DE671864C

DE671864C - Process for measuring, comparing and remotely displaying state variables

Info

Publication number: DE671864C
Application number: DEN36055D
Authority: DE
Inventors: Dr A Karolus
Original assignee: Julius Pintsch AG
Current assignee: Julius Pintsch AG
Priority date: 1933-12-07
Filing date: 1933-12-07
Publication date: 1939-02-17

Description

Verfahren zur Messung, zum Vergleich und zur Fernanzeige von Zustandsgrößen Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Messung, zum Vergleich uhd zur Fernanzeige von zwei oder mehreren Lichtströmen bzw. Zustandsgrößen, die in Lichtwerte 'umgewandelt werden können, beispielsweise zur Messung von Trübungen, der Färbung oder Struktur eines Mediums aus, bei welchem Verfahren die Lichtströme abwechselnd auf ein lichtempfindliches Organ zur Einwirkung gebracht werden.Method for measuring, comparing and remotely displaying state variables The invention is based on a method of measurement, comparison and remote display of two or more luminous fluxes or state variables which are converted into light values' can be used, for example to measure turbidity, color or structure of a medium, in which process the luminous fluxes alternate on a light-sensitive Organ are brought into action.

Es ist ein Verfahren bekannt, bei dein die Lichtströme entweder. gleichzeitig mit verschiedenen Frequenzen oder periodisch abwechselnd moduliert auf ein gemeinsames lichtempfindliches Organ einwirken und die erhaltenen Wechselströme miteinander verglichen werden.There is a known method in which the luminous fluxes either. simultaneously with different frequencies or periodically alternately modulated on a common photosensitive organ act and the alternating currents obtained with each other be compared.

Weiter- ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem die Lichtströme periodisch abwechselnd eine Photozelle beeinflussen und bei dem zwischen j e zwei Wechseln mehrere Unterbrechungen des jeweils wirksamen Lichtstromes stattfinden.A method has also been proposed in which the luminous flux periodically alternately influencing a photocell and the one between each two Alternating several interruptions of the respective effective luminous flux take place.

Das erstgenannte bekannte Verfahren besitzt den Nachteil, daß bei gleichzeitiger Überlagerung zweier Modulationsfrequenzen sowohl in der lichtelektrischen Zelle als auch in den nachfolgenden Verstärkerstufen eine gegenseitige Beeinflussung der Modulationsfrequenzen stattfindet, welche in der Hauptsache durch die unvermeidliche Krümmung der Kennlinien, sowohl der lichtelektrischen Zelle ,als ,auch der Verstärker, verursacht ist. Da sich die Moinentanwerte der beiden Modulationsamplituden zu bestimmten Zeitmomenten zur doppelten Höhe einer Einzelamplitude erhöhen können, waren überstetierungen der Zelle und der Verstärkerröhren nur durch sehr große Überdimensionierung zu vermeiden. Nach der Erfindung wird dieser Nachteil vermieden. Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Messung, zum Vergleich und zur Fernanzeige von zwei öder mehreren Lichtströmen bzw. Zustandsgrößen aus, die in Lichtwerte umgewandelt werden können, beispielsweise zur Messung von Trübungen, der b ärbung oder Struktur eines Mediums, bei welchem Verfahren die Lichtströme periodisch abwechselnd und außerdem innerhalb jeder Periode moduliert auf ein gemeinsames lichtempfindliches Organ zur .Einwirkung gebracht werden. Dieses Verfahren wird nach der Erfindung dahingehend vervollkommnet, daß die Modulation eines jeden Lichtstromes mit einer von den anderen Lichtströmen verschiedenen Frequenz erfolgt.The first-mentioned known method has the disadvantage that at simultaneous superposition of two modulation frequencies both in the photoelectric Cell as well as in the subsequent amplifier stages a mutual influence of the modulation frequencies takes place, which is mainly due to the inevitable Curvature of the characteristics, both of the photoelectric cell and the amplifier, is caused. Since the moontan values of the two modulation amplitudes are to be determined Time moments can increase to twice the height of a single amplitude, were overstations the cell and the amplifier tubes can only be avoided by very large oversizing. According to the invention, this disadvantage is avoided. The invention proceeds from one Method for measuring, comparing and remotely displaying two or more Luminous fluxes or state variables that can be converted into light values, for example to measure turbidity, coloration or structure of a medium, in which method the luminous fluxes alternate periodically and also within each period modulates on a common light-sensitive organ to act to be brought. This method is perfected according to the invention to the effect that that the modulation of each luminous flux with one of the other luminous fluxes different frequency takes place.

Der wesentliche Unterschied zwischen der Erfindung und dem bekannten Verfahren, bei dein die .Lichtstrome periodisch abwechselnd eine Photozelle ber_iiitIusscn und bei d(-ri z#vischen je zwei Wechseln mehrere Unterbrechungen des jeweils wirksamen Lichtstromes stattfinden, - besteht darin, daß bei der Erfindung nicht einfach zwei Lichtstrahlen abwechselnd auf die gemeinsame Zelle fallen, son.der@@ daß jeder der beiden Strahlen während- de',@' ihm zugeordneten Einschaltdauer modulier=t. wird, wobei die Modulation der beiden Strah--` len jedoch verschieden ist. Hierdurch ist es möglich, die beiden Anteile im Empfangsgerät voneinander getrennt zu verstärken und dadurch eine äußerst hohe Empfindlichkeit zu erhalten.The main difference between the invention and the known Process in which the luminous fluxes periodically alternate over a photocell and at d (-ri z # vischen two changes each with several interruptions of the respective effective luminous flux take place, - is that in the invention not simply two rays of light alternately fall on the common cell, but the @@ that each of the two beams modulates during the ', @' assigned duty cycle = t. the modulation of the two beams, however, is different. Through this it is possible to amplify the two components separately in the receiver and thereby to obtain an extremely high sensitivity.

Die vorliegende Erffndung wird durch folgende in der elektrischen Meßtechnik bzw. bei bekannten Verfahren der vorliegenden Gattung bekannte Verfahren und Anordnungen weiter ausgebildet. Die den verschiedenen Lichtströmen zugeordneten Wechselströme verschiedener Frequenz werden - gemeinsam verstärkt, elektrisch getrennt und Anzeigeinstrumenten zugeführt, welche die Summe, die Differenz, das Produkt oder den Quotienten dieser Ströme messen. Bei Messung der Quotienten zweier Ströme wird ein Wechselstromquotientenmesser oder nach vorheriger Gleichrichtung der Wechselströme ein Gleichstromquotientenmessef, beispielsweise ein Kreuzspuiinstrument, verwendet. Zur Modulation des Lichtes werden synchron bewegte, aber verschieden unterteilte Zahnscheiben verwendet. Ferner werden die beiden verschiedener verschiedener Frequenz durch elektrische Kreise, beispielsweise durch Siebketten, voneinander getrennt. Schließlich wird der Vergleich der getrennten Photoströme nach nochmaliger Verstärkung durchgeführt.The present invention is enhanced by the following in the electrical Measurement technology or methods known in the case of known methods of the present type and arrangements further developed. The assigned to the different luminous fluxes Alternating currents of different frequencies are - amplified together, electrically separated and display instruments which show the sum, the difference, the product or measure the quotient of these currents. When measuring the quotients of two currents becomes an alternating current quotient meter or after prior rectification of the alternating currents a direct current quotient measuring device, for example a cross-coil instrument, is used. To modulate the light, synchronously moving but differently subdivided ones are used Toothed lock washers used. Furthermore, the two different become different in frequency separated from each other by electrical circuits, for example by sieve chains. Finally, the comparison of the separated photocurrents after repeated amplification carried out.

Die Erfindung wird an Hand der beiliegenden Abbildungen näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the accompanying figures.

Mit L ist eine Lichtquelle bezeichnet, deren Strahlen durch die beiden Blenden B einer Optik zugeführt werden, welche die Bündelung bewirkt. Das eine der beiden Lichtbündel leitet man dem einen Spiegel S2 oder einer Photozelle Plt 'zu. Das andere der beiden Lichtbündel durchläuft die Meßstrecke, deren Zustand ermittelt werden soll, beispielsweise die Luftstrecke, in welcher das Vorhandensein von Nebel festzustellen ist. Der Spiegel S1 wirft die auf ihii fallenden Strahlen zurück, so daß sie nach Sammlung durch eine Linse gleichfalls zur Photozelle Pli gelangen. Oberhalb der Blenden B ist eine Welle 4 angeordnet, auf welcher zwei Zaunscheiben f1 und f2, sitzen, deren Zahnung untereinander verschieden und nur auf dem halben Umfang ausgeführt ist. Die Zahnung der einen Scheibe ist zudem gegenüber der d6r anderen Scheibe um iSo° versetzt. Dadurch wird erreicht, daß der von der L ichtquelle L nach rechts auf den Spiegel S1 gehende Strahl zu einer arideren Zeit und einer anderen Frequenz moduliert wird als der nach links auf den ,'S,pieggl SY gerichtete Strahl. Beispielsweise n das eine Bündel mit 3oo, das andere mit 5yo Perioden moduliert sein.L denotes a light source, the rays of which are fed through the two diaphragms B to an optical system which brings about the bundling. One of the two light bundles is directed to a mirror S2 or a photocell Plt '. The other of the two light bundles passes through the measuring section, the condition of which is to be determined, for example the air section in which the presence of fog is to be determined. The mirror S1 throws back the rays falling on it so that, after being collected by a lens, they also reach the photocell Pli. Above the diaphragms B there is a shaft 4 on which two fence disks f1 and f2 are seated, the teeth of which are different from one another and only run over half the circumference. The toothing of one disk is also offset by iSo ° compared to the other disk. It is thereby achieved that the beam going from the light source L to the right onto the mirror S1 is modulated at a different time and a different frequency than the beam directed to the left onto the "S, pieggl SY". For example, one bundle may be modulated with 3oo, the other with 5yo periods.

Das modulierte Licht erzeugt in der lichtempfindlichen Zelle Photoströme von entsprechend verschiedener Frequenz. Die beiden Anteile werden zweckmäßig zunächst verstärkt und dann durch geeignete, hierzu an sich bekannte Einrichtungen, beispielsweise durch Siebketten 5 und 5', voneinander getrennt. Die getrennten Wechselströme führt man schließlich zu einem Instrument, beispielsweise einem an sich ebenfalls bekannten Quotientenmesser Q, mit dem die Wechselströme verglichen werden können. Auf diese' Weise ist es möglich, eine sehr genaue Messung der Absorption in der Meßstrecke durchzuführen. Durch Verwendung einer einzigen lichtelektrischen Zelle wird d@:r Fehler, welcher durch die Veränderung der Empfindlichkeit bei verschiedenen Zellen Hervorgerufen werden könnte, ausgeschaltet. Ferner wird durch die zeitliche Verschiebung' der Modulation gegeneinander die Ausnutzung des ganzen Bereiches, sowohl der Photozelle als auch des Verstärkers 3,1 ermöglicht. Besondets vorteilhaft ist es, für die niedrigere der beiden Modulationsfrequenäen einegenaue Sinusform zu wählen, da in diesem Fall keine störenden Oberwellen auftreten, welche durch die für die höhere Frequenz als Durchla>3 dienende Siebkette 5 mitübertragen werden könnten und welche das Meßergebnis störend beeinflussen würden. Bei der höheren Modulationsfrequenz il ist die Sinusform. nicht unbedingt notwendig, da deren Oberreellen durch die niedrige Grenzfrequenz des zweiten Siebkreises 5' von der Übertragung auf die andere Spule des Quotientenmessers sicher verhindert werden. -In der Abb. a i"st die gleiche Einrichtung dargestellt, nur schließen sich an den Verstärker 7 und die Siebketten 8 und S' Gleichrichter g, g' an, so daß der zweckmäßig noch durch Drosseln und Kapazitäten ausgeglichene Gleichstrom einem Kreuzspuleninstrument io zugeführt werden kann.The modulated light generates photocurrents of different frequencies in the light-sensitive cell. The two components are expediently first reinforced and then separated from one another by suitable devices known per se for this purpose, for example by sieve chains 5 and 5 '. The separated alternating currents are finally led to an instrument, for example a quotient meter Q, which is also known per se, with which the alternating currents can be compared. In this way it is possible to carry out a very precise measurement of the absorption in the measuring section. By using a single photoelectric cell, d @: r errors, which could be caused by the change in sensitivity in different cells, are eliminated. Furthermore, the time shift of the modulation relative to one another enables the use of the entire area, both of the photocell and of the amplifier 3, 1. It is particularly advantageous to choose an exact sinusoidal shape for the lower of the two modulation frequencies, since in this case no disturbing harmonics occur which could be transmitted by the sieve chain 5 serving as passage> 3 for the higher frequency and which would interfere with the measurement result. At the higher modulation frequency il is the sinusoidal shape. not absolutely necessary, since their upper reals are reliably prevented from being transmitted to the other coil of the quotient meter by the low cut-off frequency of the second filter circuit 5 '. The same device is shown in Fig. Ai, except that the amplifier 7 and the sieve chains 8 and S 'are followed by rectifiers g, g' so that the direct current, which is expediently balanced by chokes and capacitances, is fed to a cross-coil instrument can.

Da bei den meisten trüben Medien die Absorption oder die Streuung von der Wellenlänge .des verwendeten Lichts abhängt, kann bei derartiger Absorptions;nessung leicht ein Fehler dadurch entstehen, daß die beiden Wege verschiedene spektrale Absorption aufweisen. Ändert sich die Lichtquelle, etwa eine Glühlampe, durch Spannungsschwankungen in der spektralen Energieverteilung der Emission, so kann bereits eine Änderung des Verhältnisses der beiden Lichtströme angezeigt werden, auch wenn das Medium sich dabei nicht verändert hat. Man kann dies dadurch ausschalten, daß man .von vornherein in an sich bekannter Weise durch Filter aus dem Lichtstrom einen bestimmten Spektralbezirk herausnimmt und nur diesen zur Messung verwendet. Andererseits kann man aber so vorgehen, daß man auf beiden Lichtwegen die gleiche spektrale Absorption vorsieht, beispielsweise beide Lichtwege mit demselben zu messenden Medium füllt.Since with most cloudy media the absorption or the scattering depends on the wavelength of the light used, with such an absorption measurement An error can easily arise because the two paths have different spectral characteristics Have absorption. If the light source, such as an incandescent lamp, changes due to voltage fluctuations In the spectral energy distribution of the emission, a change may already be made the ratio of the two luminous fluxes is displayed will too if the medium has not changed in the process. You can turn this off by that one. from the outset in a manner known per se through filters from the luminous flux takes out a certain spectral region and only uses this for measurement. On the other hand, one can proceed in such a way that one is the same on both light paths Provides spectral absorption, for example, both light paths to be measured with the same Medium fills.

Umgekehrt kann man die Verschiedenheit der spektralen Absorption dazu benutzen, um die Struktur des Mediums oder seine Färbung zu bestimmen, indem man aufeinanderfolgend verschiedene Filter verwendet und ihre Wirkung auf das Verhältnis der beiden Lichtströme mißt. .Conversely, one can add the difference in the spectral absorption use to determine the structure of the medium or its coloring by successively used different filters and their effect on the ratio of the two luminous fluxes. .

Bei den bisher besprochenen Absorptionsmessungen handelt es sich stets um Messungen des Verhältnisses der Lichtströme, daher wird ein Ouotientenmesser verwendet. Die Methode läßt sich aber auch dann verwenden, wenn die Summe oder Differenz oder das Produkt zweier oder mehrerer Lichtströme gemessen werden soll, wobei erfindungsgemäß jeder dieser Lichtströme durch eine bestimmte Frequenz gekennzeichnet und alle Lichtströme gleichzeitig einer Photozelle und einem Verstärker zugeführt werden, An Stelle des OQuotientenme ssers tritt dann eine Meßvorrichtung, die den gewünschten Meßwert anzeigt.The absorption measurements discussed so far are always to measure the ratio of the luminous flux, hence an ouotient meter used. The method can also be used when the sum or difference or the product of two or more luminous fluxes is to be measured, according to the invention each of these luminous fluxes characterized by a certain frequency and all luminous fluxes be fed simultaneously to a photocell and an amplifier, instead of the OQuotientenme ssers then enters a measuring device, which the desired measured value indicates.

Claims

PATENT REVIEWS: i. Procedure for measurement, for comparison. and acc Remote display of two or more luminous fluxes or state variables that are converted into light values can be converted, - for example to measure turbidity, the color or structure of a medium, in which process the luminous fluxes periodically vary and also within each period modulated on a common light-sensitive Organ are brought into action, characterized in that the modulation of each luminous flux with a different frequency from the other luminous fluxes he follows.

2. The method according to claim i, characterized in that. that the different Alternating currents of different frequencies assigned to luminous fluxes are jointly amplified, electrically isolated and supplied to display instruments, which show the total, measure the difference, the product or the quotient of these currents.

3. Procedure according to claim i and 2, characterized in that when measuring the quotient of two Currents an alternating current quotient meter or after prior rectification of the Alternating currents. a DC current quotient meter, for example a Kreiizspuleninstrurient, Is used.

4 .. The method according to claim i to 3, since: characterized by, that to modulate the light synchronously moved but differently subdivided toothed disks Find use.

5. The method according to claim i to .4, characterized in that that the two alternating currents of different frequencies through electrical circuits, for example separated by seven beds.

6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that the comparison of the separated photocurrents after repeated Reinforcement is carried out.