DE6912584U - Optisches zweistrahlmessgeraet - Google Patents

Description

gebrauchsmusteranmeldung

Erwin Sick, Icking/lsartal, Stifterweg 6 Optisches ZweiStrahlmeßgerät

Die Erfindung "betrifft ein optisches Zwei Strahlmeßgerät, bei welchem ein Meß- und ein Vergleichslichtstrom durch Strahlenteilung aus einem von einer gemeinsamen lichtquelle ausgehenden Lichtstrom erzeugt werden und "beide Idchtströme auf einen gemeinsamen photoele&rcronischen Empfänger fallen.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Probleme sollen zunächst anhand der Slgur 1 erläutert werden, die eine vor bekannte Anordnung zeigt..

Yon der Lichtquelle 1 geht ein Liehtbündel aus, welches mittels einer Linse 2 parallel gerichtet wird. Eine zweite Linse 3 sammelt das Liehtbündel in der Ebene einer umlaufenden Lochscheibe 4. Durch eine weitere Linse 5, in deren Brennebene die Lochscheibe 4 liegt, wird ein im Idealfall paralleles Liehtbündel 6 erzeugt, welches als Maßüehtbündel über eine Meßstrecke auf einen Reflektor 7 geleitet wird» Das von dem Reflektor 7 in sich zurückgeworfene Licht wird von einem

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teildurchlässigen Spiegel 8 auf einen photoelektrischen Empfänger 9 geleitet.

Zwischen den linsen 2 und 5 ist ein teildurchlässiger Spiegel 10 angeordnet, der einen xeil des von der Lichtquelle 1 ausgehenden und durch die linse 2 parallel-gerichteten Lichtbündels um 90° umlenkt. Dieses Vergleichslichtbündel -wird über einen Umlenkspiegel 11 durch eine Linse 12 ebenfalls in der Ebene der Lochscheibe 4 gesammelt.. Eine Linse 13 erzeugt ein paralleles Vergleichslichtbündel, welches auf einen relativ nahe bei der Linse 13 angeordneten Umkehrreflektor 14 fällt. Das von dem Umkehrreflektor 14 in sich zurückgeworfene Licht wird über einen teildurchlässigen Spiegel 15 ebenfalls auf den photoelektrischen Empfänger 9 geleitet. Durch die Lochscheibe 4 werden die beiden Lichtbündel mit verschiedener Frequenz oder mit verschiedener Phase moduliert, so daß die Signale an dem photoelektrischen Empfänger 9 elektrisch getrennt werden können.

Der Lichtstrom 0 wird durch den teildurchlässigen Spiegel

ges

in zwei Teillichtströme £L für das MsSlichtbüsdel und L das Vergleichslichtbündel aufgeteilt. Nach dem Stand der Technik ist der teildurchlässige Spiegel 10 zu 50$ durchlässig ausgebildet worden, so daß #L = #L ist. In den üblichen Darstellungen wird davon ausgegangen, daß das Meßliehtbundel 6 ein streng paralleles Lichtbündel ist. Ein solches streng paralleles Lichtbündel läßt sich aber physikalisch bekanntlich nicht realisieren, so daß das Meßlichtbundel einen endlichen Öffnungswinkel d- besitzt. In ähnlicher Weise hat das von dem Umkehrreflektor zurückgeworfene Lichtbündel ebenfalls einen endlichen Öffnungswinkel dL^! . Infolgedessen wird

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-3-

wird unabhängig von einer Störung des Meßlichtbündeis 6 auf der Meßstrecke, beispielsweise von Absorption oder Streuung durch ein zu vermessendes Medium und unabhängig von der für MeS- vnd Yergleichsliehtbündel gleichen Schwächung durch die tcildurchlässigen Spiegel S bzw. 15 an dein photoelektrischen Empfänger 9 nicht der volle Lichtstrom 0_W wirksam. Es würde daher auch bei ungestörtem Meßlichtbündel ein Ungleichgewicht zwischen dem vom Meßlichtbündel und vom Vergleichslichtbündel auf den photoelektrischen Empfänger 9 fallenden Lichtstrom bestehen. Das Vergleichslichtbündel durchläuft nämlich eine kürzere Strecke, so daß sich die endlichen Öffnungswinkel im Vergleichslichtbündel nicht in gleichem Maße auswirken wie im Meßlichtbündel. Es wird daher mittels einer zusätzlichen Blende 16 (Figur 1) ein anfänglicher Abgleich syrischen den beiden Licht bündeln hergestellt.

Wenn man annimmt, daß der Lichtstrom des M_eßlichtbündeis auf der Meßstrecke um 50^ geschwächt wird, so muß durch die Blende auch das Vergleichslichtbündel um 50$ geschwächt werden. Vergleicht man einmal den gesamten genutzten Lichtstrom mit dem gesamten ausgesandten Lichtstrom (ohne Berücksichtigung der in beiden Strahlengängen vorhandenen teildurchlässigen Spiegel 8 und 15, die nur bei einem Autokollimationsstrahlengang vorhanden sind), so ergibt sich

0,5 0 + 0,5 0_Y _ _{Oi5 i0 + 0)}

⁼°⁵ J

Es ergibt sich also ein G-esamtlichtverlust von 50?&.

-A-

Wenn der Wirkungsgrad des Meßlichtes

ist, d.h. sich auf der Meßstrecke 90$ Lichtverlust ergibt, dann ergibt sich, weil auch im Vergleich 90$ des lichtes an der Blende im Vergleichslichtbündel verlorengehen, ein Gesamtlichtverlust von 90$. Der ausgenutzte Lichtstrom "beträgt 10$.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile der vorbekannten optischen Zweistrahl-Meßgeräte zu vermeiden und eine bessere Ausnutzung des von der Lichtquelle ausgehenden Lichtes zu ermöglichen.

ErfindungsgesäS wird das dadurch, erreicht, daS die JLuxteixung des Lichtstromes in Meßlichtstrom und Yergleichslichtstrom in Abhängigkeit von dem Lichtverlust des Me£lielrfcstronies._s der allein infolge der Geometrie der Anordnung auf der relativ langen Meßstrecke entsteht, erfolgt.

Verhältnis

mt

ic=

1 + 1

erfolgen, wenn p. der Anteil des Meßlicht stromes ßL, 1 — u. der Anteil des Y ergleiehsli ent stromes ^L.,

■und 0^ der austretende Eeßüchtstrom xmd 0„ der nach unge-3)urchlaTifen der Meßstrecke genutzte Meßliehtstrom is

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• » · * ei

?l

Auf diese Weise wird der Abgleich von Meßliehtstrom und Vergleichs Ii eht strom "bei ungestörtem Meßlieht "bündel, also die Berücksichtigung der durch den endliehen Öffnungswinkel des Meßlicht "bündeis, eine Bünderbegrenzung durch die endlichen Abmessungen eines Umkehrreflektors oder ähnliche Einflüsse bedingten Schwächung des Meßlichfbündels schon "bei der Strahlenteilung bewirkt: Es wird also nach Maßgabe dieser Schwächung schon von vornherein 0^ entsprechend größer als 0γ gewählt, so daß sich bei ungestörtem Heßiichtbündel gleiche Signale von Meß- und Vergleichsliehtbün<?el an dem photoelektrischen Smpfänger ergeben, ohne daß das VergleichslichtWuadel durch eine Blende zusätzlich geschwächt werden müßte*

Ba der Wirkungsgrad Jj des M_eßlichtbündeis gemäß Gleichung 2 I bei vielen Anwendungen, z.B. bei Rauchdichte-Meßgeräten, |

mit von Fall zu Pail sich ändernder Länge der Meßstrecke sich ändern kann, wird vorteilhafterweise eine Einstellmöglichkeit geschaffen, die es gestattet, das Strahlenteilerverhältnis auf den vorerwähnten optimalen Wert einzustellen. Das kann in der Weise geschehen, daß die Strahlenteilung mittels eines zu der Bündelachse geneigten teildurchlässigen Spiegels mit in einer Richtung über seine Fläche hinweg zunehmender Bündeldiurchlässlgkeit erfolgt und daß dieser teildurchlässige Spiegel zur Veränderung des resultierenden Strahlenteilerverhältnisses in seiner Ebene in der besagten Richtung verschiebbar ist.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung, bei welcher die Strahlenteilung zur Bildung des Meß- und Vergleichslichtbündels

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:: : *^ri I 9 -?

—6—

geeignet gewählt wird, um die Lielitverliiste des ungestörten Meßliehtbündeis zu berücksichtigen, ergibt sieh bei dem eingangs gewählten Beispiel von ^ = 0,5

ju = ^ = 0,66.

⁷ 1-5-0,5

Der restliche Lichtstrom von 0,33 0 entfällt voll auf das Vergleichslicht"bündel. Von dem rüeldcehrenden Meßstrom ^ . 0^ fallen ebenfalls

0,5 . 0,66 = 0,33 0_ges

auf die Zelle. Die ausgenutzte liehtenergie "beträgt daher = 0,33 i^_{ges +} 0,33 0_geg = 0,66

Im Gegensatz dazu erga"b sich bei der "beScannten Anordnung gemäß Gleichung 1 ein Wirkungsgrad von 0,5. Der Gewinn gegenüber der vorbekannten Anordnung beträgt demnach ^

Noch deutlicher tritt der Unterschied bei höheren lichtverlusten auf der Meßstrecke in Erscheinung. Bei ^ = °»^Ί» d.h. SOfo Lichtverlust auf der Meßstrecke ergibt sich bei einer Anordnung nach dem Stand der Technik ein Gesamtlichtverlust von 90$, weil auch im Vergleichslichtbündel 90$ an der Blende verlorengehen. Von dem Lichtstrom werden 10$ aus genutzt. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ergibt sich folgendes:

* - TTT₁ * 7T37i ^{= Ol9O9;} ^⁼ °·⁹⁰⁹ "

1 - ju = O_fO9O9 0₁ 3 0,0909

-7-

C* «*«■ 9

-7-

= 0,1 . 0,909 = 0,0909; #_Mz = 0,909 + 0,0909) 0_ges = 0,1818

Im Vergleich zu 0,1 0 ergi"bt sich somit ein um 81

ge s

verbessertes Ergebnis.

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausfuhrungsbeispiel unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:

Figur 2 zeigt eine Anordnung ähnlich Figur 1, die gemäß der Erfindung aufgetaut ist.

Figur 5 zeigt eine mögliche Ausbildung des Strahlenteilers und

Figur 4 zeigt eine andere mögliche Ausbildung des Strahlenteilers.

In Figur 2 sind entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Figur 1. Die Blende 16 von Figur ist in Fortfall gekommen. Der Abgleich der Iiichtströme von Meß- und Vergleichsstrahlenbündel bei ungestörtem Meßstrahlenbündel erfolgt mittels des Strahlenteilers 10', durch welchen das Verhältnis der lächströme #L und #L entsprechend einstellbar ist. Das kann dadurch geschehen, daß der Strahlenteiler 10', wie in Figur 5 dargestellt ist, mit einer kammartigen Verspiegelung versehen ist, so daß sich das Reflexionsvermögen in waagerechter Richtung in Figur 5 über die Fläche des Strahlenteilers 10' hinweg stetig ändert. Es handelt sich also um eine geometrische

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I > * » »ISS·*»

Λ 9 Λ t ?lt * » » *

JX * t » »*

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!Strahl eateilimg.. Durcii Verseliiebimg des Strahlenteilers 10 in seine Ebene kann die resultierende Durchlässigkeit entsprechend eingestellt "werden. Das geschieht "bei ungestörtem Meßstrahlesfcündel 6 solange, "bis die Signale von Meß- und ¥ergleiehsstra!ilenbündel gleiche Amplitude besitzen.

Statt einer geometrischen Strahlenteilung kann auch eine physikalische Strahl enteilung durch einen über seine Pläehe MaHiSg teildurehlässigen Spiegel erfolgen, wobei die !Durchlässigkeit des !Spiegels 10" (Figur 4) in waagerechter Eichtung von 3?igur 4 über die Spiegelfläche hinweg von Οφ auf 100» zunimmt*

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69125&4ΗΛ71

Claims (2)

584.4 7102 -9- Schutzansprüche

1. Optisches Zweistrahlmeßgerät, "bei welchem ein Meß- und sin Yergleichslichtstrom durch Strahlenteilung aus einem von einer gemeinsamen !lichtquelle ausgehenden Lichtstrom erzeugt werden und "beide Lichtströme auf einen gemeinsamen photoelektronischen Empfänger fallen, dadurch gekennzeichnet, daß im GesamtIiehtsxrom (0 ) ein zum

ge s

Allgleich von Lichtverlusten des ungestörten Meßlichtbündels i.0u„) einstellbares optisches Element (10', 10") für die Strahlenteilung vorgesehen ist.

2. Optisches ZweiStrahlmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenteilung im wesentlichen im Verhältnis

ft*— mit It = —-

erfolgt, wenn

Aider Anteil des Meßlichtstromes 0,-, der Anteil des Vergleichslichtstromes

< 1 und

der austretende Meßlichtstrom und

^{der nacl1} ungestörtem Durchlaufen der Meßstreeke genutzte Meßlichtstrom ist.

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71

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3·) Anordnung nach Anspruch 1 od«r 2₉ dadurch gekennzeichnet,

daS die Strahlenteilung aittele eines «u der Bündel· achse geneigten teildurchlässigen Spiegel« ait liner

) Sichtung über seine iläche hinwag sunehaender Durch- |

läaeigkeit erfolgt und daS dieser teildurchlässige ί

- Spiegel zur Teränderung des resultierenden Strahlen teilerrerhältnisses in seiner Ebene in der besagten

Sichtung -verschiebbar ist*

M12 58 4 κ. 1.71