichtleiters (11) mit einer Stirnfläche des Prismas (1) optisch gekoppelt ist, die der Lichtstrahlungsquelle (1) zugewandt ist.