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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen
auftreffender Strahlung unter Verwendung einer
Erfassungseinrichtung für diese Strahlung, deren Ansprechen wenigstens
teilweise zufällig ist, jedoch mit einer vorhersagbaren
Wahrscheinlichkeit, und die erregt werden muß, um ein derartiges
Ansprechen zu erzeugen, und die nach jedem Ansprechen
enterregt werden muß, bevor sie für das nächste Ansprechen
wieder erregt wird, das die Schritte umfaßt Erfassen
aufeinanderfolgender Ansprechvorgänge der Erfassungseinrichtung
und Festlegen eines entsprechenden Zeitintervalles, das zu
dem Zeitpunkt von jedem dieser Ansprechvorgänge beginnt,
Enterregen der Erfassungseinrichtung unmittelbar nach jedem
Ansprechen, Wiedererregen der Erfassungseinrichtung nach
ihrer Enterregung, sowie Erzeugen einer Ausgangsanzeige,
wenn eine vorgegebene Mehrzahl von Ansprechvorgängen
innerhalb einer vorgegebenen Zeitperiode auftritt.
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Die Erfindung betrifft auch ein System zum Erfassen von
Strahlung unter Verwendung einer Erfassungseinrichtung für
diese Strahlung, deren Ansprechen wenigstens teilweise
zufällig ist, jedoch mit vorhersagbarer Wahrscheinlichkeit,
das enthält eine Erregungseinrichtung zum Erregen der
Erfassungseinrichtung, um sie in die Lage zu versetzen, ein
derartiges Ansprechen zu erzeugen, eine
Enterregungseinrichtung zum Enterregen der Erfassungseinrichtung nach jedem
Ansprechen, um sie mit der Erregungseinrichtung
wiedererregen zu können, sowie eine Ausgangseinrichtung, die so
geschaltet ist, daß sie auf jedes Ansprechen der
Erfassungseinrichtung reagiert und ein entsprechendes
Zeitintervall festlegt, das zu dem Zeitpunkt jedes dieser
Ansprechvorgänge beginnt, um so eine Ausgangsanzeige zu erzeugen,
wenn eine vorgegebene Mehrzahl von Ansprechvorgängen der
Erfassungseinrichtung innerhalb einer vorgegebenen
Zeitperiode auftritt.
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Ein solches Verfahren und ein solches System sind in GB-PS-1 515 116
gezeigt. Bei dem früheren Verfahren und System ist
die Erfassungseinrichtung eine Gasentladungsröhre mit kalter
Katode, an die eine vorbestimmte, rechteckförmige
Spannungswellenform angelegt wird, die aufeinanderfolgende
Erregungsperioden festlegt, von denen jede eine vorbestimmte, feste
Periode hat, während der die Gasentladungsröhre erregt ist
(so daß sie in Antwort auf einfallende Strahlung entladen
kann), wobei diese Perioden durch Enterregungsperioden
bestimmter Periode getrennt sind, während der die Spannung
über die Röhre auf einen Enterregungspegel verringert ist.
Eine Überwachungsschaltung erzeugt einen Alarmausgang, wenn
sich die Röhre während jeden einer vorbestimmten Mehrzahl
von aufeinanderfolgenden Erregungsperioden entlädt. Das
Verfahren und das System sind so angeordnet, daß die Röhre
nur einmal während jeder Erregungsperiode entladen kann.
Deshalb ist es, selbst wenn beispielsweise die Röhre sehr
nahe zu Beginn einer bestimmten Erregungsperiode entlädt,
für die Röhre unmöglich, erneut zu entladen, bis der gesamte
Rest dieser Erregungsperiode abgelaufen ist, und so auch die
unmittelbar folgende Enterregungsperiode - und dies ist
selbst dann so, wenn der Pegel der auf die Röhre
einfallenden Strahlung derart ist, daß die Röhre entladen würde, wenn
sie in geeigneter Weise erregt wäre. Deshalb gibt es eine
minimale, wirksame Gesamtansprechzeit für das System, wie
groß auch immer der Pegel der einfallenden Strahlung ist.
Das frühere Verfahren und System können deshalb nicht ein
ausreichend schnelles Ansprechen auf hohe Pegel einfallender
Strahlung erzeugen. Dies ist die Schwierigkeit, die die
Erfindung bestrebt ist, zu überwinden.
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Demgemäß ist das frühere Verfahren gekennzeichnet durch den
Schritt des Wiedererregens der Erfassungseinrichtung
unmittelbar
nach und in Antwort auf jede Enterregung derselben,
und dadurch, daß die Länge von jedem Zeitintervall die
gleiche ist, wie die genannte vorgegebene Zeitperiode.
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Ferner ist das frühere System dadurch gekennzeichnet, daß
die Erregungseinrichtung die Erfassungseinrichtung
unmittelbar nach und in Antwort auf jedes Aberregen derselben
wiedererregt, und dadurch, daß die Länge von jedem der
Zeitintervalle die gleiche wie die vorgegebene Zeitperiode
ist.
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Erfassungseinrichtungen für Ultraviolettstrahlung, die die
Erfindung verkörpert, und Verfahren zum Erfassen von
Ultraviolettstrahlung gemäß der Erfindung werden nun nur in
beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten,
schematischen Zeichnungen beschrieben, in denen
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Fig. 1 ein Schaltungsblockdiagramm einer der
Einrichtungen ist, und
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Fig. 2 und 3
Wellenformen zum Erklären der Arbeitsweise der
Einrichtung der Fig. 1 zeigen.
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Die zu beschreibenden Einrichtungen sind zur Verwendung bei
der Erfassung von Ultraviolettstrahlung und verwenden eine
Gasentladungsröhre mit kalter Kathode als
Erfassungseinrichtung für die Strahlung.
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Eine solche Röhre hat eine Anode und eine Kathode, über die
eine geeignete Potentialdifferenz gelegt ist. Vorausgesetzt,
daß diese Potentialdifferenz ausreichend ist (das heißt,
vorausgesetzt daß sie wenigstens gleich der "Zündspannung" Vs
ist) entsteht bei Gegenwart von Einfallsstrahlung der
richtigen Wellenlänge und nach einer Zeitverzögerung ts ein
Lawinenvorgang, das heißt, eine Gasentladung wird auftreten.
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Eine solche Entladung tritt aufgrund der Tatsache auf, daß
Elektronen, die von der Kathode durch die einfallende
Ultraviolettstrahlung emittiert werden, einen Strompuls in der
Röhre auslösen. Die Zeitverzögerung ts, die mehrere Minuten
sein kann, wird als die "statistische Zeitverzögerung"
bezeichnet und hängt (für die jeweilige Röhre) von der
Intensität und der Wellenlängenbandbreite der einfallenden
Strahlung ab. In Antwort auf einen stetigen Strahlungspegel kann
gezeigt werden, daß die Zeitverzögerung (die statistische
Zeitverzögerung) zwischen der Anwendung der Strahlung und
dem Auftreten des Strompulses der Poisson Statistik
unterliegt. Der statistischen Natur dieses Vorganges liegen die
statistischen Schwankungen bei physikalischen Vorgängen der
Emission und Ionisierung in Röhren zugrunde.
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Die Zündspannung Vs kann als diejenige Spannung definiert
werden, bei der die Wahrscheinlichkeit, daß in der Röhre ein
Lawinenvorgang geschieht, einen größeren Strom als ein
Mikroampere zu erzeugen (wegen des Freisetzens von Elektronen
aus der Kathode und der anschließenden Ionisierung des Gases
unter der Feldwirkung) von Null auf einen endlichen Wert
geht. Mit anderen Worten, wenn die Wahrscheinlichkeit einen
solchen endlichen Wert hat, folgt, daß, wenn eine Spannung V
zu Vs hinzuaddiert wird, wo V sehr klein ist, dann, nach der
Zeit ts eine Gasentladung auftreten wird. Wenn V erhöht wird,
nimmt die Wahrscheinlichkeit zu und infolgedessen fällt ts
(für eine gegebene Ultraviolettstrahlungsanregung).
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Beim normalen Betrieb wird eine solche Röhre betrieben,
indem die angelegte Potentialdifferenz unmittelbar nachdem
jeder Strompuls erzeugt und erfaßt worden ist, ausgeschaltet
wird (oder sie weit unter Vb die "Brennspannung" verringert
wird), damit die Röhre sich wieder zu ihrem Anfangszustand
erholen kann. Dies benötigt eine endliche Erholungszeit.
Danach wird eine Spannung wenigstens so groß wie und
vorzugsweise größer als die Zündspannung Vs erneut angelegt, um
einen frischen Strompuls nach der statistischen
Zeitverzögerung zu erzeugen. Vb, die Brennspannung, ist die Spannung,
die wenigstens über die Röhre notwendig ist, um
aufrechtzuerhalten, daß sie leitet, sobald sie begonnen hat, zu
leiten.
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Die Einrichtungen, die beschrieben werden sollen,
berücksichtigen die statistische Natur des Ansprechens der Röhre.
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Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, ist die Gasentladungsröhre 10
mit kalter Kathode über ein geeignetes
Hochspannungsversorgungsgerät 11 über einen Widerstand 12 und einen Widerstand
14 und parallel zu einem Kondensator 16 verbunden.
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Unter der Annahme, daß die Röhre 10 nichtleitend ist, wird
der Kondensator 16 durch den Widerstand 12 auf eine Spannung
aufgeladen, die Vs überschreitet. Wenn die Röhre 10 wegen
der Ultraviolettstrahlung in der erläuterten Weise nun
entlädt (das heißt, ein Strompuls tritt auf) entlädt das
Leiten der Röhre 10 den Kondensator 16 über den Widerstand
14 schneller als er durch die Versorgung 11 über den
Widerstand 12 erneut aufgeladen werden kann. Diese Entladung des
Kondensators 16 bewirkt, daß das Potential über die Röhre 10
fällt. Wenn es unterhalb der Brennspannung (Vb) der Röhre 10
fällt, hört die Röhre auf, zu leiten.
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Der Strompuls, der durch die Leitung der Röhre erzeugt
worden ist, erzeugt einen Ausgangsspannungspuls über dem
Widerstand 14, der auf einer Leitung 18 der restlichen
Schaltung zugeführt wird, die unten beschrieben wird.
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Wenn die Röhre 10 aufhört, zu leiten, beginnt der
Kondensator 16 mit einer Zeitkonstante RC erneut auf zuladen, wobei R
der Widerstandswert des Widerstandes 12 und C die Kapazität
des Kondensators 16 ist. Die Röhre kann nicht erneut leiten,
bevor die Spannung über den Kondensator 16 erneut Vs
überschritten
hat. Die Zeit, die der Kondensator 16 benötigt,
von Vb auf Vs erneut auf zuladen, bestimmt die Erholungszeit,
die der Röhre 10 erlaubt wird.
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Die Leitung 18 ist mit dem Eingang einer Steuerlogik 20
verbunden, die fünf Ausgänge "0", "1", "2", "3" und "4". Die
Steuerlogik 20 antwortet auf die Impulse, die auf der
Leitung 18 erhalten werden, indem sie auf fünf
Ausgangsleitungen in der sequentiellen Reihenfolge "0", "1", "2", "3",
"4", "0", "1", "2" . . . und so weiter ausgegeben werden.
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Die fünf Ausgänge der Steuerlogik 20 sind jeweils mit fünf
Zeitgebereinheiten 22, 24, 26, 28 und 30 verbunden, von
denen jede eine entsprechende Ausgangsleitung 22A, 24A, 26A,
28A und 30A hat. Wenn jeder Zeitgeber einen Impuls von der
entsprechenden Ausgangsleitung der Steuerlogik 20 erhält,
setzt er seine eigene Ausgangsleitung HOCH während einer
vorbestimmten Dauer Tg (die für alle Zeitgeber die gleiche
ist). Die Ausgangsleitungen aller Zeitgeber sind mit einer
UND-Torschaltung 32 verbunden. Wenn alle die Eingänge an die
UND-Torschaltung 32 zur gleichen Zeit HOCH sind, erzeugt sie
einen Alarmausgang auf einer Leitung 34.
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Die Arbeitsweise der Einrichtung der Fig. 1 wird nun unter
Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 beschrieben.
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Fig. 2 stellt die Arbeitsweise der Einrichtung in einer
Situation dar, in der ein plötzliches und ein eine relativ
intensive Ultraviolettstrahlung erzeugendes Ereignis
auftritt, wie eine Explosion. Es wird angenommen, daß dieses
fünf Ausgangsimpulse auf der Leitung 18 in schneller Abfolge
erzeugt, wie es mit der Wellenform 2A gezeigt ist. Aufgrund
von statistischen Schwankungen treten diese fünf Impulse
nicht in genau gleichmäßigen Intervallen auf. In der
erläuterten Weise lenkt die Steuerlogik 20 die hereinkommenden
Impulse zu den jeweiligen ihrer fünf Ausgangsleitungen der
Reihe nach, und die fünf Zeitgeber werden somit sequentiell
aktiviert. Die Ausgänge auf den Ausgangsleitungen 22A, 24A,
26A, 28A und 30A sind jeweils mit den Wellenformen 2B, 2C,
2D, 2E und 2F dargestellt.
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Es ist offensichtlich, daß zu einem Zeitpunkt T1 die UND-
Torschaltung 32 fünf HOHE-Eingänge erhält und sie deshalb
auf ihrer Ausgangsleitung 34 einen Alarm erzeugt.
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Fig. 3 stellt die Arbeitsweise der Schaltung dar, wo die
Intensität der von der Röhre empfangenen Strahlung zunimmt.
So stellt dies beispielsweise die Situation dar, in der der
Abstand zwischen einer Strahlungsquelle und der
Entladungsröhre abnimmt, wie es beispielsweise auftritt, wenn eine
Rakete oder ein Geschoß die Erfassungsquelle annähert. Wie
es mit der Wellenform 3A gezeigt ist, nimmt deshalb die
Zeittrennung zwischen den aufeinanderfolgenden Impulsen, die
auf der Leitung 18 auftreten, ab.
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Sieben solcher Impulse sind gezeigt, wie sie bei der
Wellenform 3A auftreten, und die Steuerlogik 20 lenkt diese zu
den Ausgangsleitungen "0", "1", "2", "3", "4", "0" bzw. "1"
der Steuerlogik 20. Deshalb gehen, wie es in den jeweiligen
Wellenformen 3B bis 3H gezeigt ist, die Ausgänge der
entsprechenden Zeitgeber nach HOCH.
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Es ist jedoch offensichtlich, daß die fünf Eingänge der UND-
Torschaltung 32 nicht alle bei HOCH bis zu dem Zeitpunkt T2
sind. Der Grund hierfür ist, daß die Impulse auf der Leitung
18 nicht vor der Zeit T2 ausreichend eng zusammen auftreten,
damit fünf von ihnen allen innerhalb einer Zeit Ta auftreten,
wo Ta Tg ist. Die ersten zwei Impulse, die in der
Wellenform 3A auftreten, sind deshalb unterbrochen.
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Aus dem vorstehenden ist es offensichtlich, daß die
Schaltungsanordnung, die eingangs beschrieben worden ist, auf
eine einfallende Ultraviolettstrahlung ausreichender
Intensität wartet, um die Röhre auszulösen. Wenn ein solches
Auslösen auftritt, stellt die Schaltungseinrichtung
wirkungsvoll eine Zeitperiode Tg her und erfaßt dann, ob vier
weitere Impulse innerhalb der Zeitperiode auftreten. Nur
wenn vier solcher weiterer Impulse innerhalb dieser
Zeitperiode auftreten, wird ein Alarm erzeugt. Jedoch beginnt
die Schaltungseinrichtung die Zeitmessung und den
Impulserfassungsvorgang in Antwort auf jeden eintreffenden Impuls
erneut und erzeugt deshalb einen Alarmausgang, sobald fünf
aufeinanderfolgende Impulse innerhalb einer Zeitperiode Tg
aufgetreten sind, die von dem ersten dieser fünf gemessen
wird.
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Die unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 beschriebene und
dargestellte Einrichtung ist gegenüber früheren
Einrichtungen von Vorteil, bei denen eine vorbestimmte Folge von
festen Zeitperioden in Antwort auf den ersten erfaßten Impuls
initiiert und ein Alarmausgang nur erzeugt wird, wenn ein
Impuls in jedem anderen der Zeitperioden erfaßt wird. Die
unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 beschriebene und
dargestellte Einrichtung kann viel schneller, insbesondere auf
Strahlung hoher Intensität ansprechen, weil die
aufeinanderfolgenden Zeitperioden, die sie verwendet, in der
beschriebenen Weise überlappen können, wohingegen dieses bei
der früheren Einrichtung nicht möglich ist.