DE396846C

DE396846C - Electrical safety device with light-sensitive cell, in particular for the automatic display of ship passages through canals or straits by means of a light beam that is intermittent at audio frequency and directed across the area to be protected

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Publication number: DE396846C
Application number: DEM79590D
Authority: DE
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Priority date: 1922-11-15
Filing date: 1922-11-15
Publication date: 1924-06-07

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

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r₆ Ind. Eigendom
• 1 MiO. m r ₆ ind
• 1 million. m

AUSGEGEBENISSUED

AM 7. JUNI 1924ON JUNE 7, 1924

REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

- M 396846 KLASSE 74 (f GRUPPE 8- M 396846 CLASS 74 (f GROUP 8

(M₁₉₅₉O Vlll\_l4d)(M ₁₉₅₉ O Vlll \ _l4 d)

Dagobert Müller in Susak, Jugoslavien, und Dr. Hans Thirring in Wien.Dagobert Müller in Susak, Yugoslavia, and Dr. Hans Thirring in Vienna.

Elektrische Sicherheitsvorrichtung mit lichtempfindlicher Zelle, insbesondere zur selbsttätigen Anzeige von Schiffsdurchgängen durch Kanäle oder Meerengen mittels eines quer über den zu schützenden Raum geleiteten, mit Tonfrequenz intermittierenden Lichtstrahles.Electrical safety device with light-sensitive cell, in particular for automatic Display of ship passages through canals or straits by means of a light beam that is directed across the area to be protected and intermittent at an audio frequency.

• ' Patentiert im Deutschen Reiche vom 15. November 1922 ab.• 'Patented in the German Empire on November 15, 1922.

Es sind elektrische Sicherheitsvorrichtungen mit lichtempfindlichen Zellen bekannt, die darauf beruhen, daß quer über den zu sichernden Raum ein Lichtstrahl geleitet wird, derThere are known electrical safety devices with photosensitive cells on it are based on the fact that a beam of light is directed across the space to be secured, which

• 5 eine lichtempfindliche Zelle beeinflußt. Falls .nun eine Person oder ein undurchsichtiger Gegenstand durch diesen Lichtstrahl geht, wkd die lichtempfindliche Zelle verdunkelt und kann ein Relais nebst Alarm- oder An-Zeigevorrichtung betätigen.• 5 affects a light-sensitive cell. If .now a person or an opaque one Object passes through this light beam, the light-sensitive cell is darkened and can be a relay together with an alarm or display device actuate.

Derartige Vorrichtungen, bei denen zweckmäßigerweise die lichtempfindliche Zelle in den einen Ast. einer Wheatstone-Brücke und das Relais in den Brückendraht gelegt wird, lassen sich ohne weiteres verwenden in verdunkelten Räumen, bei denen der die Sperrebewirkende Lichtstrahl hinreich· nd stark i>:, so daß die durch sein Auftreffen verursachte Widerstandsänderung der Zelle groß ist gegenübt r d'-nWiderstandsschwankungen, die durchSuch devices, in which the light-sensitive cell in the one branch. a Wheatstone bridge and the relay is placed in the bridge wire, can be used without further ado in darkened rooms, in which the blocking effect Light beam sufficiently strong so that the caused by its impact The change in resistance of the cell is large against r d'-n resistance fluctuations caused by

weiter unten zu besprechende Mangel der lichtempfindlichen Zellen hervorgerufen werden. Diese Vorrichtungen versagen aber, wenn der zu sichernde Raum nicht verdunkelbar ist oder derart ausgedehnt ist, daß der die Sperre bewirkende Lichtstrahl nicht kräftig genug ist, um eine ausreichend große Widerstandsänderung in der Zelle hervorzurufen. Soll beispielsweise ein io km breiter Meeresarm mittels eines quer darüber geleiteten Lichtstrahles so gesperrt werden, daß bei jedem Schiffsdurchgang eine Anzeigevorrichtung betätigt werde, wobei die Lichtstärke des zur Verwendung gelangenden Scheinwerfers beschränkt ist, und soll die Vorrichtung bei Tag und Nacht unabhängig von der natürlichen Beleuchtung arbeiten können, so wird durch diese Bedingungen die Lösung der Aufgabe außerordentlich erschwert, da die Helligkeit des natürlichen Tageslichtes an einer Meeresküste bei Sonnenschein jene der Strahlen eines Scheinwerfers auf die gegebene Entfernung weitaus übertrifft. Die Lösung wird zunächst bis zu einem gewissen Grade ermöglicht durch eine an sich bekannte Maßnahme, die darin besteht, daß man die lichtempfindliche Oberfläche des Photoelumentes sehr klein macht und sie im Brennpunkt eines optischen Systems anbringt, das die vom Scheinwerfer kommenden, praktisch par- . allelen Strahlen sammelt. Dadurch läßt sich ■ erreichen, daß bei nicht zu großen Distanzen die Intensität der vom Scheinwerfer kommenden Strahlen größer wird als jene des störenden Tageslichtes. Trotzdem wird aber dem , Bestreben, die Reichweite der Vorrichtung zu ^[ erhöhen, dadurch eine Grenze gesteckt, daß die beiden Lichteffekte bei Vergrößerung der Entfernung bald auf gleiche Größenordnung gelangen und daß ferner die von diesen Lichteinflüssen hervorgerufenen Widerstandsänderungen der lichtempfindlichen Zelle auf die gleiche Größenordnung kommen wie die un- 1 vermeidlichen störenden Widerstandsschwan- ; kungen, die in solchen Zellen auch bei kon- ' stanter Belichtung auftreten. Diese sind voi» ', zweierlei Art:. r. Die Ermüdung d*er Zellen, . die sich darin äußert, daß bei lang an- _: dauernder Belichtung der Widerstand wieder steigt und sich dem Dunkel werte nähert, und 2. spontane Widerstandsschwankungen, hervorgerufen durch Temperatureinflüsse und durch das Altern der Zellen. Wenn nun die Reichweite der Vorrichtung so ausgedehnt werden muß, daß der Einfluß der als Sperre dienenden Lichtstrahlen von der gleichen Größenordnung wird wie die drei aufgezählten störenden Einflüsse, so arbeitet die Vorrichtung • nicht mehr mit der nötigen Zuverlässigkeit. Dies wird durch die Schaulinie Abb. 1 verdeutlicht, die die zeitliche Abhängigkeit des Stromes in einer Selenzelle darstellt, die im I Brennpunkt einer Kamera mit besonders licht-' starkem Objektiv den Strahlen eines Bogeni lichtscheinwerfers in S km Entfernung ausgei setzt ist. Zur Zeit t₀ wird bei abgeblendetem j Objektiv eine Spannung von 10 Volt an die imDeficiency of the light-sensitive cells to be discussed below can be caused. However, these devices fail if the room to be secured cannot be darkened or is so extensive that the light beam causing the barrier is not strong enough to cause a sufficiently large change in resistance in the cell. If, for example, a 10 km wide arm of the sea is to be blocked by means of a beam of light directed across it, so that a display device is activated every time the ship passes through, whereby the light intensity of the headlamp used is limited, and the device should be independent of the natural lighting during the day and night can work, these conditions make the solution of the task extremely difficult, since the brightness of natural daylight on a seashore in sunshine by far exceeds that of the rays of a spotlight at the given distance. The solution is first made possible to a certain extent by a measure known per se, which consists in making the light-sensitive surface of the Photoelumentes very small and attaching it to the focal point of an optical system that practically par. collects allelic rays. As a result, it can be achieved that if the distances are not too great, the intensity of the rays coming from the headlight is greater than that of the disturbing daylight. Nevertheless, but will increase the, effort, the range from the device to ^{[characterized} put a limit that the two light effects in increasing the distance soon arrive in the same order of magnitude and further that caused by these effects of light resistance changes of the light-sensitive cell arrive in the same order of magnitude like the inevitable disruptive resistance swan; Effects that occur in such cells even with constant exposure. These are voi » ', of two kinds:. r. The fatigue of the cells. which is manifested in the fact that at long _Toggle: continuous illumination the resistance increases again and approaches the dark values and 2. spontaneous resistance variations caused by temperature influences and aging of the cells. If the range of the device has to be extended so that the influence of the light beams serving as a barrier is of the same order of magnitude as the three disturbing influences listed, the device no longer works with the necessary reliability. This is illustrated by the visual line Fig. 1, which shows the time dependency of the current in a selenium cell, which is exposed to the rays of an arc lamp at a distance of 5 km at the focal point of a camera with a particularly bright lens. At time t ₀ , with the lens stopped down, a voltage of 10 volts is applied to the im

• Dunkeln gut ausgeruhte Zelle angeschaltet. ¹ Man erkennt aus der Kurve, daß der Dunkel-• Well rested cell switched on in the dark. ¹ You can see from the curve that the dark

strom nach Anlegen der Spannung noch ein wenig steigt. Zur Zeit I₁ wird der Objektiv-, deckel geöffnet und die Zelle dem Tageslichteinfluß ausgesetzt, zur Zeit U wird derScheinwerfer, der durch das Objektiv auf die Zelle ■ abgebildet wird, in Tätigkeit gesetzt. Zu den , Zeitpunkten ^₃ und t₃ wird der Scheinwerfer ¹ durch weit von der Kamera entfernte Gegen- · ' stände auf eine kurze Weile verdeckt. Die . in der Schaulinie durch die Ordinären darge-. stellte Stromstärke * läßt deutlich erkennen,current increases a little after voltage is applied. At time I ₁ the lens cover is opened and the cell is exposed to the influence of daylight; at time U the headlight, which is imaged onto the cell through the lens, is activated. At the time points ^ ₃ and t _3, the headlamp ¹ through distant from the camera counter · 'stands hidden in a short while. The . shown in the sight line by the ordinary. the current strength * clearly shows

• daß unter den angegebenen Bedingungen die Vorrichtung in der gebräuchlichen Schaltungsweise versagen muß. Denn wenn das Relais bei der ersten Verdunkelung zur Zeit t₃ gerade noch anspricht und der Arbeitsstromkreis mit der Anzeigevorrichtung geschlossen wird, so wird dasselbe auch ohne Verdunkelung in der Zeit /₄ bis t_:> geschehen.• That the device must fail in the usual switching mode under the specified conditions. Because if the relay still responds at the first darkening at time t ₃ and the working circuit with the display device is closed, the same will happen _{without darkening in time / 4} to t _:>.

Diese Schwierigkeiten treten übrigens bei Verwendung von Selenzellen infolge deren launenhaften Verhaltens stets in höherem oder geringerem Maße auf; sie führen zu einem vollständigen Versagen in allen Fällen, die bezüglich der zur Verwendung gelangenden Lichtintensität dem angeführten Beispiel ahnlieh sind. Bei den Alkaliphotozellen sind die spontanen Widerstands£chwankungen allerdings geringer, jedoch tritt hier als eine weitere bedeutende Schwierigkeit der Umstand hinzu, daß wegen der Kleinheit der von einer weit entfernten Lichtquelle erregten lichtelektrischen Ströme die Verwendung eines Relais ausgeschlossen ist.Incidentally, these difficulties arise when using selenium cells as a result thereof capricious behavior always to a greater or lesser extent; they lead to one complete failure in all cases relating to the one used Light intensity are similar to the example given. In the case of the alkaline photocells, they are spontaneous resistance fluctuations are less, however, occurs here as a further one The fact that, because of the smallness of a far remote light source excited photoelectric currents, the use of a relay is excluded is.

Alle diese Schwierigkeiten werden durch vorliegende Erfindung beseitigt, gemäß welcher die Anordnung so getroffen wird, daß bei Unterbrechung des die Sperre bewirkenden Lichtstrahls der das Ruhstromrelais betätigende Strom unter allen Umständen unabhängig von dem 'stets ein wenig schwankenden und unkontrollierbaren Widerstand der lichtempfindlichen Zelle vollkommen auf Null sinkt. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der zur Sperre dienende Lichtstrahl durch eine geeignete Vorrichtung mit Tonfrequenz intermittierend gemacht wird, wodurch in der von diesem Strahl getroffenen lichtempfindlichen Zelle ein Strom erzeugt wird, der aus einem Gleichstrom und einem darübergelagerten tonfrequenten Wechselstrom besteht. Mit dem Stromkreis der lichtempfindlichen Zelle wird nun induktiv oder kapazitiv ein Sekun-All of these difficulties are eliminated by the present invention, according to which the arrangement is made so that if the lock causing the interruption is interrupted Light beam of the closed-circuit relay actuating current under all circumstances regardless of the 'always a little fluctuating and uncontrollable resistance of the photosensitive Cell sinks completely to zero. This is achieved according to the invention in that the light beam used for blocking through a suitable device with audio frequency is made intermittent, causing in the photosensitive struck by this beam Cell generates a current that consists of a direct current and a superimposed one audio-frequency alternating current exists. With the circuit of the light-sensitive cell is now inductive or capacitive for one second

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därkreis gekoppelt, in welchem aus der in dem Kopplungselement (Transformator oder Kondensator) entstehenden Wechselspannung mit Hilfe eines Gleichrichters ein mit Ton-S frequenz intermittierender Gleichstrom erzeugt : und zum Festhalten eines Ruhestrom relais ; verwendet wird. |därkreis coupled in which from the in the coupling element (transformer or Capacitor) generated alternating voltage with the help of a rectifier with Ton-S frequency intermittent direct current generated: and for holding a quiescent current relay; is used. |

Abb. 2 zeigt ein Schaltungsschema der ein- J fächsten Anordnung dieser Art, die allerdings j ίο nur zur Absperrung schmaler Durchgänge | mittels verhältnismäßig starker Lichtquellen ' verwendet werden kann. In dieser Abbildung j stellt ι die Lichtquelle dar, vor der sich' eine j Vorrichtung befindet, die das Licht mit Tonfrequenz intermittierend macht. Dies geschieht bei dem dargestellten Beispiel durch eine durchbrochene rotierende Blende 3, die durch einen kleinen Motor 2 angetrieben wird. 4 und 6 sind die zum Parallelmachen und '20 Wieder.vereinigen des Lichtstrahls dienenden Linsen, zwischen denen sich der zu sichernde j Raum 5 befindet. Im Empfänger ist die Gleichstromquelle 8 über die lichtempfindliche Zelle 7 und die Primärwicklung eines Trans- j formators 9 dauernd geschlossen, in dessen Sekundärkreis ein Gleichrichter 10 und ein Ruhestromrelais 11 liegt,'bei dessen Öffnung ein aus einer Stromquelle 12 und einer Alarmvorrichtung 13 bestehender Arbeitsstromkreis geschlossen wird.Fig. 2 shows a circuit diagram of the simplest arrangement of this type, which, however, is only used to block narrow passages | can be used by means of relatively strong light sources ' . In this figure j represents the light source, in front of which there is a device that makes the light with audio frequency intermittent. In the example shown, this is done by a perforated rotating screen 3 which is driven by a small motor 2. 4 and 6 are the lenses used to make the light beam parallel and recombine it, between which the space 5 to be secured is located. In the receiver, the direct current source 8 is permanently closed via the light-sensitive cell 7 and the primary winding of a transformer 9, in the secondary circuit of which there is a rectifier 10 and a closed-circuit relay 11; is closed.

Durch die Zelle 7 geht ein Mittelwertstrom, dessen zeitlicher Verlauf den in Abb. 1 dargestelltenVerhältnissen entspricht. Bei intermittierender Belichtung der Zelle 7 überlagert sich ihm ein an sich schwacher tonfrequen'.er < Wechselstrom, der in dem Sekundärkreis des Transformators einen durch das Ventil 10 gleichgerichteten mit Tonfrequenz pulsierenden Gleichstrom erzeugt. Das Wesentliche ist nun, daß der Sekundärkrds, in welchem das Relais H liegt, so lange immer stromlos ist, als dem Zellenstrom kein tonfrequenter Wechselstrom überlagert, wird. Die von den oben angegebenen störenden Einflüssen hervorge-'45 rufenen Widerstandsschwankungen der lichtempfindlichen Zellen 7'~sind nämlich weitaus zu langsam, um in der Sekundärleitung des Transformators 9 eine merkliche E. M. K. zu erzeugen. Der mit Tonfrequenz pulsierende Gleichstrom im Sekundärkreis des Transformators hält nun den Anker des Ruhestromrelais 11 am Ruhekontakt, solange der intermittierende Lichtstrahl auf die lichtempfindliche Zelle 7 fällt, verschwindet aber . sofort und läßt den Anker des Ruhestromrelais 11 an den Arbeitskontakt gehen, sobald die intermit-' tiefende Belichtung der Zelle aufhört. Dadurch ist das Schließen des Arbeitsstromknises bei Verschwinden der intermittierende Belichtung mit Sicherheit gewährleistet, un man hat nur dafür zu sorgen, daß der b< der intermittierenden Belichtung der Zeil entstehende pulsierende Gleichstrom stark genu ist, um das Ruhestromrelais auch sicher ar Ruhekontakt zu halten.A mean value current passes through the cell 7, the course of which over time corresponds to the relationships shown in FIG is equivalent to. With intermittent exposure of the cell 7, an inherently weak tonfrequen'.er is superimposed on it <Alternating current generated in the secondary circuit of the transformer by valve 10 Rectified with audio frequency pulsating direct current generated. The essential thing now is that the secondary circuit in which the relay H is located is always de-energized as long as no audio-frequency alternating current is superimposed on the cell current. The ones from above specified disturbing influences caused fluctuations in resistance of the light-sensitive Cells 7 '~ are in fact far too slow to move in the secondary line of the Transformer 9 to produce a noticeable E.M.K. The one pulsing with sound frequency Direct current in the secondary circuit of the transformer now holds the armature of the closed-circuit relay 11 on the normally closed contact as long as the intermittent light beam hits the light-sensitive Cell 7 falls, but disappears. immediately and leaves the armature of the closed-circuit relay 11 to the Make contact as soon as the intermittent 'deep exposure of the cell ceases. Through this the closing of the Arbeitsstromknises when disappearing is the intermittent one Exposure guaranteed with certainty, and one only has to ensure that the b < the intermittent exposure of the cell is strong enough to produce a pulsating direct current is to keep the closed-circuit relay safely ar closed contact.

Die Schaulinie, Abb. 3, gibt die zeitlich Abhängigkeit der Stromstärke in den dre Stromkreisen wieder, wobei den Zeitmc menten ^₀ und Z₃ dieselbe Bedeutung zukomm wie in der Abb. 1. Man erkennt insbesondere wie die Stromstärke in der Sekundärleitunj des Transformators 9 unabhängig ist von den stets schwankenden Mittelwert des Strome in der lichtempfindlichen Zelle.The visual line, Fig. 3, shows the time dependency of the current intensity in the three circuits, whereby the Zeitmc ments ^ ₀ and Z _{3 have the} same meaning as in Fig. 1. You can see in particular how the current intensity in the secondary line of the transformer 9 is independent of the constantly fluctuating mean value of the current in the light-sensitive cell.

Zwecks Erzielung möglichst großer Reich weiten können Lautverstärker, wie Abb. ι zeigt, verwendet werden. Die Röhren 15 unc 16 dienen zur Verstärkung des tonfrequentei Wechselstromes, der schließlich durch eir Richtrohr 10 gleichgerichtet wird. Die lichtempfindliche Zelle 7 ist dabei über einen Kondensator 17 mit dem Gitter der ersten Röhre 15 gekoppelt, iS und 19 sind Widerstände, ersterer von der Größenordnung des Widerstandes der lichtempfindlichen Zelle, letzterer von der Größenordnung des Widerstandes im Gitterkreis. 20 ist eine Batterie, welche die negative Gittervorspannung liefert, damit das Rohr 10 als Gleichrichter wirkt (sogenannte »Anodengleichrichtung im unteren Knick«), 11 ist das Ruhstromrelais, welches bei Aufhören des tonfrequenten Wechselstromes den aus der Batterie 21 und der Klingel 22 oder sonstigen Anzeigevorrichtungen gebildeten Arbeitsstromkreis schließt.In order to achieve the largest possible range, sound amplifiers, as Fig. Ι shows, can be used. The tubes 15 and 16 serve to amplify the audio-frequency alternating current, which is finally rectified by a directional tube 10. The light-sensitive cell 7 is coupled via a capacitor 17 to the grid of the first tube 15, iS and 19 are resistors, the former of the order of magnitude of the resistance of the light-sensitive cell, the latter of the order of magnitude of the resistance in the grid circle. 20 is a battery that supplies the negative grid bias so that the tube 10 acts as a rectifier (so-called "anode rectification in the lower bend"), 11 is the quiescent current relay which, when the audio-frequency alternating current ceases, the battery 21 and the bell 22 or other Display devices formed working circuit closes.

Claims

Patent claim:

Electrical safety device with light-sensitive cell, in particular for automatic display of ship passages through canals or straits by means of a light beam that is directed across the room to be protected and intermittent at an audio frequency characterized in that from the excited in the exposed cell (7), with the same Frequency pulsating direct current the alternating current component by means of transformers (9), sound amplifiers or the like. Screened out, amplified, rectified again and for actuating a closed-circuit relay (11) is used, which creates a working circuit when the light beam is interrupted closes, which actuates a suitable alarm or display device (13).

1 Bhitt drawings.