DE3511376A1

DE3511376A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung der beleuchtungsstaerke von einfallendem licht

Info

Publication number: DE3511376A1
Application number: DE19853511376
Authority: DE
Inventors: Gunnar Stefan Stockholm Forsberg
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1984-04-05
Filing date: 1985-03-28
Publication date: 1985-10-24
Also published as: US4643568A; GB2156975A; SE8401912D0; SE8401912L; GB2156975B; SE441867B

Description

PATENT-UND RECHTSANWÄLTE

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DIPL.-INQ. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NtTTE

- 4 - 41 672 g/gt

Telefonaktiebolaget L M ERICSSON Stockholm / SCHWEDEN

Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Beleuchtungsstärke von einfallendem Licht

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Beleuchtungsstärke von auf einen Lichtsensor auffallendem Licht, welcher keine Außenleistungsversorgung aufweist. 5

Zum Messen der Beleuchtungsstärke von Licht ist es bereits bekannt, das Licht in optische Fasern zu bündeln und ein Strahlenmesser am anderen Ende der Fasern· anzuschließen. Der Vorteil einer solchen Einrichtung ist der, daß sie relativ einfach und billig ist. Jedoch gibt es eine Zahl von Fehlerquellen, welche das Meßverfahren ungenau und die Anordnung schwierig zum Kalibrieren und Abgleichen gestaltet. Das Licht, welches auf den Strahlmesser übertragen wird, ist hauptsächlich durch die Fa- serdämpfung und Kontaktdämpfung beeinflußt. Außerdem wird das Licht in Fasern in einer unkontrollierbaren Weise spektral gedämpft.

Ein weiteres konventionelles Meßverfahren ist in dem Artikel "Photostrom-Frequenzwandler berücksichtigt Lichtpegel", veröffentlicht in Electronics, 1982, 10. Februar,

ARABELLASTRASSE 4 · D-8OOO MÖNCHEN 81 · TELEFON CO89} 911Ο87 ■ TELEX 5-29619 CF³ATHEJ · TELEKOPIERER 91S356

Seiten 141 bis 143. Gemäß diesem Verfahren wird das Licht, dessen, Beleuchtungsstärke gemessen werden soll, in eine Frequenz umgewandelt bzw. umgeformt, und zwar in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke. Die Umwandlung wird mit Hilfe einer Photodiode durchgeführt, die einen elektrischen Strom in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke erzeugt. Der Strom lädt einen Kondensator, wonach eine Pegelfühlschaltung einen Spannungsimpuls erzeugt, wenn die Kondensatorspannung einen gegebenen Wert angenommen bzw. erreicht hat. Der Kondensator wird augenblicklich entladen, wonach der Zyklus bei einem Wert wiederholt wird, der von dem erwähnten Strom abhängig ist und damit von der einfallenden Beleuchtungsstärke. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist darin begründet, daß eine Außenspannung an die Meßvorrichtung angelegt werden muß, um die einzelnen Komponenten dieser Vorrichtung zu versorgen.

Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche nicht mit den Nachteilen der bereits bekannten Vorrichtungen behaftet ist. Somit wird der Meßfehler, welcher durch die Faserdämpfung und die spektralen Eigenschaften der Fasern verursacht werden, ungeachtet der Vorrichtung beseitigt, und zwar in Übereinstimmung mit der Erfindung, welche ohne eine Außenleistungsversorgung arbeitet. Dies resultiert darin, daß sie u.a. in Umgebungen mit Explosivgefahren verwendet werden kann. Sie kann außerdem klein und relativ billig hergestellt werden. Dies wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung erzielt, welche die unterschiedlichen Merkmale der beigefügten Ansprüche aufweist.

Die Erfindung wird nun im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen

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Fig. 1 eine verdrahtete schematische Schaltung eines Ausführungsbeispieles einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 2 eine detaillierte Ausführung und Darstellung eines pegelgetriggerten Impulssenders, welcher in die Vorrichtung nach Fig. 1 einbezogen ist.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind rait 1 Lichtstrahlen bezeichnet, welche auf einen photoelektrischen Wandler 2 auffallen, welcher in Form einer Vielzahl von serienverbundenen Photodioden zusammengesetzt ist. Jede Photodiode arbeitet als Stromgenerator, wenn die Vorwärtsspannung ausreichend niedrig (0,3 V) ist. Dies wird als Photovoltage-Betriebsweise der Photodiode bezeichnet. Ungefähr 10 bis 30 Dioden sind eine geeignete Zahl von in Serienschaltung verbundenen Dioden 2. Ein Akkumulierungs- oder Sammelelement 3 ist in Form eines Kondensators ausgebildet und ist parallel zu der Serienverbindung 2 der Pho- todioden geschaltet. Parallel zu diesen ist eine Serienverbindung vorgesehen, welche aus einem elektrooptischen Wandler 4 in Form einer Licht- oder Laserdiode und einem steuerbaren Schaltelement 5 besteht, welches ein Transistor sein kann. Da ist schließlich ein Pegelfühlelement 6 in Form eines pegelgetriggerten Impulssenders vorgesehen, welcher parallel mit den serienverbundenen Photodioden verbunden ist. Der Impulssender wird über die Schnittpunkte a und b mit Spannung versorgt und sendet einen Impuls von kurzer Dauer an seinem Ausgang d, welcher mit einem Steuereingang des Schaltelementes 5 gekoppelt ist, wenn die Spannung am Eingang c, der mit dem Schnittpunkt verbunden ist, einen vorgegebenen Wert übersteigt. Ein nicht dargestelltes Meßelement zur Feststellung der Frequenz des Licht-

impulses ist optisch mit der Diode 4 gekoppelt, möglicherweise über eine optische Faser 7.

Die Schaltung arbeitet in der folgenden Weise: 5

Wenn das Licht 1 auf die Serienverbindung 2 der Photodioden trifft, erzeugen diese einen Strom, welcher sich mit der Beleuchtungsstärke ändert. Der Strom lädt den Kondensator 3, dessen Spannung als Treiberspannung für den pegelgetriggerten Impulssender 6 benutzt wird, über die Schnittpunkte a und b und der außerdem pegelüberwacht wird durch diesen Impulssender 6. Wenn die Spannung am Eingang c des pegelgetriggerten Impulssenders den vorgegebenen Wert erreicht, wird ein Steuerimpuls an das Schaltelement 6 geschickt. Das Element schließt für die Dauer des Steuerimpulses, während der Kondensator 3 sich über die Diode 4 entlädt. Letztere erzeugt somit einen Lichtimpuls. Dieser Zyklus wird sodann mit einem Wert wiederholt, der sich ändert., wie der Strom aus der Serienverbindung 2 der Photodioden. Die Frequenz der Lichtimpulse, die durch die Diode 4 erzeugt werden, bildet so ein Maß für die Beleuchtungsstärke des auffallenden Lichtes.

Wenn die Dauer des Steuerimpulses und der Strom im pegelgetriggerten Impulssender 6 ignoriert werden, wird die Impulsfrequenz praktisch direkt proportional zur nicht bekannten Beleuchtungsstärke. Um eine hohe Linearität zu erzielen, sollte die Dauer des Steuerimpulses kurz sein, verglichen mit der Zeit zwischen zwei Impulsen. In der Praxis ist es möglich einen Meßbereich mit einer Linearität von einigen Dekaden zu schaffen.

Die Frequenz der Lichtimpulse wird durch ein konventionel-

les nicht dargestelltes Meßelement festgestellt, welches im Bereich der Diode 4 oder am anderen Ende einer optischen Faser 7 angeordnet ist, die mit der Diode 4 verbun-

Eine detailliertere Darstellung des pegelgetriggerten Impulssenders 6 ist in Fig. 2 dargestellt. Diese Schaltung selbst ist hier durch das Bezugs zeichen 8 bezeichnet und bildet eine parallele Verbindung mit einem Kondensator 9. Eine Diode 10 ist zwischen dieser Parallelverbindung und dem Kreuzungs- oder Schnittpunkt a angeschlossen. Die Schaltung 8 erhält ihre Versorgungsspannung von dem Kondensator 9. Wenn die Spannung zwischen den Schnittpunkten a und b verschwindet, bleibt eine Spannung am Kondensator 9 zurück, da die Diode 10 umgekehrt ist bzw. in Sperrichtung wirkt, wenn die Spannung fällt.

Gemäß einer weiteren denkbaren Ausführungsform können die Funktionen des pegelgetriggerten Impulssenders 6 in das steuerbare Schaltelement 5 miteinbezogen werden _r wobei diese Elemente dann eine Einheit bilden können.

Um eine gleichmäßigere Streuung des Lichtes 1 zu erhalten, welches auf die Serienverbindung 2 der Photodioden auftrifft, kann eine Diffusorplatte vor den Photodioden angeordnet sein. Auf diese Weise kann der Fehler beim Messen verringert werden, der dann auftreten kann, wenn die Photodioden unterschiedlich beleuchtet werden.

Um eine Lichtmessung innerhalb besonderer Wellenlängenbereiche zu ermöglichen, kann ein Wellenlangenselektivfilter vor den Photodioden 1 angeordnet werden. Dieses ermöglicht Messungen innerhalb Wellenlängenbereichen, welche die Faser 7 als solche nicht übertragen kann.aufgrund besonders Dämpfung.

Schließlich sollte eine Art Strombegrenzung im Strompfad vorgesehen sein, welche wirksam wird, wenn das Schaltelement in Fig. 1 geschlossen.ist. Ansonsten würde die Diode 4 zerstört werden. Diese Strombegrenzung kann die Impedanz des Strompfades umfassen oder eine Strombegrenzung im Schaltelement.

AO

- Leerseite

Claims

PATENT- UND RECHTSANWÄLTE

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DIPL.-IN0. K. FDCHSLE . DR. RER. NAT. B. HANSEN . DR. RER. NAT. H.-A. BRAUNS · DIPL.-ING. K. BORG

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Telefonaktiebolaget L M ERICSSON Stockholm / SCHWEDEN

Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Beleuchtungsstärke von einfallendem Licht

PATENTANSPRÜCHE :

Verfahren zum Messen der Beleuchtungsstärke von Licht, welches auf einen Lichtsensor auftrifft, wobei das auffallende Licht in eine elektrische Quantität oder Menge umgewandelt wird in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke, wobei diese Quantität derart gespeichert wird, daß dann., wenn der akkumulierte Wert einen vorgegebenen Pegel erreicht hat, die Speicherung beendet wird und ein neuer SpeicherZyklus gestartet wird, wobei dieser Zyklus dann bei einem Wert wiederholt wird, welcher sich ändert, wenn die elektrische Quantität oder Menge sich ändert,

dadurch gekennzeichnet , daß diese elektrische Quantität auch als Leistungsquelle für den Lichtsensor verwendet wird, um eine Außenstromversorgung zu vermeiden und daß ein Lichtimpuls für jeden

beendeten Speicherzyklus erzeugt wird und daß die Beleuchtungsstärke durch Ermittlung der Frequenz der erzeugten Lichtimpulse ermittelt wird.

BAD

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2. Vorrichtung zum Messen der Beleuchtungsstärke von Licht, welches auf einen Lichtsensor auffällt oder Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, umfassend einen optoelektrischen Wandler (2), welcher durch das auffallende Licht (1) beleuchtet wird und eine elektrische Ladungsmenge erzeugt, die sich mit dem Licht ändert, ein Speicherelement (3), welches eine gespeicherte Ladungsmenge von der elektrischen Ladungsmenge erzeugt, ein Lichtsensorelement (6), welches ein Steuersignal aussendet, wenn die gespeicherte Ladungsmenge einen vorgegebenen Wert übersteigt, ein Schaltelement (5), welches durch das Steuersignal betätigbar ist, wobei dieses Element einen Strompfad beim Auftreten des Steuersignales einschaltet, derart, daß bei Ankopplung das Speicherelement (3) entladen wird, wonach das Schalten bei einem Wert wiederholt wird, der sich ändert, wenn sich der Pegel der elektrischen Ladungsmenge ändert,
dadurch gekennzeichnet , daß die elektrische Ladungsmenge außerdem als Leistungsversorgung für die Elemente verwendet wird, welche in den Lichtsensor einbezogen sind, um eine Außenstromversorgung zu vermeiden und daß das Einschalten außerdem bewirkt, daß ein elektrooptischer Wandler (4) einen Lichtimpuls erzeugt, wobei somit die Lichtimpulse mit einer Frequenz erzeugt werden, welche sich ändert mit der Beleuchtungsstärke des auftreffenden Lichtes (1) und daß Meßelemente zur Bestimmung der Beleuchtungsstärke durch Ermittlung der Frequenz der Lichtimpulse vorgesehen sind,
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß der optoelektrische Wandler (2) eine Vielzahl von Photodioden aufweist, die in Serie geschaltet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Speicherelement (3) ein kapazitives Element umfaßt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (9) parallel mit dem Pegelsensorelement (8) verbunden ist und daß eine Diode (10) in Serie mit dieser Parallelverbindung geschaltet ist, um die Spannungsversorgung von dem Pegelsensorelement (8) zurückzuhalten.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet_/ daß das Pegelsensorelement (6) und das Schaltelement (5) Bestandteil einer Einheit sind.