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Einrichtung zur photoelektrischen Auslösung eines Instrumentes Die
Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur photoelektrischen Auslösung eines
Instrumentes durch Helligkeitsänderungen oberhalb einer bestimmten Änderungsgeschwindigkeit.
Diese Aufgabe hat beispielsweise Bedeutung beim Übungsschießen nach einem schnell
beweglichen Ziel, z. B. einem Flugzeug, wobei. der Verschluß einer auf das Ziel
gerichteten Kamera bzw. seines Kinotheodoliten durch die unter Umständen rasch aufeinanderfolgenden
Sprengblitze bei Tage ausgelöst werden soll. Da die Phatozelle des lichtelektrischen
Kreises außer den raschen Helligkeitsänderungen der Sprengblitze auch langsamer
verlaufenden Änderungen der Tageshelligkeit, z. B. verursacht durch Wolken o. dgl.,
ausgesetzt ist, so ist auch der im Photozellenkreis fließende Strom abhängig von
allen Helligkeitsänderungen und nicht nur von den Helligkeitsänderungen der Sprengblitze.
Dadurch macht. :das sichere Auslösen des Verschlusses durch die Sprengblitze allein
Schwierigkeiten. Die Lichtintensität der Sprengpunkte wird zweckmäßigerweise nicht
unmittelbar zur Verschlußauslös,ung herangezogen; da bei verschiedener Entfernung
der Sprengpunkte die Intensität des von diesen ausgehenden Lichtes verschieden ist
und eine einzige für längere Zeit bestehende Sprengwolke das Gerät für die rasch
aufeinanderfolgende Auslösung durch mehrere Sprengwolken blockieren würde. Bei Einrichtungen,
die nur die Lichtintensität des Auslöseimpulses zur Steuerung eines Gerätes verwerten,
ist es bereits bekannt, die unter dem Einfluß von Helligkeitsänderungen unterhalb
einer bestimmten Änderungsgeschwindigkeit auftretenden Spannungsschwankungen elektrisch
zu kompen, sieren. Hierzu hat man zwei lichtempfindliche Elemente den langsamen
Helligkeitsänderungen, aber nur eine von diesen !den rasch verlaufenden Helligkeitsänderungen
ausgesetzt und ein Relais derart geschaltet; d.aß sich die Wirkung der langsamen
Spannungsänderungen aufhebt und nur die
raschen Spannungsänderungen
sich auf das Relais auswirken. Man hat sich auch bereits einer Relaiseinrichtung
bedient, welche bei langsamen Helligkeitsänderungen eine mit Verzögerung arbeitende
Vorrichtung einschaltet, weiche die Ausgangslage der Relaiskontakte wieder herstellt,
bei raschen Helligkeitsänderungen aber den Auslösekreis schließt. In Verbindung
damit hat man auch schon vorgeschlagen, zwei Relais gleicher Empfindlichkeit, aber
sehr verschiedener Trägheit zu benutzen, wobei nur die iin ersten Augenblick einer
plötzlichen Stromänderung auftretende Differenz der Relaiswirkungen zur Arbeitsleistung
herangezogen wird. Bei diesen Einrichtungen tritt der Kompensationsimpuls infolge
der Trägheit der die Kompensation herbeiführenden Elemente gegenüber dem durch rasche
Helligkeitsänderungen hervorgerufenen Auslöseimpuls mit zeitlicher Verzögerung auf,
die um so größer ist, je größer das Ausmaß der Helligkeitsänderung ist. Die
Steuerung nach der Intensität ist jedoch, wie bereits erwähnt, für den vorliegenden
Zweck nicht brauchbar. Diese Anordnungen haben ferner den Nachteil, daß bei rascher
Aufeinanderfolge mehrerer Helligkeitsimpulse das Gerät blockiert wird, denn das
auf die raschen Helligkeitsänderungen ansprechende Relais kann erst wieder in Wirksamkeit
treten, wenn die Schaltung durch das auf die langsamen Helligkeitsänderungen ansprechende
Relais wieder in die Ausgangslage gebracht worden ist. Diese Anordnung arbeitet
also mit einer für den vorliegenden Zweck zu großen Trägheit, als daß der Verschluß
der Kamera auch bei rasch aufeinanderfolgenden Impulsen ausgelöst werden könnte.
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Es ist auch bereits bekannt, die unter dein Einfluß von Helligkeitsänderungen
unterhalb einer bestimmten Änderungsgeschwindigkeit auftretenden Spannungsschwankungen
von der Einwirkung auf das zu steuernde Gerät dadurch fern zu halten, daß die von
.dem lichtelektrischen Element gelieferten Spannungswerte auf eine elektrische Differentiationseinrichtung
gegeben werden, die bei plötzlichen Helligkeitsänderungen der Änderungsgeschwindigkeit
der Helligkeit entsprechende kurzzeitige Impulse mit geringem Energieinhalt liefert,
die durch Aufladung eines im Gitterkreis einer Verstärkerröhre liegenden Kondensators
verlängert -,werden, um dadurch die zur Auslösung des Relais benötigte Strommenge
zu erhalten.
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Erfindungsgemäß wird bei einer Einrichtung zur photoelektrischen Auslösung
.eines Instrumentes durch Helligkeitsänderungen oberhalb einer bestimmten Änderungsgeschwindigkeit,
bei der die unter dein Einfluß von Helligkeitsänderungen unterhalb einer bestimmten
Änderungsgeschwindigkeit auftretenden Spannungsschwankun en elektrisch kompensiert
sind, die Anordnung so getroffen, daß ein dem Auslöseimpuls entsprechender phasenverschobener
Kompensationsimpuls erzeugt wird, dessen Phasenverschiebung von der Änderungsgeschwindigkeit
der Helligkeit abhängig ist.
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Die Erfindung ist an Hand der in den Abb. i bis 6 dargestellten Schaltschemen
näher erläutert.
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Abb. i zeigt einen Stromkreis, entbalt,-nd eine Gleichspannungsquelle
U 1, eine Photozelle F1 und ein Relais 1, welches zur Auslösung des Verschlusses
dient, in Hintereinander schaltung. Parallel zu dein Relais I liegt ein Kompensationsstromkreis,
welcher aus einer Reihenschaltung einer Gleichspannungsquelle U., einer zweiten
Photozelle F_ und einer Drossel L gebildet ist. Die Polarität .der Spannungsquelle
U. ist so gewählt, daß in der Relaiswicklung der durch diese Spannungsquelle hervorgerufene
Stromfluß entgegengesetzt dem von der Spannungsquelle U 1 herrührenden Stronlfluß
gerichtet ist. Die Photozelle F. wird den gleichen Helligkeitsänderungen ausgesetzt
wie die Photozelle F1 in dem zu kompensierenden Kreis, um eine selbsttätige Kompensation
zu erzielen. Bei einer derartigen Anordnung werden alle diejenigen Spannungsschwankungen
der Photozelle Fl kompensiert. deren Änderungsgeschwindigkeit unterhalb einer bestimmten
Änderungsgeschwindigkeit liegt. Spannungsschwankungen großer Änderungsgeschwindigkeit
werden dagegen nicht kompensiert. da die Drossel den entsprechenden Stromschwankungen
der Photozelle F, einen großen Widerstand bietet und dabei Schwankungen der Kompensationsspannung
gegenüber den Schwankungen der zu kompensierenclen Spannungen verzögert, so daß
der von der Photozelle F1 gelieferte Stromstola da: Instrument J durchläuft und
dadurch die gewünschte Auslösung-be"virkt.
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Abb.2 gibt den Stromverlauf bei einer Einrichtung gemäß Abb. i zur
Ausschaltung unerwünschter Helligkeitsänderungen wieder. Durch den Kurvenzug a.
ist der sich aus der allgemeinen Helligkeit und der plötzlichen Helligkeitsänderung
ergebende gesamte Heiligkeitsverlauf dargestellt. In dein zu kompensierenden Kreis
F1, U1, J wird ein Photostrom mit dem Verlauf hl erzeugt, während in dein Kompensationskreis
F.. J, 1. ein Strom b= finit dem gleichen Verlauf wie b1 jedoch zeitlich
verzögert fließt. Aus den beiden Stromkurven b1, b.. ergibt sich durch Subtraktion
ein resultierender Strom gemäß den Kurven dl, c_ in Abb. 3. Die Abszisse über der
Kurve
ci muß der Ansprechzeit ti des Relais angepaßt sein, was durch Wahl der Verzögerung,der
Stromkurve b2 erreicht wird. Der Abstand zwischen den beiden Stromkurven ci, c2
ist die für die Betätigung des Verschlusses zur Verfügung stehende Zeit t2. Die
Stromkurve c2 kann zum schnelleren Abschalten des .durch den Stromstoß cl betätigten
kelais nutzbar gemacht werden. Die Änderungsgeschwindigkeit bestimmt die zeitliche
Verzögerung der Kurve b2 und damit zugleich auch die Dauerdes Stromstoßes cl. Die
Einrichtung kann also ohne weiteres so ausgebildet werden, daß nur von einer bestimmten
Änderungsgeschwindigkeit ab die notwendige Zeitdauer des zur Betätigung des Relais
dienenden Auslösestromes erreicht wird. Zur Erzielung der für die Relaisbetätigung
erforderlichen Strommenge wird hingegen der Photozellenstrom selbst herangezogen,
der einen vielfach energischeren Impuls liefert als seine Änderungsgeschwindigkeit
und der grundsätzlich keine Verstärkerröhren erfordert. Die Einrichtung gemäß der
Erfindung gestattet es ferner, die Dauer des Auslöseimpulses unabhängig- von der
Dauer bzw. der Aufeinanderfolge der Helligkeitsschwankungen zeitlich so zu rdimensionieren,
daß -der Impuls zur Auslösung,des Verschlusses gerade ausreicht.
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Abb. 4 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Ab-b. i mit dem wesentlichen
Unterschied, daß die Photozelle F, das Gitter einer Verstärkeri-öhre R steuert.
Die Photozelle F1 liegt zwischen Anode und Röhrengitter, das von der Batterie u,.
über einen Widerstand r, seine negative Vorspannung erhält. Das Instrument I liegt
im Anodenkreis der Röhre R, deren Anodenspannungsquelle Ui ist. Der Kompensationskreis
enthält wieder die Photozelle F2, die Spannungsquelle U2 sowie die Drossel L. Beide
Photozellenkreise sind gekoppelt über den Widerstand w, der im Gitterkreis der Röhre
R liegt., In Verbindung mit einer Schaltung, bei ,der .die Photozelle zwischen Anode
und Gitter einer Verstärkerröhre liegt, hat der Erfindungsgegenstand besondere Bedeutung,
da hierbei jede Änderung der Tageshelligkeit ,den Arbeitspunkt der Röhre und damit
die Empfindlichkeit der Anordnung verändert. Dies sei an Hand ,der in Abb. 5 dargestellten
V erstärkerkennlinie i" - f (ug), wobei i" der Anodenstrom und ug .die Gittervorspannung
ist, erläutert. Der Punkt ca der Kennlinie .der Verstärkerröhre R deutet die am
Gitter anlegende, durch die Vorspannbatterie erzeugte negative Vorspaiinung an.
Wird die Photozelle .der Tagesheiligkeit ausgesetzt, so wird eine Änderung der Gitterspannung
erzeugt in dem Sinne, daß das Gitter stärker positiv wird, da der Widerstand der
Photozelle F abnimmt. Das Gitter habe nunmehr ein Potential b. Die durch den Lichtimpuls
hervorgerufene Helligkeitsänderung erzeugt eine zusätzliche Steuerspannung, die
sich der der Tageshelligkeit entsprechenden Steuerspannung überlagert und eine noch
stärkere positive Vorspannung c hervorruft. Es ist klar, daß mit der Änderung der
Tageshelligkeit die Punkte b und c auf der Abszisse verschiedene Lagen haben können.
Kommt dabei der Punkt c auf den gekrümmten Teil der Kennlinie, so ergibt sich eine
schwankende Empfindlichkeit des Anzeige- bzw. Auslösekreises.
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Die Wirkungsweise,der Anordnung gemäß der Erfindung ist folgende:
.,Nimmt durch Beleuchtung der Photozelle F, deren Widerstand ab, so nimmt der Spannungsabfall
an dgr Photozelle F, ab, da sich ,die Spannung .der Anodenspan.nungsquelle Ui immer
im Verhältnis der Größe der im Anodenkreis vorhandenen Widerstände aufteilt. Das
Potential .des Gitters der Röhre wird also stärker positiv. Da aber die Beleuchtungsstärke
.der Photozelle F2 ebenfalls zunimmt, so nimmt auch deren. Widerstand ab. Der Spannungsabfall
an dem Widerstand w wird demnach größer, so daß das Gitter der Röhre von F2 her
stärker negativ vorgespannt wird. Durch Wahl -der einzelnen. Schaltungselemente
läßt sich erreichen, daß der durch die Photozelle Fi verursachten Potentialänderung,des
Röhrengitters eine durch die Photozelle F2 erzeugte Potentialänderung entgegenwirkt,
so d.aß das Potential des Röhrengitters konstant bleibt. Diese Kompensation tritt
aber nur für die Spannungsschwankungen ein, .die durch verhältnismäßig langsame
Helligkeitsänderungen verursacht werden. Die i Kompensation der den raschen Helligkeitsänderungen
entsprechenden Spannungsschwankungen tritt wieder, wie vorher an Hand der Abb. i
erläutert wurde, nicht oder nur mit Verzögerung ein wegen der Wirkung der Drossel
L. Dadurch wird außerdem verhindert, daß die durch die plötzliche Helligkeitsänderung
hervorgerufene Potentialschwankung des Gitters (Punkt c der Abb. 5) auf den gekrümmten
Teil der Röhrenkennlinie zu liegen kommt.
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Abb. 6 zeigt eine Fortbildung der Abb. q. in der Hinsicht, daß :die
kompensierende Wirkung der in dem Kompensationsstromkreis liegenden Photozelle F2
durch eine Verstärkerröhre verstärkt wird. R, ist die der Photozelle F, zugeordnete
Röhre, während R2 die im Kompensationsstromkreis liegende Röhre ist. Die `'Wirkungsweise
dieser Anordnung ist folgende; Nach vorigem muß bei stärkerer Beleuchtung beider
Photozellen eitlem Ansteigen des
positiven Gitterpotentials der
Röhre R1 durch eine stärkere negative Vorspannung am Widerstandwentgegengewirktwerden.
Nimmt zugleich mit dem Widerstand der Photozelle F1 auch der Widerstand der Zelle
F, ab, so wird das Potential des Gitters der Röhre F. stärker positiv, so daß der
Anodenstrom dieser Röhre zunimmt. Damit wird zugleich der Spannungsabfall am Widerstand
w und damit die negative Vorspannung der Röhre R1 größer.